國家能源局資質管理中心苑舜

遼寧電力科學研究院（沈陽）吳景星

隨著可再生能源的發展，尤其風電的迅猛發展，其全額收購政策對常規火電機組提出深度調峰要求，以解決部分地區"窩電"問題。冬季風電是發電高峰期，而供熱機組是保證冬季供暖的關鍵，規定熱電聯產機組不參與調峰，然而，在實際運行機組分析中獲悉，熱電聯產機組是否可以參與調峰還需要認真研究。

一、影響深度調峰主要技術因素分析

非供熱期電廠最小出力較供熱期電廠最小開機方式出力更低，而且接近機組最低穩燃負荷。鍋爐廠給定的最低穩燃負荷均是在燃用設計煤種條件所確定，而實際情況鍋爐最低穩燃負荷又受煤種變動等多種主要因素制約。

1 、煤質特性對機組調峰能力影響

圖1是典型的各煤種實驗室失重特性曲線，可以看出，褐煤失重曲線偏向低溫區，而且峰值最高，表明其最易燃燒且反應能力最強，煙煤次之，無煙煤最弱，揮發分等級越高的煤燃燒性能越好。

圖1中燃燒峰的后段表明后期燃燒的時間長短，越陡燃盡性能越好，表明后期燃燒的時間越短，而褐煤的燃盡段最陡，燃盡性能也最好，煙煤次之，劣質煙煤和無煙煤最差。發熱量Qar,net反映了爐內溫度水平，綜合了煤質揮發分、灰分、水分對著火的影響。根據國內燃煤鍋爐的運行經驗，煤粉鍋爐不投油助燃而穩定燃燒的發熱量見表1。

由表1可以看出，鍋爐不投油助燃而穩定燃燒對應的最低發熱量為褐煤，其原因在于，經制粉系統干燥后，水分很高的褐煤的發熱量幾乎成倍增長，而水分較低的煙煤、貧煤和無煙煤干燥后，煤粉干燥無灰基的發熱量變化不大。

但近年來，部分地區煤炭資源日漸枯竭，煤價連年大幅攀升，發電企業為降低成本，經常直接燃用或混配偏離設計的煤種，增加了低負荷運行的風險。尤其是超臨界鍋爐當煤種頻繁變化、混合不均時水煤比容易發生大幅度變化，致使主、再熱汽溫大幅波動,水冷壁甚至出現超溫狀況，嚴重時在低負荷下難以穩定運行，因此，應加強低負荷下配煤技術的研究，確保鍋爐在低負荷下安全穩定運行。

二、穩燃技術提高火電機組調峰能力

1．穩燃技術的發展

在低負荷時燃燒不穩定，主要矛盾是解決穩定燃燒，提高效率及兼顧環保的問題。多年來，在燃煤鍋爐煤粉燃燒技術中，為提高煤粉氣流著火和燃燒穩定性，在鍋爐燃燒設備中采取各種技術措施，目的在于建立穩定的著火熱源、增強對煤粉氣流的供熱能力和降低一次風煤粉氣流的著火熱。調峰鍋爐必須配置高負荷時效率高，低負荷時能穩定可靠運行的燃燒系統，低負荷保持燃燒穩定是安全運行的必要條件。近30年來開發很多不同型式的新型燃燒器：燃燒器結構主要集中在一次風口結構的改進和發展。改善了氣流流動工況，促進了著火、燃燒穩定性的提高，實現了高效率燃燒，具有代表性的有一次風折邊型夾心風燃燒器、鈍體燃燒器、"船型"燃燒器、大速差燃燒器、扁平射流燃燒器等。主要集中在一次風氣流內部煤粉濃度的分布上進行改進和發展。實現一次風氣流在燃燒器出口某一位置在最佳煤粉濃度下的濃淡燃燒。既提高了著火、燃燒穩定性，又有效的控制了燃燒中NOx的生成和排放。具有代表性的有水平濃淡燃燒器，國外的有PM型、WR型燃燒器等，在旋流燃燒器方面，為提高旋流燃燒器對煤種和負荷的適應性，并有效控制NOx的排放，主要采取分級送風與濃淡燃燒相結合的方式。一般適用于燃用高揮發分的煤種。具體結構特點如下：把二次風分成內層二次風（又稱二次風）和外層二次風（國外又稱三次風）兩股同軸環狀氣流。分別通過可調軸向葉片式旋流器調節兩股氣流的旋流強度，實現雙通道雙調風。可以有效地控制回流區的大小和位置；根據煤種特性在燃燒器出口設置單齒或雙齒型火焰穩定環、火焰隔離環等，進一步提高著火、燃燒穩定性；主燃燒器上方設燃盡風。鍋爐在使用這些燃燒技術后，鍋爐的最低穩燃負荷能力都得到了有效提高。100MW、200MW機組鍋爐由原來70%~60%BMCR（鍋爐最大連續蒸發量）可達到60%~45%BMCR。國內引進技術國產化的新一代超臨界和超超臨界鍋爐都采用了新技術，以實現鍋爐高效、低負荷穩燃、保證水冷壁可靠運行和減小受熱面熱偏差的目標。如哈爾濱鍋爐廠引進的三井-巴布科克（MBEL）的軸向葉輪式多級配風旋流式燃燒器。以及引進三菱技術的PM型燃燒器。東方鍋爐公司與巴布科克（MBEL）-日立合作生產的1000MW超超臨界鍋爐采用的NR燃燒器。上海鍋爐公司引進阿爾斯通技術的600~1000MW超臨界鍋爐采用濃淡燃燒器，單爐膛雙四角切圓燃燒方式。目前，大容量煤粉鍋爐不投油穩燃負荷已能在30%BMCR下穩定運行。

2.熱電聯產機組實施"以熱定電"

熱電聯產機組是指同時生產電力和熱力產品(蒸汽、熱水)的機組，熱電聯產機組包括：背壓式汽輪機、抽汽-凝汽式汽輪機、凝汽-抽汽兩用型汽輪機、燃汽一蒸汽聯合循環供熱機組。熱電聯產具有節約能源、改善環境、提高供熱質量、增加電力供應等綜合效益。熱電廠的建設是治理大氣污染和提高能源利用率的重要措施。隨著國家節能減排力度的加大，城市周邊的很多純凝機組相繼進行了供熱改造，供熱機組的比例逐年增加。為滿足電網調峰需要，對于完全用于發電的純凝機組進行深度調峰，同時對熱電聯產機組實施"以熱定電"，即在滿足熱用戶熱負荷的情況下，將電負荷降至最低，讓出空間以滿足深度調峰要求。

三、各類機組深度調峰能力試驗研究

1．不投油最低穩燃能力試驗

鍋爐廠所給定的鍋爐最低穩燃負荷，因煤種、鍋爐形式、機組容量不同有所差異，以東北地區為例，其煙煤和褐煤較豐富，且東北區域內的鍋爐大多為哈鍋生產，按鍋爐廠給定的鍋爐最低穩燃負荷大致為：200MW45%BMCR；300MW(350 MW )35%BMCR；600MW以上30%BMCR。折合成機組額定負荷后，約增加5%，即200MW50%ECR（經濟連續蒸發量）；300MW(350 MW )40% ECR；600MW以上35% ECR。循環流化床鍋爐為35% ECR。由于在試驗中燃用設計煤種，表1為最近幾年大型鍋爐最低穩燃負荷試驗結果。考核試驗結果表明，在設計煤種條件下，全部機組的調峰能力均能達到制造廠給定值，但考慮到實際運行時的煤質多變，在核定機組實際調峰負荷時，均給以一定的余量，研究表明，這一余量是偏大的。

2．低于鍋爐最低穩燃負荷調峰試驗

我國一次能源消費結構中占主導地位的格局將長期保持不變。一般電力彈性系數大于1，也就是經濟增長10%，電力增長要大于10%。按照現有規模，電力增長10%，需增加裝機容量約9000萬千瓦，相當于投產5座三峽電站，或50座大亞灣核電站，這個容量值依靠水電、核電很難實現，但風電卻獨具優勢。除水電外，目前風力發電是技術最成熟、成本最低的可再生能源發電方式，據估計，隨著成本的不斷降低，以及環境壓力的不斷加大，中國風電裝機超出預期的可能性非常大。90年代后新投產的汽輪機均采用引進技術，末級動葉片均采用三維設計，根部反動度均大于0.25，且為自帶圍帶和拉金的整圈連接結構，具備30%BMCR下長期穩定運行的能力，只有早期投產的200MW機組由于設計年代較早，雖經過通流改造，但深度調峰能力較弱，主要受末級動葉片水蝕和顫振的限制，東北地區早期200MW汽輪機末級動葉片基本采用710mm 葉片，圖2為710mm動葉片實測的動應力與負荷的關系曲線，從圖中可以看出，當機組負荷在35～65MW期間，動應力明顯增加，發生了顫振，當機組負荷大于65MW后，動應力明顯下降，因此，早期200MW汽輪機具備40%BMCR長期穩定運行能力。表2為不同機組鍋爐不投油最低穩燃負荷結果及調整后最小負荷。

由表1可以看出，鍋爐不投油助燃而穩定燃燒對應的最低發熱量為褐煤，其原因在于，經制粉系統干燥后，水分很高的褐煤的發熱量幾乎成倍增長，而水分較低的煙煤、貧煤和無煙煤干燥后，煤粉干燥無灰基的發熱量變化不大。

但近年來，部分地區煤炭資源日漸枯竭，煤價連年大幅攀升，發電企業為降低成本，經常直接燃用或混配偏離設計的煤種，增加了低負荷運行的風險。尤其是超臨界鍋爐當煤種頻繁變化、混合不均時水煤比容易發生大幅度變化，致使主、再熱汽溫大幅波動,水冷壁甚至出現超溫狀況，嚴重時在低負荷下難以穩定運行，因此，應加強低負荷下配煤技術的研究，確保鍋爐在低負荷下安全穩定運行。

二、穩燃技術提高火電機組調峰能力

1．穩燃技術的發展

在低負荷時燃燒不穩定，主要矛盾是解決穩定燃燒，提高效率及兼顧環保的問題。多年來，在燃煤鍋爐煤粉燃燒技術中，為提高煤粉氣流著火和燃燒穩定性，在鍋爐燃燒設備中采取各種技術措施，目的在于建立穩定的著火熱源、增強對煤粉氣流的供熱能力和降低一次風煤粉氣流的著火熱。調峰鍋爐必須配置高負荷時效率高，低負荷時能穩定可靠運行的燃燒系統，低負荷保持燃燒穩定是安全運行的必要條件。近30年來開發很多不同型式的新型燃燒器：燃燒器結構主要集中在一次風口結構的改進和發展。改善了氣流流動工況，促進了著火、燃燒穩定性的提高，實現了高效率燃燒，具有代表性的有一次風折邊型夾心風燃燒器、鈍體燃燒器、"船型"燃燒器、大速差燃燒器、扁平射流燃燒器等。主要集中在一次風氣流內部煤粉濃度的分布上進行改進和發展。實現一次風氣流在燃燒器出口某一位置在最佳煤粉濃度下的濃淡燃燒。既提高了著火、燃燒穩定性，又有效的控制了燃燒中NOx的生成和排放。具有代表性的有水平濃淡燃燒器，國外的有PM型、WR型燃燒器等，在旋流燃燒器方面，為提高旋流燃燒器對煤種和負荷的適應性，并有效控制NOx的排放，主要采取分級送風與濃淡燃燒相結合的方式。一般適用于燃用高揮發分的煤種。具體結構特點如下：把二次風分成內層二次風（又稱二次風）和外層二次風（國外又稱三次風）兩股同軸環狀氣流。分別通過可調軸向葉片式旋流器調節兩股氣流的旋流強度，實現雙通道雙調風。可以有效地控制回流區的大小和位置；根據煤種特性在燃燒器出口設置單齒或雙齒型火焰穩定環、火焰隔離環等，進一步提高著火、燃燒穩定性；主燃燒器上方設燃盡風。鍋爐在使用這些燃燒技術后，鍋爐的最低穩燃負荷能力都得到了有效提高。100MW、200MW機組鍋爐由原來70%~60%BMCR（鍋爐最大連續蒸發量）可達到60%~45%BMCR。國內引進技術國產化的新一代超臨界和超超臨界鍋爐都采用了新技術，以實現鍋爐高效、低負荷穩燃、保證水冷壁可靠運行和減小受熱面熱偏差的目標。如哈爾濱鍋爐廠引進的三井-巴布科克（MBEL）的軸向葉輪式多級配風旋流式燃燒器。以及引進三菱技術的PM型燃燒器。東方鍋爐公司與巴布科克（MBEL）-日立合作生產的1000MW超超臨界鍋爐采用的NR燃燒器。上海鍋爐公司引進阿爾斯通技術的600~1000MW超臨界鍋爐采用濃淡燃燒器，單爐膛雙四角切圓燃燒方式。目前，大容量煤粉鍋爐不投油穩燃負荷已能在30%BMCR下穩定運行。

2.熱電聯產機組實施"以熱定電"

熱電聯產機組是指同時生產電力和熱力產品(蒸汽、熱水)的機組，熱電聯產機組包括：背壓式汽輪機、抽汽-凝汽式汽輪機、凝汽-抽汽兩用型汽輪機、燃汽一蒸汽聯合循環供熱機組。熱電聯產具有節約能源、改善環境、提高供熱質量、增加電力供應等綜合效益。熱電廠的建設是治理大氣污染和提高能源利用率的重要措施。隨著國家節能減排力度的加大，城市周邊的很多純凝機組相繼進行了供熱改造，供熱機組的比例逐年增加。為滿足電網調峰需要，對于完全用于發電的純凝機組進行深度調峰，同時對熱電聯產機組實施"以熱定電"，即在滿足熱用戶熱負荷的情況下，將電負荷降至最低，讓出空間以滿足深度調峰要求。

三、各類機組深度調峰能力試驗研究

1．不投油最低穩燃能力試驗

鍋爐廠所給定的鍋爐最低穩燃負荷，因煤種、鍋爐形式、機組容量不同有所差異，以東北地區為例，其煙煤和褐煤較豐富，且東北區域內的鍋爐大多為哈鍋生產，按鍋爐廠給定的鍋爐最低穩燃負荷大致為：200MW45%BMCR；300MW(350 MW )35%BMCR；600MW以上30%BMCR。折合成機組額定負荷后，約增加5%，即200MW50%ECR（經濟連續蒸發量）；300MW(350 MW )40% ECR；600MW以上35% ECR。循環流化床鍋爐為35% ECR。由于在試驗中燃用設計煤種，表1為最近幾年大型鍋爐最低穩燃負荷試驗結果。考核試驗結果表明，在設計煤種條件下，全部機組的調峰能力均能達到制造廠給定值，但考慮到實際運行時的煤質多變，在核定機組實際調峰負荷時，均給以一定的余量，研究表明，這一余量是偏大的。

2．低于鍋爐最低穩燃負荷調峰試驗

我國一次能源消費結構中占主導地位的格局將長期保持不變。一般電力彈性系數大于1，也就是經濟增長10%，電力增長要大于10%。按照現有規模，電力增長10%，需增加裝機容量約9000萬千瓦，相當于投產5座三峽電站，或50座大亞灣核電站，這個容量值依靠水電、核電很難實現，但風電卻獨具優勢。除水電外，目前風力發電是技術最成熟、成本最低的可再生能源發電方式，據估計，隨著成本的不斷降低，以及環境壓力的不斷加大，中國風電裝機超出預期的可能性非常大。90年代后新投產的汽輪機均采用引進技術，末級動葉片均采用三維設計，根部反動度均大于0.25，且為自帶圍帶和拉金的整圈連接結構，具備30%BMCR下長期穩定運行的能力，只有早期投產的200MW機組由于設計年代較早，雖經過通流改造，但深度調峰能力較弱，主要受末級動葉片水蝕和顫振的限制，東北地區早期200MW汽輪機末級動葉片基本采用710mm 葉片，圖2為710mm動葉片實測的動應力與負荷的關系曲線，從圖中可以看出，當機組負荷在35～65MW期間，動應力明顯增加，發生了顫振，當機組負荷大于65MW后，動應力明顯下降，因此，早期200MW汽輪機具備40%BMCR長期穩定運行能力。表2為不同機組鍋爐不投油最低穩燃負荷結果及調整后最小負荷。