自2016年6月，我國正式啟動火電靈活性改造示范試點工作以來，全國各大發(fā)電集團積極投身于靈活性改造的研究和實踐，一年多時間過去，試點工作進展如何？試點企業(yè)遇到了哪些困難？試點項目取得了哪些成效？
日前，由電力行業(yè)火電技術協作網主辦，哈爾濱鍋爐廠協辦的全國火電靈活性改造和深度調峰技術研討會對這些問題進行了精彩解答。
靈活性改造有成績亦有不足
“火電靈活性改造簡單來講，就是解決‘吃’和‘消化’的問題?！八^‘吃’就是燃料，所謂‘消化’就是運行控制，兩者缺一不可?！? 東南大學能源與環(huán)境學院博士生導師呂劍虹在會上這樣解釋靈活性改造的實質。
據呂劍虹介紹，機組靈活性改造主要包括兩個方面的含義，一是增加機組運行靈活性，即要求機組具有更快的變負荷速率、更高的負荷調節(jié)精度及更好的一次調頻性能；二是增加鍋爐燃料的靈活性，即機組在摻燒不同品質的燃料下，確保鍋爐的穩(wěn)定燃燒以及機組在摻燒工況下仍有良好的負荷調節(jié)性能。
記者了解到，經過一年多時間的研究、試點，目前，我國火電靈活性改造針對純凝機組的應用方案相對較少，其關鍵技術集中在滿足機組低負荷工況的設備運行安全、協調控制系統的穩(wěn)定、脫硝等環(huán)保達標排放等方面。針對供熱機組的應用方案相對多樣化，主要有兩種技術路線，一是熱電解耦技術，增加如固體蓄熱式電鍋爐、電極式電鍋爐、大型蓄熱水罐等蓄熱設備，二是提高供熱能力，如低品位熱能利用的熱泵技術、低壓缸零功率切缸運行、一二級旁路改造供熱等等。
吉林省電力科學研究院汽機所原所長初立森在接受記者采訪時表示，目前，在國家能源局下達的22家靈活性改造試點單位中，從實施效果來看，大型蓄熱水罐，蓄熱式電鍋爐和電極式電鍋爐暫時沒有技術瓶頸問題，對于低壓缸切缸方案，已經有4家電廠完成改造并經過試驗運行，雖然暫時沒發(fā)現問題，但對于末級隔板動葉安全是否沒有影響，制造廠、電科院以及電廠各方技術人員尚有爭議，這些爭議會隨著改造項目運行時間的積累而逐漸得出結論。
總體來看，我國火電靈活性改造路線雖然呈現多樣化，但“一廠一策”、“一機一策”的理性化改造路線已經成為共識。其中，國家電投遼寧東方發(fā)電有限公司1號機組完成國內首例350MW機組低壓缸零出力靈活性改造,燕山湖發(fā)電公司首創(chuàng)600MW超臨界直接空冷機組“雙背壓”供熱改造；華能丹東電廠和華能大連電廠是亞臨界機組靈活性改造的范本；華能營口電廠則是超（超）臨界機組靈活性改造的范本。
而三北地區(qū)火電靈活性改造進度普遍較慢，供熱與新能源消納矛盾突出，300MW以上容量的大型供熱機組受供熱限制導致電網調峰容量不足，靈活性改造效果不明顯。
專家建議，還未開展火電靈活性改造的電廠應安排人員去改造成功的電廠調研學習后再確定適合本廠機組的改造方案，不能為改造而改造，應該為需要而改造，要在項目可研階段花足夠的精力和時間，充分收集設計邊界條件和完整準確的各類數據，確保制定出最科學的改造方案。
靈活與深度并駕齊驅
火電靈活性改造和深度調峰可以說是一對戀生兄弟。那么，如何在守住安全底線的基礎上更“靈活”的開展靈活性改造？深度調峰是否還有“更深”的可能？
據遼寧東方發(fā)電公司生產副總經理郭濤介紹，該公司作為國家能源局首批火電機組靈活性改造試點單位之一，在選擇靈活性改造路線時慎之又慎，根據自身實際和經營發(fā)展需求，反復研究論證，最終確定了低壓缸零出力改造的靈活性改造路線。自2017年11月19日改造完成投運至今，機組發(fā)電負荷降至預定值，供熱及各項運行參數均在規(guī)定范圍內，整體運行情況良好，不僅調峰能力大幅提升，而且徹底解決了冬季熱電不能解耦的問題，對外供熱綜合盈利能力顯著增加。
記者了解到在火電靈活性改造中，鍋爐島的設備改造也是至關重要的一環(huán)，因為機組的靈活性運行能力主要受制于鍋爐島的靈活性運行能力。
“制粉系統作為鍋爐島的燃料制備系統，相當于鍋爐島的‘廚房’，它的運行質量將直接影響到鍋爐的低負荷穩(wěn)燃性能和鍋爐效率，因此在靈活性改造中制粉系統的改造是一個關鍵點。”致力于我國燃煤機組制粉系統整體提效節(jié)能技術的南京格林蘭德節(jié)能科技有限公司總經理邵勇在接受記者采訪時指出，“我國在火電靈活性改造中改造制粉系統時，僅僅將磨煤機靜態(tài)分離器改造為動態(tài)分離器，靈活性改造的功能需求不能完全被滿足，可以借鑒德國改造經驗，將制粉系統的硬件（包括磨煤機分離器、液壓系統、風粉在線監(jiān)測裝置等）和控制軟件（包括風煤比優(yōu)化控制、磨機組自啟停和優(yōu)化控制、煤量智能前饋控制等）進行全面改造升級，這樣可以實現機組靈活性能力提升和節(jié)能減排雙贏?！?/p>
而機組深度調峰的“深”字如何安全地寫出來，也是目前所有火電企業(yè)都需要攻克的一個課題。深度調峰中會遇到哪些困難，如何克服，在此次會議上也得到了更多、更有針對性的答案。
“機組在進行深度調峰時遇到的困難主要集中在三個層面，其一是如何確保機組在低負荷時，滿足正常脫硝的最低溫度；其二是如何保證鍋爐穩(wěn)定燃燒；其三是如何實現機組低負荷工況下的AGC協調優(yōu)化控制?！眳蝿缦蛴浾叻治龅?。
據了解，對于第一個難題，目前各試點單位普遍通過設備改造解決，即增加旁路系統和采用廣義回熱系統加熱來提高煙氣溫度。
清華大學能源與動力工程系副研究員卓建坤一直致力于鍋爐穩(wěn)定燃燒技術的研究，他指出解決第二個難題的途徑有微油點火燃燒器助燃、等離子點火燃燒器助燃、富氧微油點火燃燒器助燃、穩(wěn)燃燃燒器及調整優(yōu)化、生物質耦合燃燒技術等，從目前實施的效果來看，助燃措施、燃燒器及調整優(yōu)化同時進行可以更好的保證鍋爐穩(wěn)定燃燒。
而對于第三個難題，呂劍虹指出需要采用更加先進的如智能控制、預測控制及自適應控制等先進技術來進行有效控制。因為當機組處在低負荷工況時，其被控過程的動態(tài)特性的變化十分顯著，特別是超（超）臨界機組，當機組從干態(tài)接近濕態(tài)運行時，機組的動態(tài)特性具有突變性，此時常規(guī)的控制策略難以實現有效控制。
記者在會上了解到，目前，國電電力莊河發(fā)電公司是全國首臺實現供暖期調峰負荷率達到30%的600MW純凝機組，為純凝機組深度調峰樹立了標桿。華能營口電廠600MW超超臨界機組，在AGC協調控制方式下成功地將深度調峰的最低負荷調至15%Pe（90MW），完成了機組“干態(tài)→濕態(tài)”、“濕態(tài)→干態(tài)”一鍵全自動切換，且所有控制參數變化都非常平穩(wěn)，而在2017年6月，華能營口電廠還只能實現最低負荷控制到30%(180兆瓦,干態(tài))。
原來，深度調峰真的可以更“深”。
業(yè)內專家強調，深度調峰還有非常關鍵的一點是要了解本區(qū)域電網對改造機組調峰需求的幅度大小，這決定了改造項目運行時間，而時間決定項目收益。純凝機組在進行深度調峰時煤耗率是升高的，應該在收益中減掉，運行指標考核中，各發(fā)電集團應該有政策傾斜，鼓勵電廠參與調峰的積極性。此外，主輔設備每天頻繁大幅度快速變化負荷，設備運行可靠性必然比非調峰機組風險大，在非停指標考核上也應斟酌放寬。
燃煤生物質耦合發(fā)電是靈活性改造“升級版”
“靈活性是現在和未來發(fā)電、電網安全、經濟、可靠性的重要指標，而高比例可再生能源結構是未來發(fā)展趨勢，燃煤發(fā)電的靈活性調節(jié)在消納高比例可再生能源中將發(fā)揮重要作用?！? 清華大學能源與動力工程系副研究員卓建坤在會上指出。
燃料的靈活性是火電靈活性改造的基礎屬性之一，燃煤生物質耦合發(fā)電則兼?zhèn)溥\行靈活性和燃料靈活性特點，是這次會議諸多代表達成的又一共識。
記者在會上了解到，生物質耦合發(fā)電主要有直接混燒和生物質氣化混燒技術，通過混燒來提高燃煤鍋爐特別是劣質煤種運行的穩(wěn)定性，同時，生物質替代部分燃煤后，可以有效減少鍋爐尾氣中的二氧化硫、氮氧化物等有害成分，這為后續(xù)的脫硫、脫硝工藝可以有效減輕負擔。
“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來?！蔽覈痣婌`活性改造試點工作雖任重道遠，但前景光明，隨著試點工作的加速與逐漸成熟，必將結出累累碩果，在我國能源革命的浪潮中體現出應有的價值。
