"双碳”目标下煤电机组深度调峰和灵活性改造锅炉侧技术探讨

"双碳”目标下煤电机组深度调峰和灵活性改造锅炉侧技术探讨

刘琪 ,张亚轩 ,姚赞新

国能粤电台山发电有限公司  广东省台山市  529228

摘要： 随着环保压力的不断增加和清洁能源的迅速发展，中国面临着风能和太阳能等新能源的消纳问题。本文针对“双碳”目标下煤电机组深度调峰和灵活性改造的需求，从锅炉侧技术出发，探讨了制粉系统优化改造、锅炉低负荷稳燃改造、锅炉宽负荷脱硝改造以及锅炉本体相关问题的解决方法。通过这些技术手段，可以提高火电机组的灵活性，增强新能源消纳能力，推动能源结构的转型升级。

关键词： 煤电机组，深度调峰，灵活性改造，清洁能源，新能源消纳

引言

随着全球环保压力的不断加大，清洁能源的发展迅猛，中国正积极推进能源结构调整，加快“双碳”目标的实现。其中，风能和太阳能等清洁能源在能源转型中扮演着重要角色，但同时也面临着消纳问题。本文将从锅炉侧技术出发，探讨如何实现煤电机组的深度调峰和灵活性改造，以应对“双碳”目标下的能源转型挑战。

一、制粉系统优化改造

1.1 低负荷制粉系统精细化调整

在低负荷工况下，通过深度的调试和优化，可以提高煤粉的细度和风粉的均匀性。这涉及到对制粉系统的各个参数和组件进行仔细调整，以确保在不同负荷下煤粉的质量稳定。通过调整风煤比、风速和磨煤机的负荷等参数，可以更好地适应单台或两台磨煤机的运行，从而优化煤粉的生产和传输过程。

1.2 提高煤粉细度和均匀性

引入动态分离器、增加磨煤机的加载或进行变频改造等技术手段，有助于提高煤粉的细度和均匀性。动态分离器可以根据煤粉的质量特点进行智能调节，以保证出口煤粉的品质。同时，增加磨煤机的加载可以提高煤粉的细度，而变频改造则能够更好地控制磨煤机的运行状态，从而确保煤粉的均匀性。

1.3 入炉煤调整

针对有条件的电厂，调整入炉煤的煤质分布和配比，以满足低负荷调峰的需求。此外，建立储备的调峰煤库，能够在低负荷时提供适宜的煤种，从而提高机组的调峰能力。通过合理的煤种选择和煤质调配，能够更好地应对低负荷工况下煤粉质量的波动。

1.4 采用间接燃烧系统

引入间接燃烧系统可以有效降低燃烧系统的惯性，从而提高调峰速度。这种系统可以在新建或改造的仓储式制粉系统中应用，同时结合调峰煤的磨制，以实现更高效的调峰。间接燃烧系统通过降低燃烧过程的惯性，使得系统更加敏捷，能够更快速地适应负荷变化。

二、锅炉低负荷稳燃改造

2.1 燃烧器改造

燃烧器的改造可以极大地提升在低负荷情况下的稳燃能力。引入稳燃性更强的燃烧器技术是一个有效的方法。浓淡分离技术能够更好地控制煤气与空气的混合，从而实现更稳定的燃烧过程。中心风加热着火技术则通过在燃烧器中心区域加热空气，提高了着火的可靠性和稳定性，从而确保在低负荷情况下也能保持稳定的燃烧状态。

2.2 强化低负荷稳燃技术

在锅炉低负荷运行时，引入等离子稳燃设备等技术可以进一步增强稳燃能力。等离子稳燃技术通过引入等离子体来改善燃烧过程，使得火焰更加稳定且不容易受到外界因素的影响。这可以大大提高低负荷运行时的燃烧稳定性，从而避免不稳定燃烧造成的问题。

2.3 优化配风

合理的配风设计对于低负荷稳燃至关重要。通过精确的风量分配优化，可以确保燃料和空气的合理混合，从而实现更稳定的燃烧过程。此外，还可以调整停运燃烧器的冷却风量，以避免冷风对燃烧的干扰，保持火焰的稳定和热效率的提高。

2.4 燃烧优化控制系统

引入燃烧优化控制系统是实现低负荷稳燃的重要手段。该系统可以实时监测燃烧过程中的各项参数，并根据情况进行调整，以保持燃烧的稳定性和高效性。通过对火焰温度、氧含量、燃烧产物等进行监控和调节，系统能够更好地适应负荷变化，提高机组的调峰能力和稳定性。

三、锅炉宽负荷脱硝改造

3.1 宽温差催化剂

引入宽温差催化剂是一项重要的措施，它可以在低负荷运行时维持脱硝装置的高效运行。宽温差催化剂具有更广泛的适应温度范围，可以在较低的温度下仍然保持高效的脱硝性能。这意味着即使在低负荷状态下，脱硝反应也能够持续进行，从而保证烟气中的氮氧化物排放达到环保标准。

3.2 省煤器分级技术

将省煤器分为两部分，即高温部分和低温部分，是提高脱硝系统在低负荷运行时效率的一项关键技术。通过减少脱硝前的吸热量，高温部分的省煤器可以将烟气温度提升，为脱硝反应提供更有利的条件。这有助于提高脱硝催化剂的活性，使脱硝过程在低负荷状态下仍然有效。

3.3 省煤器烟气旁路技术

引入省煤器烟气旁路技术是另一种提高脱硝系统入口烟气温度的方法。通过在合适位置设置烟气旁路，一部分烟气可以绕过省煤器，直接进入脱硝系统，从而提高入口烟气的温度。这有助于在低负荷情况下维持脱硝催化剂的活性，确保脱硝效率和排放控制的稳定性。

3.4 回热抽汽补充给水加热

采用回热抽汽补充给水加热技术可以进一步提升脱硝装置入口烟气温度。这项技术通过利用部分抽汽的余热，对给水进行加热，然后将加热后的水送入锅炉，从而提高脱硝系统的入口烟气温度。这种方法不仅能够增加脱硝催化剂的活性，还有助于改善脱硝反应的效率，确保在低负荷工况下达到脱硝要求。

四、锅炉本体相关问题解决

4.1 空预器低温腐蚀问题

空预器的低温腐蚀问题是许多工业锅炉运行过程中经常遇到的一个问题。在长时间的运行中，由于低温、湿度以及其他化学因子的综合作用，空预器的金属材料容易产生腐蚀，导致设备性能下降甚至失效。为了应对这一问题，我们需要在运行过程中增加进风温度，这样可以有效地降低冷端的露点温度，从而降低水蒸气和有害气体在金属表面上凝结的可能性。其中，热风再循环技术是一种经典且有效的方法，它通过将部分热风重新引入空预器，从而增加进风温度。此外，蒸汽式暖风器也是一个常用的解决方案，它利用蒸汽对空气进行预热，不仅可以提高进风温度，还可以保持恒定的温度，从而更有效地防止腐蚀。

4.2 锅炉厚壁元件受热破坏

锅炉的厚壁元件由于长时间承受高温和高压的工作环境，容易出现热疲劳、蠕变等受热破坏现象。这种破坏会严重影响锅炉的稳定运行和安全性。为了避免这种问题，首先要进行合理的温度控制。通过安装精确的温度传感器和控制系统，可以实时监测锅炉内各个部位的温度，确保其在安全范围内。除此之外，对于锅炉材料的选择也是非常关键的。选择具有高温耐热、抗热疲劳、抗蠕变性能好的特种钢材或合金材料，能够有效地延长锅炉的使用寿命。

4.3 锅炉启停对设备的影响

锅炉在启停过程中，由于温度、压力的快速变化，容易对锅炉内的各种元件造成损害。这种损害可能是因为热胀冷缩导致的应力集中，也可能是由于温度波动引起的材料老化。为了解决这个问题，优化锅炉的快速启停控制逻辑至关重要。合理的控制策略可以确保锅炉在启动和停止过程中的温度和压力变化尽可能地平缓，从而减少因为热胀冷缩造成的损害。此外，预热和冷却过程也是非常关键的，它们可以使锅炉内部温度平稳上升或下降，避免突然的温度冲击。

4.4 热风炉等附属设备灵活性

现代工业生产对热风炉等附属设备的灵活性和响应性有着越来越高的要求。这要求设备能够根据实际生产需要快速地调整工作状态，保证生产的高效和稳定。为了实现这一目标，引入先进的自动控制系统是非常必要的。这种控制系统可以根据生产的实际需要，实时地调整设备的工作状态，保证其最佳的运行效率。同时，通过结合传感技术和数据分析，可以对设备进行智能化管理，实现设备的远程监控和故障诊断，从而更好地满足生产的灵活性和响应性需求。

五、结论

煤电机组在“双碳”目标下需要进行深度调峰和灵活性改造，以更好地消纳清洁能源。从锅炉侧技术出发，通过制粉系统优化、低负荷稳燃改造、宽负荷脱硝改造以及解决锅炉本体问题，可以实现机组的灵活性提升，推动能源转型升级。

参考文献：

[1] 杨沛豪，刘向辰，蔺健，兀鹏越，寇水潮 . 燃煤火电机组灵活性 改造技术路线综述：“全国火电机组灵活性改造技术交流研讨会” 论文集 [C]. 北京：北京中能联创信息咨询有限公司，2018.

[2] 国家能源局 . 2021 年一季度网上新闻发布会文字实录 [R/ OL]. （2021-01-30）[2022-01-11].