火電機組調峰裕度的影響因素研究

摘 要：近年來，社會對電能的需求不斷地增長，我國的用電結構也不斷發生變化。然而，新能源發電具有間歇、波動、反調峰等特性，增加了系統的負荷峰谷差，對電力系統的接納能力提出了更高的要求。為緩解上述矛盾，火電機組需頻繁進入深度調峰的工作狀態，但頻繁、大幅度的調節會降低其使用壽命，并導致效益較低。基于此，文章就火電機組調峰裕度的影響因素進行分析。

關鍵詞：火電機組;調峰裕度;影響因素

一、 火電廠的調峰現狀

大規模新能源接入后，電網的規劃、生產、運行面臨諸多問題與困難，許多火電廠開始對火電機組進行靈活性改造以保障電網穩定運行。目前，火電機組調峰通常可分為正常基本調峰、深度調峰和啟停調峰三個階段。火電機組的靈活性改造在一定程度上緩解了部分地區的調峰壓力，但對于新能源消納、棄風、棄光等問題仍然具有一定的局限性。我國各區域對火電機組調峰能力的要求為最小技術出力在50%PN～70%PN，部分火電機組調峰深度到達55%PN時，整個系統調峰效益最高;隨著調峰深度增加，機組的深度調峰效益逐漸減小。火電機組調峰深度與新能源消納之間的整體效益問題是影響火電廠調峰積極性的關鍵。火電廠的調峰效益與其調峰成本之間存在直接關系。研究表明，對系統成本變化趨勢起主要作用的是啟停成本、深度調峰機組的投油成本以及變負荷磨損成本，多方面的成本使得火電廠僅靠自身調峰獲得的經濟收益較低。

二、 影響調峰裕度的主要因素

（一）鍋爐燃燒穩定性的限制

在低負荷調峰運行方式下，鍋爐的爐膛熱強度較弱，其適應工況變動的能力也較弱，一個小的擾動就有可能使燃燒工況不穩定，從而導致鍋爐滅火，煤質太差或煤質突變、混煤不均也可能導致滅火的發生。此外磨煤機跳閘、制粉系統啟、停過程中調整不當都會對爐內燃燒工況造成較大影響。

鍋爐低負荷運行可能滅火時，須投油助燃。其不投油助燃的最低負荷與煤種有關，具體的值與燃料發熱量大小有關。發熱量低的取下限，發熱量高的取上限。

（二）鍋爐水動力安全性的限制

1. 自然循環鍋爐

定壓運行下，低負荷時循環流速降低，可能出現循環的停滯或倒流;變壓運行下，循環流速隨負荷的增減可能變化不大。但是變壓運行時的壓力變化率和最低極限壓力對水循環安全性有影響，一般按照變壓運行的允許負荷變化率來推定允許的壓力變化率。一般規定的正常循環流速界限值0.2～0.3m/s，一般燃煤鍋爐的水動力最低安全負荷可低到50%，有集中下降管的要比分散下降管的安全負荷更低。有研究人員對鍋爐水循環進行CFD模擬，結果表明：50%負荷以上水循環可靠，傳熱特性良好;40%負荷循環流速有波動，但水循環可靠;30%負荷下循環流速低，不宜長期運行。

2. 強制循環鍋爐

強制循環鍋爐比自然循環鍋爐多了爐水循環泵。強制循環的鍋爐啟動及變負荷速度相對較快快，適于參與頻繁調峰。低負荷時要保證受熱面和泵的循環工作可靠性，不能出現停滯、倒流，且爐水循環泵不發生汽蝕，低循環倍率管壁溫度不能超溫（發生膜態沸騰）。此外，負荷變化過快，鍋爐升溫升壓率高時，泵會受過大的熱應力而損壞。

3. 直流鍋爐

其結構與自然循環爐不同，由盤繞上升水冷壁和垂直上升水冷壁組成，之間由過渡段水冷壁及過渡段集箱連接。直流鍋爐的水冷壁水動力特性要比亞臨界汽包鍋爐更為復雜，低負荷時要保證可靠的溫度工況：水動力特性穩定單值有足夠陡的特征;沒有管間和屏間的流量脈動;金屬壁溫正常;垂直管屏結構無停滯倒流。在升負荷及燃燒工況切換時，由于制粉系統和油槍的頻繁啟停，使爐膛水冷壁熱負荷有強烈的波動，爐膛水冷壁出口汽溫和給水溫度短時間內有大幅度的波動。變負荷運行時，上輻射區可能發生管子超溫爆管事故。負荷越低，受熱最強的那面墻的上輻射區易發生管子超溫爆管事故。

（三）防止空氣預熱器低溫腐蝕的限制

低負荷時，過熱氣溫與再熱氣溫降低。排煙溫度降低和空氣過量空氣系數增加，煙氣中SO3濃度上升，露點溫度顯著提高，而此時空氣預熱器冷端壁溫顯著降低，若低于露點溫度以下，可能會發生低溫腐蝕。

（四）引風機的工作環境

包括引風機、送風機。引風機的工作環境惡劣，故障率較高。主要故障包括風機震動、軸承過熱及漏油等。機組正常運行調整時，增加或降低風機出力調整不平衡，會使風機進入不穩定工況運行。鍋爐在低負荷運行期間，運行人員調整雙側風機出力不匹配，導致風機進入低負荷不穩定區域，產生喘振。風機對負荷變化影響不大，不是限制負荷變動的關鍵因素。

三、 深度調峰操作過程

在機組負荷>400MW時，機組變負荷速率為15MW/min，機組運行較為穩定，除正常輔機切換、退出運行等操作外，鍋爐燃燒較為穩定。機組負荷降至300MW及以下時，機組進入濕態運行方式，機組變負荷速率降至8MW/min。此時，汽機側主要監視機組中間點溫度、3#高壓加熱器疏水切換、再熱蒸汽壓力調整、汽輪機葉片溫度調整等，同時進行凝泵深度變頻、主機滑壓偏置修訂;鍋爐側主要監視鍋爐氧量、爐膛負壓等參數，判斷鍋爐燃燒穩定性，同時，開大鍋爐燃盡風擋板開度，降低燃燒器一次風率，以提高鍋爐中心溫度。

四、 結語

綜上所述，快速發展的儲能技術具有較快的響應速度，能夠優化電源結構、增加調峰容量，若能引入儲能系統參與調峰服務，可減少并優化火電機組的頻繁增減出力，從而有效緩解火電廠的調峰壓力，有利于提高新能源消納能力，減少棄風、棄光量。

參考文獻：

[1]曾漢才，姚斌.大型燃煤機組調峰運行若干問題的探討[J].熱力發電，1997（2）：24-28.

作者簡介：

高明，華電國際電力股份有限公司鄒縣發電廠。