燃煤电厂机组调峰与供热节能减排降碳改造探讨

燃煤电厂机组调峰与供热节能减排降碳改造探讨

张威

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摘要：为应对能源枯竭、环境恶化，全球能源结构转型不断加速。为实现我国双碳战略目标，我国能源结构转型进程进一步加快。国家主席习近平在气候雄心峰会上强调，到2030年风电、太阳能发电总装机容量将进一步达到12亿kW以上，风光电力将面临前所未有的消纳压力。本文基于供热机组的深度调峰需求，系统分析了供热机组通过热电解耦进行深度调峰与机组节能保效运行之间突出矛盾的内在原因，并总结对比了储热型与非储热型热电解耦技术路径，在此基础上对未来供热机组深度调峰技术的发展进行展望。

关键词：燃煤电厂；机组；节能减排降碳

引言

随着低碳绿色经济转型步伐加快，水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源以及大容量、低能耗、超超临界的600MW、1000MW级煤电机组的投产，我国电力市场供大于求的现象已成为新常态。鉴于我国要在2030年前实现碳达峰和2060年前实现碳中和目标及燃煤电量仍占60%的现实，煤电企业要想生存发展，亟需因地制宜、因机制宜实施对机组的灵活性调峰改造、机组扩容长距离供热改造、机组节能降耗及减排降碳改造。这些技术改造互相关联，相辅相成，牵一发而动全身，必须高瞻远瞩、统筹谋划。下面就三大技改应遵循的原则和如何把握技术方向路线谈一些粗浅看法，供相关人员参考。

1深度调峰技术

当前，供热机组深度调峰改造的技术路线可归纳为2种：1）储热型，通过给火电机组外部增设蓄热装置或额外热源，实现热电解耦，降低供热机组自身的供热负荷；2）非储热型，通过对机组改造扩大热电比来实现机组深度调峰，例如将热蒸汽减温减压后供热或通过电锅炉设备将电能转化为热能供热等。应用储热技术将太阳能光热、电制热、热水等热能进行储存，并在需要时释放利用，旨在解决热能供需在时空上不匹配的矛盾。按照储热原理储热技术可分为显热储热技术、潜热储热技术和化学储热技术。由于化学储热反应过程复杂、可控性差，对设备要求高、投资大，因此显热储热和潜热储热是工程中最常用的储热技术。非储热型扩大热电比技术通过调节用于供热和发电的蒸汽量以提高机组的运行灵活性，主要包括高、低压旁路供热技术，低压缸零出力技术和基于喷射器供热技术，通过消耗电能转化为热能的电锅炉技术，通过回收余热增加供热量的热泵技术。

2机组调峰灵活改造，兼顾安全经济两相宜

（1）锅炉专业方面。锅炉加装等离子点火稳燃装置，油枪改为微油枪；燃烧器改为稳燃型；采用富氧燃烧技术等；空预器改造采用东方电气公司研发的“三改二”技术，可解决漏风率高的问题；在本炉2台送风机、引风机之间加装联络风烟道及挡板，以实现机组启动初期和低负荷时采用单套系统运行；在两邻炉相近的2台空气预热器烟道出口加1个联络烟道及挡板，将临炉热烟气引至送风机入口，用热烟气对冷炉进行点火前的烘炉暖炉；直吹式锅炉，在磨煤机热一次风管道装设加热系统（旁路暖风器），使磨煤机早制粉、早向炉内送粉，中间储仓式煤粉炉则可采用邻炉输粉，调峰深度主要取决于锅炉低负荷时的燃烧稳定性和助燃用油量及锅炉启停燃油量。以上改造技术大都围绕这个根本问题开发应用。（2）汽机专业方面。凝结水泵和凝汽器真空系统节能改造；循环水系统改造，如在2台机循环水系统的母管上加1个联络管及联络门，并在各自的水塔进水管上加1个旁路及隔绝门，可实现由“一机一塔”变为“两机一塔”运行，节水、节电效果显著。（3）电气专业方面。主要是对锅炉、汽机、灰硫、燃料等专业的辅机设备实施变频、变速改造。如引风机、送风机、一次风机（排粉机）、氧化风机等6kV设备变频改造，燃油泵、污水泵等400V设备变频改造，循环水泵变频、变速改造。上述改造项目，多为局部改造和公用系统通联改造，技术成熟、风险小，机组中、小修中就可实施完成，投资相对小、回收期不长，既利于机组深度调峰安全运行，又减少机组启动和调峰费用，经济实惠，企业比较容易接受。

3供热改造和调峰能力分析

我国计划实施2.2亿kW燃煤机组的灵活性改造，使机组具备深度调峰能力，并进一步提高火电机组负荷响应速率，部分机组具备快速启停调峰能力。提升灵活性改造预期将使热电机组增加20%额定容量的调峰能力，最小技术出力达到40%~50%额定容量；纯凝机组增加15%~20%额定容量的调峰能力，最小技术出力达到30%~35%额定容量。随着城市发展，城市冬季供暖需求不断增加，对热源的供应能力和供热量的需求也在不断的增加等，机组的供热改造已是必然。在现有的供热方式下，机组的深度调峰能力满足不了30%~40%最小出力要求。对机组供热改造技术路线较多，如吸收式热泵是以蒸汽、废热等作为驱动热源，将低温热源提高到中、高温，该供热方式不需要以热定电运行，具有运行方式灵活的特点，但需要新建厂房，占地面积较大，投资较大；高背压供热是基于低压缸转子互换，供暖季前更换为动静叶片级数相对较少的低压转子，供暖季结束后换回原使用的纯凝转子。高背压供热技术可将余热全部利用，带来较好的经济效益，但一年两次更换转子增加了劳动成本和经济成本；光轴供热技术需要重新加工新的光轴，该技术彻底解列了低压缸运行，将中压缸的排汽全部用于热网加热器加热。高背压供热和光轴供热导致机组在供热期只能以“以热定电”的运行方式运行，运行方式单一，电网调峰能力明显受限。机组灵活性需要具备深度调峰的能力、快速爬坡的能力、快速启停的能力；在进行机组灵活性改造时考虑到投资小、可靠性高、适应性强、运营成本低、设备改动小等因素，切缸改造技术除能满足上述要求外，还能满足供热需求和供暖期不能深度调峰的难题。低压缸高真空运行条件下，采用可完全密封的液压蝶阀切除低压缸原进汽管道进汽，通过新增旁路管道通入少量的冷却蒸汽，用于带走低压缸零出力改造后低压转子转动产生的鼓风热量。与高背压供热、光轴供热改造等供热改造方案相比，切缸改造技术能够实现供热机组在抽汽凝汽式运行方式与高背压运行方式的灵活切换，使机组同时具备高背压机组供热能力大、抽汽凝汽式供热机组运行方式灵活的特点，避免了高背压供热改造（双转子）和光轴改造方案采暖期需更换两次低压缸转子的问题和备用转子存放保养问题，机组运行时的维护费用大大降低。

结束语

我国已经进入电力供应宽松常态化、电源结构清洁化、电力系统智能化、电力发展国际化、体制机制市场化的新时代。“十四五”期间，将围绕“清洁低碳安全高效”8个字推动能源结构绿色低碳转型。煤电行业的热点、重点是大容量高参数燃煤发电技术、灵活发电技术、二氧化碳捕集利用和封存技术、二氧化碳加氢转化制液体燃料和化学品技术、IGF发电技术、煤与可再生能源进行耦合发电技术、超临界二氧化碳发电技术。对煤电企业来说，不论进行哪方面的技术改造，都应根据当地资源条件和用电、用热分布需求，因地、因机制宜实施推行，决不可一刀切、一阵风，盲目从事。

参考文献

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