利用富氧不停炉超低负荷调峰技术提高火电灵活性的应用及探讨，旋转备用

北极星环保网讯:摘要：本文通过实际应用,论证采用富氧不停炉超低负荷调峰技术对机组实行技术改造，从而达到提高火电灵活性(包括调峰能力、爬坡速度、启停时间)的目的;应用结果表明：利用富氧不停炉超低负荷调峰技术可实现火电机组不停炉超低负荷(20%额定负荷)调峰;实现机组快速爬坡达到所需负荷;减少锅炉启停时间。 

关键词：火电灵活性 不停炉超低负荷调峰 调峰能力

0 引言

近年来,我国风电和光伏装机规模迅猛增长,在役及在建装机容量均已位居世界第一。一方面,风电和光伏等新能源为我们提供了大量清洁电力,另一方面,其发电出力的随机性和不稳定性也给电力系统的安全运行和电力供应保障带来了巨大挑战。

从目前的情况来看,我国电力系统调节能力难以完全适应新能源大规模发展和消纳的要求，部分地区出现了较为严重的弃风、弃光和弃水问题。2015年,全年弃风电量高达339亿千瓦时,“三北”部分地区弃风和弃光率超过20%。而造成这种严重弃风、弃光和弃水问题的主要原因还是在于现有煤电机组灵活性不足，无法满足新能源高速发展对电力系统调节能力的要求：

(1)机组深度调峰能力差，需停炉调峰

随着经济发展，社会对电能的需求不断地增长，使电网容量不断扩大，用电结构发生很大的变化，各大电网的峰谷差日趋增大，电网的调峰能力和客观上的调峰需要之间的矛盾十分尖锐，低谷时缺乏调峰手段的问题将更为突出。在实际运行中,我国纯凝机组调峰能力一般为额定容量的50%左右,典型的抽凝机组在供热期的调峰能力仅为额定容量的20%。

(2)深度调峰过程中为保证炉内稳定燃烧，延长了调峰爬坡时间

在常规调峰过程中，由于炉内燃烧极为不稳定，为了保证炉内煤粉的稳定燃烧，需在调峰过程中缓慢调整燃烧热量，从而延长了调峰爬坡时间，无法实现快速带上满负荷，降低了调峰灵活性。

(3)锅炉启停过程需完全按照设计升温升压曲线缓慢调整，耗时较长

在锅炉启停过程，为维持炉内工况稳定，燃烧充分，需缓慢调节燃烧参数，确保锅炉安全、稳定运行，导致锅炉启停时间较长，灵活性差。

为适应新能源的快速发展，提高新能源的消纳能力，在2016年7月4日，国家能源局综合司发布《关于下达火电灵活性改造试点项目的通知》，将丹东电厂等16个煤电站确定为提升火电灵活性改造试点项目，以期加快能源技术创新，通过对煤电机组改造,挖掘燃煤机组调峰潜力，释放其潜在的灵活性,有效提高我国电力系统调节能力,推进我国高效智能电力系统建设。

在能源日渐紧缺的今天，为确保新能源的高速发展，对燃煤机组进行灵活性(包括调峰能力、爬坡速度、启停时间)改造已势在必行，针对机组显存灵活性不足的问题，我司成功开发出了富氧不停炉超低调峰技术。

1 富氧不停炉超低负荷调峰技术简介

所谓富氧不停炉超低负荷调峰技术是指：锅炉在超低负荷(<50%)调峰时，通过顶层或错位层投运富氧调峰燃烧器，利用氧气强化煤粉燃烧，提高燃烧温度的特性，调控富氧调峰燃烧器中油、氧量，使一次风煤粉在任意工况下呈主动着火燃烧状态进入炉膛，保证顶层或错位层投入的煤粉连续稳定燃烧，确保提高炉膛温度，从而保证整个锅炉煤粉不会因为炉膛热负荷过低燃烧不稳而熄火，实现锅炉不停炉超低负荷调峰，大幅提升火电锅炉调峰灵活性。富氧不停炉超低负荷调峰系统主要由以下几部分构成：富氧调峰燃烧系统(专利产品)、超低温真空储罐(定制产品)、氧气控制器(专利产品)、燃油预处理装置(专利产品)、控制系统及配套管线。

富氧不停炉超低负荷调峰技术——解决了锅炉因调峰深度不够而实行停机调峰的问题，实现锅炉不停炉超低负荷(20%额定负荷)调峰;调峰灵活性强，负荷响应速度快;在确保锅炉安全、稳定运行的前提下，可大幅缩短锅炉启停时间，从而提升机组灵活性。

2 富氧不停炉超低负荷调峰技术改造实施思路

(1)针对四角切圆燃烧锅炉的富氧不停炉超低负荷调峰思路

如下图布置的燃烧系统的四角切圆锅炉(不限于此)

煤粉燃烧器布置在炉膛四角，切圆燃烧，每角燃烧器共布置13层喷口，包括有4层一次风喷口(锅炉由下到上为A、B、C、D层),1层三次风喷口(XX)层，1层顶二次风(OFA)喷口,7层二次风喷口。

初步制定改造方案为：断层富氧燃烧调峰方式，即在保证每台锅炉A、D层共8台原燃烧器一次风煤粉喷口几何尺寸、形状不变的基础上，将其材质更换为耐高温材质并加装相关装置，从而适应富氧调峰燃烧器内提前着火燃烧的需要，从而将原燃烧器变为我司特有的富氧调峰燃烧器;

配套安装：超低温真空储罐、氧气控制器、燃油预处理装置、控制系统及配套管线。

北极星环保网讯:摘要：本文通过实际应用,论证采用富氧不停炉超低负荷调峰技术对机组实行技术改造，从而达到提高火电灵活性(包括调峰能力、爬坡速度、启停时间)的目的;应用结果表明：利用富氧不停炉超低负荷调峰技术可实现火电机组不停炉超低负荷(20%额定负荷)调峰;实现机组快速爬坡达到所需负荷;减少锅炉启停时间。 

关键词：火电灵活性 不停炉超低负荷调峰 调峰能力

0 引言

近年来,我国风电和光伏装机规模迅猛增长,在役及在建装机容量均已位居世界第一。一方面,风电和光伏等新能源为我们提供了大量清洁电力,另一方面,其发电出力的随机性和不稳定性也给电力系统的安全运行和电力供应保障带来了巨大挑战。

从目前的情况来看,我国电力系统调节能力难以完全适应新能源大规模发展和消纳的要求，部分地区出现了较为严重的弃风、弃光和弃水问题。2015年,全年弃风电量高达339亿千瓦时,“三北”部分地区弃风和弃光率超过20%。而造成这种严重弃风、弃光和弃水问题的主要原因还是在于现有煤电机组灵活性不足，无法满足新能源高速发展对电力系统调节能力的要求：

(1)机组深度调峰能力差，需停炉调峰

随着经济发展，社会对电能的需求不断地增长，使电网容量不断扩大，用电结构发生很大的变化，各大电网的峰谷差日趋增大，电网的调峰能力和客观上的调峰需要之间的矛盾十分尖锐，低谷时缺乏调峰手段的问题将更为突出。在实际运行中,我国纯凝机组调峰能力一般为额定容量的50%左右,典型的抽凝机组在供热期的调峰能力仅为额定容量的20%。

(2)深度调峰过程中为保证炉内稳定燃烧，延长了调峰爬坡时间

在常规调峰过程中，由于炉内燃烧极为不稳定，为了保证炉内煤粉的稳定燃烧，需在调峰过程中缓慢调整燃烧热量，从而延长了调峰爬坡时间，无法实现快速带上满负荷，降低了调峰灵活性。

(3)锅炉启停过程需完全按照设计升温升压曲线缓慢调整，耗时较长

在锅炉启停过程，为维持炉内工况稳定，燃烧充分，需缓慢调节燃烧参数，确保锅炉安全、稳定运行，导致锅炉启停时间较长，灵活性差。

为适应新能源的快速发展，提高新能源的消纳能力，在2016年7月4日，国家能源局综合司发布《关于下达火电灵活性改造试点项目的通知》，将丹东电厂等16个煤电站确定为提升火电灵活性改造试点项目，以期加快能源技术创新，通过对煤电机组改造,挖掘燃煤机组调峰潜力，释放其潜在的灵活性,有效提高我国电力系统调节能力,推进我国高效智能电力系统建设。

在能源日渐紧缺的今天，为确保新能源的高速发展，对燃煤机组进行灵活性(包括调峰能力、爬坡速度、启停时间)改造已势在必行，针对机组显存灵活性不足的问题，我司成功开发出了富氧不停炉超低调峰技术。

1 富氧不停炉超低负荷调峰技术简介

所谓富氧不停炉超低负荷调峰技术是指：锅炉在超低负荷(<50%)调峰时，通过顶层或错位层投运富氧调峰燃烧器，利用氧气强化煤粉燃烧，提高燃烧温度的特性，调控富氧调峰燃烧器中油、氧量，使一次风煤粉在任意工况下呈主动着火燃烧状态进入炉膛，保证顶层或错位层投入的煤粉连续稳定燃烧，确保提高炉膛温度，从而保证整个锅炉煤粉不会因为炉膛热负荷过低燃烧不稳而熄火，实现锅炉不停炉超低负荷调峰，大幅提升火电锅炉调峰灵活性。富氧不停炉超低负荷调峰系统主要由以下几部分构成：富氧调峰燃烧系统(专利产品)、超低温真空储罐(定制产品)、氧气控制器(专利产品)、燃油预处理装置(专利产品)、控制系统及配套管线。

富氧不停炉超低负荷调峰技术——解决了锅炉因调峰深度不够而实行停机调峰的问题，实现锅炉不停炉超低负荷(20%额定负荷)调峰;调峰灵活性强，负荷响应速度快;在确保锅炉安全、稳定运行的前提下，可大幅缩短锅炉启停时间，从而提升机组灵活性。

2 富氧不停炉超低负荷调峰技术改造实施思路

(1)针对四角切圆燃烧锅炉的富氧不停炉超低负荷调峰思路

如下图布置的燃烧系统的四角切圆锅炉(不限于此)

煤粉燃烧器布置在炉膛四角，切圆燃烧，每角燃烧器共布置13层喷口，包括有4层一次风喷口(锅炉由下到上为A、B、C、D层),1层三次风喷口(XX)层，1层顶二次风(OFA)喷口,7层二次风喷口。

初步制定改造方案为：断层富氧燃烧调峰方式，即在保证每台锅炉A、D层共8台原燃烧器一次风煤粉喷口几何尺寸、形状不变的基础上，将其材质更换为耐高温材质并加装相关装置，从而适应富氧调峰燃烧器内提前着火燃烧的需要，从而将原燃烧器变为我司特有的富氧调峰燃烧器;

配套安装：超低温真空储罐、氧气控制器、燃油预处理装置、控制系统及配套管线。

(2)针对对冲燃烧锅炉的富氧不停炉超低负荷调峰思路

如下图布置的燃烧系统的对冲锅炉(不限于此)

锅炉共配有30只煤粉燃烧器，30只燃烧器分三层分别布置在锅炉前后墙水冷壁上，每层各有5只燃烧器，燃烧器上部布置有燃尽风调风器，10只燃尽风调风器分别布置在前后墙上,每面墙各五个，布置成一排

初步制定改造方案为：断层+错位富氧燃烧调峰方式，即在保证每台锅炉A、E层(或C、F层)共10台原燃烧器一次风煤粉喷口几何尺寸、形状不变的基础上，将其材质更换为耐高温材质并加装相关装置，从而适应富氧调峰燃烧器内提前着火燃烧的需要，从而将原燃烧器变为我司特有的富氧调峰燃烧器;

配套安装：超低温真空储罐、氧气控制器、燃油预处理装置、控制系统及配套管线。

(3)针对“W”燃烧锅炉的富氧不停炉超低负荷调峰思路

如下图布置的燃烧系统的“W”锅炉(不限于此)

整台锅炉共配有 4 台双进双出磨煤机，24 个双旋风煤粉燃烧器，每台磨煤机带 6 只煤粉燃烧器。24 只双旋风煤粉燃烧器错列布置在炉膛前后拱上，前拱 12 只、后拱 12 只(见下图)，前、后墙水冷壁上还布置有 26 个燃尽风调风器，前、后墙各 13 只。

初步制定改造方案为：错位富氧燃烧调峰方式，即在保证每台锅炉B、C磨(或A、D磨)对应的12台原燃烧器一次风煤粉喷口几何尺寸、形状不变的基础上，将其材质更换为耐高温材质并加装相关装置，从而适应富氧调峰燃烧器内提前着火燃烧的需要，从而将原燃烧器变为我司特有的富氧调峰燃烧器;

配套安装：超低温真空储罐、氧气控制器、燃油预处理装置、控制系统及配套管线。

3 富氧不停炉超低负荷调峰技术的工业化应用

(1)在中电投重庆九龙电厂的应用

中电投重庆九龙电厂200MW机组四角切圆燃烧锅炉为超高压、中间再热、自然循环、固态排渣，单炉体负压炉膛，P型布置。

利用富氧不停炉超低负荷调峰技术，在保证锅炉一层原4台燃烧器的所有一次风煤粉喷口几何尺寸、形状不变的基础上：

1)将一定长度的一次风煤粉喷口材质更换为耐高温材质;

2)在已具有耐高温性能的一次风煤粉喷口内安装富氧不停炉超低负荷调峰所特有一级室、二级室、复合型富氧微油枪、点火枪、火检、壁温等相关装置(成套产品)。

并配套安装：超低温真空储罐、氧气控制器、燃油预处理装置、控制系统及配套管线。

中电投重庆九龙电厂200MW机组四角切圆燃烧锅炉应用富氧不停炉超低负荷调峰技术后，其实际调峰曲线如下图所示：

中电投九龙电厂200MW机组四角切圆燃烧锅炉应用富氧不停炉超低负荷调峰技术实现了锅炉不停炉30%额定负荷(60MW)稳定运行，大幅提升锅炉深度调峰能力，同时在电网需要时，可实现快速带上满负荷，大幅降低锅炉启/停时间，从而提升机组灵活性，增加电网调节能力。

(2)在国电重庆恒泰电厂的应用

国电重庆恒泰发电有限责任公司300MW燃煤发电锅炉机组，为东方锅炉厂制造，型号为DG1025/18.2-Ⅱ4型，为亚临界参数、四角切圆燃烧、自然循环汽包炉。单炉膛п型露天布置，燃用烟煤，一次中间再热，平衡通风、固态排渣，全钢架、全悬吊结构，炉顶带金属防雨罩。

利用富氧不停炉超低负荷调峰技术，在保证锅炉一层4台原燃烧器的所有一次风煤粉喷口几何尺寸、形状不变的基础上：

1)将一定长度的一次风煤粉喷口材质更换为耐高温材质;

2)在已具有耐高温性能的一次风煤粉喷口内安装富氧不停炉超低负荷调峰所特有一级室、二级室、复合型富氧微油枪、点火枪、火检、壁温等相关装置(成套产品)。

配套安装：超低温真空储罐、氧气控制器、燃油预处理装置、控制系统及配套管线。

国电重庆恒泰发电有限责任公司300MW燃煤发电锅炉应用富氧不停炉超低负荷调峰技术后，其实际调峰曲线如下图所示：

国电重庆恒泰发电有限责任公司300MW燃煤发电锅炉机组应用富氧不停炉超低负荷调峰技术实现了锅炉不停炉21%额定负荷(65MW)稳定运行，大幅提升锅炉深度调峰能力，同时在电网需要时，可实现快速带上满负荷，大幅减少锅炉启/停时间，从而提升机组灵活性，增加电网调节能力。

4、富氧不停炉超低负荷调峰技术优势及探讨

该技术对锅炉深调能力突出，可实现锅炉<20%额定负荷调峰，远远超越目前国际≥40%额定负荷调峰目标，操控简单、运行安全、稳定，负荷响应速迅速，且满足各负荷运行时环保达标的要求，完全能按国家要求实现为可再生能源“保驾护航”的目标，其具体优势如下：

(1)保证富氧不停炉超低负荷调峰过程中机组运行的安全性

该技术采用“以煤代油”的方式进行调峰，在运行过程中通过纯氧与微油的作用保证了燃烧器内一次风煤粉流的全部着火燃烧，能点燃烟煤、贫煤、无烟煤等所有的煤种，不会出现炉内爆燃现象;且煤粉燃烧舒张性好、弥散性强、炉内受热均衡，不会出现振荡现象，既确保煤粉燃烧的同时又提高了炉膛温度，从而确保其余煤粉不会因为炉膛热负荷过低燃烧不稳而熄火，确保了机组的安全性。

(2)提高调峰能力，实现不停炉20%额定负荷下调峰，增加电网旋转备用

在锅炉调峰时，利用氧气强化煤粉与油的燃烧，降低燃料着火温度，提高燃烧温度，从而实现利用微油燃烧引燃任意工况下的一次风煤粉使其充分燃烧，且不受煤质波动的影响，提高炉膛温度，保证整个锅炉煤粉不会因为炉膛热负荷过低燃烧不稳而熄火，实现锅炉不停炉超低负荷调峰，从而减少停炉经济损失及锅炉启停费用;降低汽轮机转子、锅炉汽包、阀门等寿命损耗，从而减少维护工作量与维护费用;可实现锅炉快速带上满负荷，享受优先上网权，满足国家提高火电灵活性的政策要求。

(3)根据需要，灵活调整负荷爬坡及启/停时间，及时响应电网调节需求

在锅炉调峰及启/停时，根据燃烧需要在线自动调整富氧调峰燃烧器中油、氧量配比，保证一次风煤粉充分燃烧，在电网用电量增加时能够迅速提高机组负荷，及时响应电网调节需求。

(4)确保调峰过程脱硝装置入口烟温达到投运要求，全程高效投运

在锅炉调峰过程，按上述富氧不停炉超低负荷调峰思路，利用富氧不停炉超低负荷调峰技术，在富氧调峰燃烧器内，通过氧气强化燃油燃烧，产生高温油火焰引燃一次风煤粉，确保富氧调峰燃烧器内煤粉以着火状态进入炉膛，维持炉膛稳定燃烧的同时，顶层或错位层富氧调峰燃烧器的投运可确保调峰过程脱硝装置入口烟温满足投运要求，全程安全、高效投运。

(5)系统稳定性

该技术整套系统工艺成熟，冗余设置，通过长期实践表明，该技术在实际运行过程中系统稳定，无故障产生，零维护。

5、富氧不停炉超低负荷调峰技术展望

发展智能电网是电网技术的必然趋势，其建成后将产生重大意义：

(1)将实现水电、煤电、核电、可再生能源的跨区域、远距离、大容量、低损耗、高效率输送，区域间电力交换能力明显提升;

(2)适应并促进清洁能源发展，电网将具备风电机组功率预测和动态建模、低电压穿越和有功无功控制以及常规机组快速调节等控制机制，结合大容量储能技术的推广应用，对清洁能源并网的运行控制能力将显著提升，使清洁能源成为更加经济、高效、可靠的能源供给方式;

(3)实现高度智能化的电网调度。全面建成横向集成、纵向贯通的智能电网调度技术支持系统，实现电网在线智能分析、预警和决策，以及各类新型发输电技术设备的高效调控和交直流混合电网的精益化控制。

利用富氧不停炉超低负荷调峰技术可有效解决电网峰谷差日趋增大而机组调峰能力不足的问题，深度开发锅炉调峰潜力，在确保锅炉炉效及环保设备全程安全、高效投运的前提下，可实现机组不停炉20%额定负荷调峰;同时富氧不停炉超低负荷调峰系统全程实现智能指控，调控及时、迅速，可根据电网实际需求，快速完成机组启停及升负荷过程，大幅缩短机组单次启/停时间及爬坡时间，从而提升机组灵活性，及时响应高度智能化的电网调控，推进我国智能电力系统建设。