火电灵活性改造趋势下燃煤机组深度调峰技术探讨

北极星环保网讯:摘要：燃煤机组在进行深度调峰改造时，机组的最低稳定负荷主要受锅炉的燃烧稳定性、环保及辅机系统的安全性等因素的制约。为此，本文从燃煤机组的燃烧稳定性、环保设备安全性、辅机设备安全性以及其它技术路线四个方面，分别介绍了国内外燃煤机组深度调峰改造的经验和先进技术。同时，还对上海成套院提出的一炉两机、煤气化、制粉及燃烧系统改造等技术思路进行了简要的介绍，以期为我国燃煤机组深度调峰改造提供技术参考。

关键词：燃煤机组，深度调峰，稳燃技术

0前言

近年来，随着风电、太阳能等清洁能源装机容量的迅猛增长，我国发电结构和用电结构不断的发生变化，而电网的调峰问题日益突出，主要表现为调峰能力不足，调峰能力与用电需求之间存在着巨大的供需矛盾。为此，国家出台了一系列相关政策，要求进一步挖掘燃煤机组的调峰潜力，提升我国火电机组的运行灵活性。

在这样的需求形式下，国内部分燃煤机组开展了相关试验研究和尝试，目前我国燃煤火电机组实际技术可调峰幅度可达60~70%[1-4]。相比之下，西方发达国家热电联产机组普遍采用加蓄热罐的方式来进行灵活性改造，其调峰幅度则可以达到70~80%[5-7]；而纯凝机组或者纯凝工况下目前只见德国Heilbronn#7机组实现了锅炉侧15~20%超低负荷下的运行案例，其技术措施主要是针对磨煤机、燃烧器、送粉管道等系统来进行相关改造。

由此可见，我国的燃煤发电机组还有很大的调峰提升空间。然而，燃煤机组深度调峰超低负荷运行可能会对机组的安全性、经济性、环保性等方面产生影响[8]，这些问题极大的限制了燃煤机组，特别是对于纯凝机组的调峰能力。针对这些问题，国外的一些企业单位、研究机构等均已开展了相关研究，而国内在宽负荷脱硝、风机变频运行方面也有着相关的尝试和研究。

因此，为了进一步提升我国燃煤发电机组的深度调峰能力，为国内各燃煤机组在深度调峰改造中提供技术参考，本文首先对国内外在火电机组深度调峰方面的先进技术和经验进行介绍，然后对上海成套院在纯凝机组深度调峰方面开展的工作进行介绍。

1国内外深度调峰技术

1.1燃烧稳定性

当锅炉的燃烧工况远低于设计的最低稳定运行负荷时，炉膛的温度会急剧下降，导致煤粉的快速着火出现困难，进而引发火焰稳定性差，容易发生熄火，炉膛灭火、放炮等重大安全隐患。

Duisburg-Essen大学的Richter[9]针对低负荷下锅炉的燃烧稳定性也提出了一些潜在的技术措施，主要包括改变风煤比、增加空气的湍流度、减少闲置燃烧器的冷却风量、改变燃烧器的结构、改变磨煤机的控制运行方式、切换至单磨运行、采用较小的磨煤机等。

无独有偶，ALSTOM[10]认为可以在一次风管上加装一个风道燃烧器、在磨煤机入口处安装一个额外的风机、在磨煤机出口安装一个动态分离器，这些措施有利于提高一次风送风温度、提高磨煤机出口温度、提高煤粉的细度以及煤粉在一次风中的含量，这样加热空气所需的热量就会有所减少，煤粉气流着火所需要的热量也会降低，在相同的卷吸烟气量下，煤粉气流能够达到更高的温度，起到加速和稳定着火的作用。

另外，还可以通过对燃烧器进行改造和优化来提高机组灵活性。对于等离子体燃烧器来说，可以采用三级喷嘴的设计方式，分级对煤粉进行逐级点火和燃烧，通过等离子体释放的能量来释放并点燃部分挥发份，挥发份燃烧释放的热量再进一步点燃和释放更多的挥发份，并最终在燃烧器出口形成稳定的火焰。

当燃煤机组处于低负荷运行时，启用改造后的等离子体燃烧器，可以起到稳燃的作用。对于浓淡燃烧器，在燃烧器一次风通道中增加一个浓缩结构，进一步提高卷吸区域煤粉的浓度，可以使煤粉更容易着火，且燃烧更为稳定[11]。针对燃烧褐煤的机组，由于褐煤含水高，磨煤机干燥过程中产生的水分在低负荷运行条件下可能会影响火焰的传播与稳定。

为此，可以采用布置再燃烧燃烧系统的方式，使得煤中的水蒸气组分从煤粉中被分离出来，降低水分带来的不利影响，起到稳定燃烧的作用[10]。同时，在较底层燃烧器上加装电加热喷嘴也可以降低煤粉气流的着火热，在低负荷下减少燃油等辅助燃料的消耗[12]。

1.2环保设备安全性

燃煤机组在低负荷运行时，环保设备中主要是SCR脱硝系统存在问题。这主要是由于其入口烟气温度降低，在一定程度上很可能达不到催化剂的运行温度要求，进而导致NOx排放量达不到国家环保相关要求。低负荷运行还会造成未燃尽碳含量增多，容易加重催化剂的堵塞，且催化剂长期运行于较低的排烟温度下会极大的缩短催化剂的使用寿命。

另一方面，低负荷下，烟气温度过低，SCR脱硝系统中的氨气会与烟气中的SO3生成硫酸氢铵（ABS），硫酸氢铵呈现粘性、液态，很容易堵塞催化剂孔隙，这将会使得催化剂的催化反应能力显著降低。

近年来，国内外均有学者在低负荷下对SCR脱硝系统的性能进行了相关研究[7,13-15]。传统的解决该问题的办法主要是安装省煤器旁路烟道，使得烟气温度在低负荷下仍能维持在设计值，防止ABS的生成以及催化剂的堵塞。也有部分电厂采用省煤器分级设置，将省煤器低温部分放置于SCR出口侧，而将SCR布置与烟气温度较高的区域，以此来解决入口烟温过低的问题。

对于不能或者没有安装省煤器旁路的机组来说，可以对SCR反应器中的NH3、SO3以及温度参数进行监测，改变入炉煤的含硫量，或者采用静态混合器来对温度场进行修正。除此以外，还可以从高压缸抽取一部分蒸汽进入一个额外的抽气可调式给水加热器[15]。

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