基于CCS全程控制下的330MW火電機組深度調峰技術探索與實踐

國電電力酒泉發電有限公司 趙崇昱 袁新立 閆培飛 毛東學

引言

依據國家能源局《電力發展“十三五”規劃》、《風電發展“十三五”規劃》，到2020年我國風電裝機容量將達到2.1億千瓦，太陽能發電裝機將達到1.1億千瓦，2020年以后風電和光伏裝機容量將進一步增加。近幾年，尤其以西北區域為代表，風電與光伏裝容量在甘肅境內大幅增加，據調查甘肅區域風電與光伏機組年可利用小時數平均只有2000小時左右，棄風棄光現象嚴重，造成大量資源浪費。

未來，受到多方面因素影響，西北地區風電和光伏的消納形式還將日益嚴峻，主要原因有：西北及甘肅區域風光資源富集，風電和光伏的滲透率將進一步增加；隨著產業結構調整，用電負荷峰谷差將增大；西北及甘肅區域調峰電源建設條件有限，靈活性電源短缺；部分地區為實現集中供熱，熱電聯產機組仍將增加，調峰困難仍將加劇。

2014年以來，甘肅區域火電機組發電利用小時數也持續下降，例如我公司在2016年、2017年夏季兩臺機組就長期雙停，生存形式嚴峻，隨著未來可再生能源的進一步發展和電力市場的改革，火電的生存環境和未來發展還將受到極大考驗，火電成為調峰機組是解決目前所處大形勢下的有力手段。今后，甘肅區域內所有火電廠長期參與深度調峰、甚至冬季供暖期參與調峰，將是各個火電廠要面臨的常態。

在此大背景下，各火電企業拓展思路，及時開拓市場，若能夠率先在甘肅區域開展靈活性改造項目，提前籌劃布置，有序組織，逐年分步開展深度調峰配套改造工作，將為參與深度調峰打下堅實基礎。

1 詳細技術內容

1.1 控制邏輯

協調控制系統優化方面，主要針對低負荷27%～50%段進行參數優化調整，同時對50%MCR以上負荷段、供熱期工況進行調整，保證機組全負荷段滿足機組全負荷段全程自動控制調整及脫硝噴氨系統的自動控制調整，保證鍋爐燃燒穩定，負荷響應迅速敏捷及快速升降負荷過程中的排放參數穩定性。

主要技術內容包括：

采用直接能量平衡控制策略，設計了基于智能非線性控制的協調控制系統，針對變負荷、變壓力的運行方式加劇被控對象的非線性特性的情形，采用變增益和非線性環節改善機組控制特性；針對機組鍋爐控制系統大遲延、大慣性的特點，運用模糊控制算法對重要回路的PID參數進行了實時調整，顯著改善了機組負荷調節能力；機組變負荷過程中，對煤量、風量等回路采用前饋性質的智能加速超調信號，超調信號的幅度和持續時間采用基于規則的智能化處理，大幅度減小難于駕馭的反饋超調的使用，使必需的超調量及時和可控。

增加機組供熱時段熱/電負荷轉換功能，確保供熱期機組各主參數良好匹配；針對機組一次調頻系統，通過優化一次調頻控制回路，增加主汽壓力、機組負荷、單/順閥方式、供熱工況等修正回路，提高機組一次調頻的動態性能；針對機組的深調模式，增加必要的控制手段，確保深調區間一次調頻的可靠性、以及機組的安全性；對AGC及一次調頻性能優化改造，增加更高精度頻率變送器，使一次調頻動作精確迅速，并重新進行試驗工作，保證機組深度調峰、正常調峰區間的AGC、一次調頻合格。

1.2 系統改造

1.2.1 省煤器加裝煙氣旁路改造

以我公司為例，旁路煙道入口選在后包墻低過水平段進口54.2米標高處，截面尺寸為5m×0.8m，鍋爐低負荷時旁路煙道中煙氣速度控制在15m/s以內，出口至省煤器出口煙道水平段。在旁路煙道水平段和旁路煙道出口附近設置非金屬膨脹節，并在旁路煙道垂直段布置關斷擋板、調節擋板，并在主煙道設置調節擋板，實現主旁煙道兩側協調配合。配套進行了脫硝噴氨格柵混合器改造。改造后滿足當SCR入口溫度為265℃（對應于30%THA負荷下溫度）時，省煤器煙氣旁路投運后SCR入口溫度達到315℃設計、溫升幅度為50℃的技術要求。

1.2.2 加裝B層等離子點火裝置

燃燒器B層改造為等離子層燃燒器（含一次風粉管彎頭膨脹節及正反法蘭和連接件）；等離子點火器電氣系統配套改造并將#1、2爐B、C磨煤機電機動力電源及控制回路的倒換改造；閉式循環冷卻水系統、等離子載體風系統、火檢冷卻風系統、圖像火檢系統、煤火檢系統、爐膛火焰監視系統、控制系統、燃燒器壁溫監測系統、一次風在線監測系統、冷爐制粉冷風蒸汽加熱系統配套改造。

等離子發生器功率可用調節范圍70～105kW；可更換陰極使用壽命150h；陽極使用壽命300h；冷態啟動穩定著火時間≤180s；等離子燃燒器出力3～8t/h；冷風加熱器運行參數滿足對應的磨煤機最低出力及通風量，且等離子點火及穩燃系統具備冷態點火啟動、帶負荷的性能；等離子燃燒器作為主燃燒器運行，燃燒器及鍋爐水冷壁受熱面不結渣，改造后30～50%THA工況下鍋爐可穩定燃燒運行。

2 配套創新及節能措施

精細化分析深調曲線，全負荷段“兩個細則”正向收益。利用電網輔助服務市場管理平臺建立數據分析庫，每日對前一天數據進行逐個點的精細化分析，發現協調控制系統細節上存在的問題，不斷優化，將“兩個細則”考核與深調考核消除，目前“兩個細則”自本年5月份至今累計收益、深調收益顯著，“兩個細則”考核逐步降低，深調考核基本消除。

開拓思路，多方位開展深調工況節能減排工作。優化運行績效考評系統，加入深調時各項運行參數評價指標，正向引導節能目標，供電煤耗在深調煤耗升高基礎上下降0.8g/kWh，部分抵消深調帶來的機組耗能提升；分析脫硫系統深調工況下的運行狀態，將原有脫硫系統漿液循環泵2+1運行模式優化為1+1運行模式，在保證SO2排放指標合格的同時，降低廠用電耗0.4%，節能、排放雙向兼顧。

分析同類型機組深調工況發生的異常事件，排查隱患，制定對應措施。收集了參與深調機組發生的各種因深調導致的非停、異常工況等情況，吸取教訓，分析原因，自主完成了等離子聯鎖保護邏輯、磨組聯鎖保護邏輯等保護措施，保證機組深調工況下燃燒穩定。

3 項目效果

經濟效益。深度調峰配套的旁路煙道改造項目、B層等離子改造項目已在全國各家電廠普遍實施，東北區域內電廠更是于幾年前就已開展深度調峰項目，但相較同類型改造電廠，我公司深調負荷達到27%MCR工況，且協調控制全程自動運行，燃燒穩定，AGC響應快速準確，一次調頻性能出色，電網輔助服務能力優秀；目前“兩個細則”累計收益和深調收益成績喜人，“兩個細則”考核逐步降低，深調考核基本消除。

間接經濟效益。截止2019年11月，我公司年深調電量1.92億千瓦時，按深調期間少發電量折算，節約標煤6.6萬噸，二氧化碳排放量減少16.7萬噸。

社會效益。響應國家能源產業結構調整、促進節能環保、清潔生產、清潔能源等綠色產業發展，構建清潔低碳、安全高效的能源體系，增加清潔電力供應的政策，為解決甘肅區域新能源消納問題做出貢獻，促進了甘肅可再生能源電力供應的發展。

深度調峰期間協調控制的可靠調節，保證了我公司電網側輔助服務質量，為電網系統的穩定運行做出一定貢獻。