DQZHAN訊：火電產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入衰退期 靈活性改造面臨何種挑戰(zhàn)?

據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)預(yù)測, 2020年、2030年、2050年是我國火電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn)，未來我國火電產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入衰退期。2020年, 火電裝機(jī)容量占總裝機(jī)容量61%, 2030年下降到51%, 到2050年進(jìn)一步下降至38%，而新能源裝機(jī)占比持續(xù)上升, 到2050年, 新能源裝機(jī)占比已上升至33%?；痣娧b機(jī)容量一路下行的數(shù)據(jù)拐點(diǎn)，無情地證明了火電產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐年遞減。

在未來, 火電產(chǎn)業(yè)將在產(chǎn)業(yè)需求的導(dǎo)向下繼續(xù)演化。雖說火電產(chǎn)業(yè)即將進(jìn)入衰退，但值得注意的是，在2030年以前, 我國火電產(chǎn)業(yè)仍處于成熟階段, 裝機(jī)容量占比仍在50%以上。隨著我國經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長, 電力需求也將進(jìn)一步擴(kuò)大, 火電產(chǎn)業(yè)仍有為經(jīng)濟(jì)增長提供電力保障的需求。在未來十二年內(nèi)的火電成熟期里, 火電仍是我國的主力電源。

然而不容置疑的是，由于資源枯竭和環(huán)境污染等問題日益突出, 火電作為傳統(tǒng)高耗能、高污染產(chǎn)業(yè), 亟待轉(zhuǎn)型升級(jí), 來提高能源利用效率, 減少污染物排放。針對(duì)當(dāng)前火電產(chǎn)能嚴(yán)重過剩和電網(wǎng)需對(duì)新能源大量吸納的雙重壓力下，國家已出臺(tái)火電運(yùn)行靈活性的指導(dǎo)意見，并公布了22個(gè)電廠作為試點(diǎn)?？梢?，靈活性運(yùn)行已成為火電行業(yè)的大勢所趨，并且顯得迫在眉睫。

鍋爐燃燒優(yōu)化——靈活性改造的挑戰(zhàn)

火電機(jī)組分為熱電機(jī)組和凝汽機(jī)組兩大類，歐美多數(shù)廣泛使用熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，但其中較大比重為大容量抽凝式機(jī)組;國內(nèi)兩類機(jī)組都普遍存在，熱電機(jī)組裝機(jī)容量大約為火電總裝機(jī)容量的32%。火電機(jī)組靈活性主要包括機(jī)組的調(diào)峰深度，爬坡能力和啟停速度等內(nèi)容。調(diào)峰運(yùn)行方式的優(yōu)化和鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化改造是火電機(jī)組靈活性改造的主要手段。

提高火電靈活性, 包括改善機(jī)組調(diào)峰能力、爬坡速度、啟停時(shí)間等多個(gè)方面。目前, 我國純凝機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中的調(diào)峰能力一般為額定容量的50%左右, 典型的抽凝機(jī)組在供熱期的調(diào)峰能力僅為額定容量的20%。通過靈活性改造, 預(yù)期將使熱電機(jī)組增加20%額定容量的調(diào)峰能力, *小技術(shù)出力達(dá)到40%-50%額定容量;純凝機(jī)組增加15%-20%額定容量的調(diào)峰能力, *小技術(shù)出力達(dá)到30%-35%額定容量。然而靈活性運(yùn)行甚至深度調(diào)峰將使機(jī)組長期處于低負(fù)荷狀態(tài)，而在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，鍋爐的燃燒穩(wěn)定性是首要考慮的問題，其本質(zhì)也是燃燒的溫度問題。

近年來，我國電站鍋爐飛速發(fā)展，在大型化、高參數(shù)的道路上取得了顯而易見的成果。大型化方面，已投運(yùn)的百萬機(jī)組近百臺(tái)，陽西二期2x124萬機(jī)組已在建，平山二期2x135萬機(jī)組已提上日程。高參數(shù)方面，二次再熱在六十萬機(jī)組及百萬機(jī)組上也已成功運(yùn)用，主蒸汽*高設(shè)計(jì)壓力達(dá)32MPa，再熱氣溫高達(dá)620℃。

大型化、高參數(shù)能從根本上提高機(jī)組的總效率，但由于機(jī)組容量及參數(shù)一旦確定，就無法輕易改變，若想進(jìn)一步提高機(jī)組的效率，就要靠精細(xì)化的燃燒優(yōu)化調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，基于當(dāng)前電廠煤質(zhì)多變、輔機(jī)配置各不相同和運(yùn)行工況的復(fù)雜性，這些特點(diǎn)使得通過運(yùn)行調(diào)整以進(jìn)一步提高效率面臨較多困難，但同時(shí)也為此留下了空間。

鍋爐燃燒優(yōu)化在火電的靈活性改造中占有重要的地位?，F(xiàn)如今，我國大部分電廠出現(xiàn)了混煤燃燒的情況，在此種形勢下，調(diào)整與優(yōu)化鍋爐燃燒運(yùn)行顯得非常急迫。在靈活性運(yùn)行已提上日程的大背景下，燃燒優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整顯得更加重要。

鍋爐燃燒優(yōu)化可采取的手段

可以毫不夸張地說，燃燒系統(tǒng)是整個(gè)鍋爐的心臟，爐膛內(nèi)部溫度場的分布對(duì)燃燒優(yōu)化調(diào)整有著重要的參考意義。溫度偏高、偏低或不均勻都會(huì)對(duì)**、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來不利影響。溫度偏低會(huì)導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定、不充分，同時(shí)換熱量減少引起蒸發(fā)量不足，*終導(dǎo)致鍋爐效率下降，此外，鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)較低的燃燒溫度使機(jī)組面臨滅火停爐的事故風(fēng)險(xiǎn)。溫度偏高，使受熱面壁溫升高，降低受熱面的使用壽命，也會(huì)加大結(jié)焦、爆管和非計(jì)劃停爐的風(fēng)險(xiǎn)，溫度型NOx升高，還可能使?fàn)t膛出口煙溫超過SCR脫硝煙溫的上限，對(duì)低NOx排放帶來壓力。燃燒溫度分布不均，則會(huì)直接影響受熱面的受熱均勻性，使蒸汽出口溫度偏差加大，嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生水動(dòng)力問題，同時(shí)會(huì)引起爐內(nèi)氣流的不均勻，致使火焰沖墻貼壁，加劇受熱面的高溫腐蝕，為了降低飛灰大渣含碳量而盲目提高總空氣量，還可能導(dǎo)致過量空氣系數(shù)的升高，排煙損失增大，致使鍋爐效率下降。

鍋爐燃燒情況的好壞對(duì)于整個(gè)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、**性具有非常重要的影響。調(diào)節(jié)燃燒的關(guān)鍵任務(wù)在于，順應(yīng)外界負(fù)荷的需求，在提供合格蒸汽的同時(shí)，確保鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與**性。對(duì)于普通固態(tài)排渣煤粉鍋爐，調(diào)解燃燒的目標(biāo)可分成以下方面：確保其正常的汽壓、蒸發(fā)量和汽溫。燃燒穩(wěn)定，火焰均勻，燃燒器不受損害，避免出現(xiàn)結(jié)渣的現(xiàn)象，以此來促進(jìn)鍋爐機(jī)組實(shí)現(xiàn)*大化的經(jīng)濟(jì)性。

燃燒調(diào)整的目的是保證燃燒的**性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性，確保鍋爐的汽溫、汽壓和蒸發(fā)量滿足要求，并維持較低的污染物排放水平。燃燒調(diào)整的目標(biāo)主要包括：著火點(diǎn)位置適當(dāng)，火焰穩(wěn)定，火球居中不刷墻(這里針對(duì)四角切圓爐)，火焰充滿度高，受熱面不結(jié)焦，熱負(fù)荷分配均勻，過/再熱汽溫偏差小，爐膛出口煙溫合理，燃煤燃盡程度高，NOx污染物排放低。

為達(dá)到燃燒調(diào)整目標(biāo)可以采取的措施主要包括：煤粉細(xì)度的選定;一次風(fēng)粉的調(diào)平;各二次風(fēng)(包括分離燃盡風(fēng)、輔助風(fēng)和燃料風(fēng)等)的合理分配;一二次風(fēng)的比例選擇;總風(fēng)量的確定(即確定合適的過量空氣系數(shù));燃燒器噴嘴擺角大小;燃燒器的投運(yùn)層(尤其在低負(fù)荷下)。

煤粉細(xì)度主要取決于干燥無灰基揮發(fā)分，煤粉選取的細(xì)有利于著火穩(wěn)燃，且不易結(jié)渣，但會(huì)影響磨煤機(jī)出力，制粉電耗也會(huì)增加。此外，對(duì)于確定的磨煤機(jī)其細(xì)度調(diào)節(jié)范圍十分有限，面對(duì)多變的煤種，磨煤機(jī)調(diào)整煤粉細(xì)度將力不從心。

一次風(fēng)粉調(diào)整多是通過調(diào)整磨煤機(jī)一次風(fēng)量和煤粉管道上可調(diào)縮孔(也稱節(jié)流圈)來實(shí)現(xiàn)。磨煤機(jī)中一次風(fēng)量取決于通風(fēng)量和干燥量的*小量，不可隨意調(diào)節(jié)，可調(diào)縮孔可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)節(jié)，但實(shí)際運(yùn)行中仍然會(huì)存在全開的煤粉管道阻力依然很大，而且實(shí)踐中可調(diào)縮孔無操作平臺(tái)或長期不操作已無法調(diào)整，這些都使一次風(fēng)粉調(diào)整的效果大打折扣。

二次風(fēng)的分配是通過改變每級(jí)二次風(fēng)門的開度實(shí)現(xiàn)的，實(shí)踐中存在的主要問題是風(fēng)門機(jī)械結(jié)構(gòu)卡澀或DCS開度、風(fēng)門外指示牌開度與實(shí)際開度不一致，這些都給現(xiàn)場運(yùn)行調(diào)整造成困難。

一二次風(fēng)比例的調(diào)整很大程度上是燃燒效率與NOx排放量的平衡，二次風(fēng)過大，有利于低NOx燃燒，但不利于煤粉尤其大顆粒的燃盡，而且可能造成主燃燒區(qū)的還原性氣氛，導(dǎo)致高溫腐蝕和結(jié)焦，因此需要綜合考慮。

過量空氣系數(shù)過大，排煙損失q2、NOx排放量及風(fēng)機(jī)電耗增加;過小化學(xué)未完全燃燒損失q3及機(jī)械未完全燃燒損失q4會(huì)加大。因此，一定負(fù)荷總對(duì)應(yīng)一個(gè)合理的過量空氣系數(shù)，使q2+q3+q4*小。大量實(shí)踐表明，使?fàn)t膛出口氧量達(dá)到3%左右的過量空氣系數(shù)是合適的。

燃燒器擺角調(diào)整范圍為一次風(fēng)上下擺動(dòng)20°，對(duì)應(yīng)二次風(fēng)上下擺動(dòng)30°。上下擺動(dòng)是通過改變火焰中心位置達(dá)到調(diào)節(jié)再熱氣溫的目的，同時(shí)對(duì)煙氣出口溫度有一定的調(diào)節(jié)作用。運(yùn)行人員應(yīng)每班試擺動(dòng)一次，以使燃燒器根據(jù)需要隨時(shí)可擺動(dòng)。

磨煤機(jī)的不同投運(yùn)層組合與燃燒器擺角調(diào)整類似，同樣可以達(dá)到改變火焰中心的作用，而且效果更加明顯。在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行及煤質(zhì)較差時(shí)，一般采用相鄰的幾臺(tái)磨一起運(yùn)行以提高燃燒穩(wěn)定性。需要指出，備運(yùn)磨對(duì)應(yīng)的燃燒器層(尤其是上層燃燒器時(shí))應(yīng)加強(qiáng)冷卻通風(fēng)，避免煤粉噴嘴燒損。

鍋爐運(yùn)行調(diào)整中,在保證**運(yùn)行基礎(chǔ)上，還要做到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高鍋爐效率。一般的鍋爐機(jī)組，效率基本可以達(dá)到92%以上，各項(xiàng)損失之和不到8%。*大損失是排煙熱損失，一般5～6%，其次是機(jī)械未完全燃燒熱損失1-1.5%，散熱損失和灰渣物理熱損失合計(jì)1%左右。(對(duì)高灰份煤灰渣物理熱損失會(huì)更大)。從指標(biāo)量化看，要提高鍋爐效率，重點(diǎn)是降低排煙損失和機(jī)械未完全燃燒熱損失。注意排煙溫度的變化,排煙溫度過高,影響鍋爐效率,過低容易造成空預(yù)器的低溫腐蝕,所以要求在運(yùn)行中根據(jù)負(fù)荷的變化加強(qiáng)調(diào)整。在煤質(zhì)變化比較大或燃料量明顯增加時(shí)，及時(shí)調(diào)整總風(fēng)量和一二次風(fēng)溫。

(1)控制好鍋爐總風(fēng)量

鍋爐風(fēng)量的配給，不僅影響鍋爐效率的高低，而且過量的空氣量過大還會(huì)增加送、引風(fēng)機(jī)的電耗，增加廠用電率，致使供電煤耗攀升。要保持合適的風(fēng)量可通過觀察氧量值，一般在3-4%左右，對(duì)于不同煤種在飛灰含碳量不增加的情況下可考慮低氧燃燒，實(shí)現(xiàn)降低排煙損失的目的。但要根據(jù)鍋爐所燒煤種的結(jié)渣特性，注意盡量保持鍋爐出口煙溫低于灰渣的軟化溫度，以減輕結(jié)渣的程度，對(duì)于易結(jié)渣煤種，可以適當(dāng)保持氧量高一些，避免出現(xiàn)還原性氣氛，減少結(jié)渣。

(2)降低排煙溫度

a.鍋爐吹灰器正常運(yùn)行，及時(shí)吹灰，保證受熱面清潔; b.防止空預(yù)器堵灰，可從出入口壓差判斷，當(dāng)壓差增大時(shí)就有可能是堵灰，要及時(shí)吹灰; c.控制鍋爐火焰中心位置，在過熱汽溫和再熱汽溫合適的情況下可下調(diào)火焰中心，可以通過對(duì)上中下各層噴燃器的配風(fēng)量進(jìn)行調(diào)整， d.要盡量提高進(jìn)入預(yù)熱器的空氣溫度，一般不低于20℃(冬季投入暖風(fēng)器)，以利于強(qiáng)化燃燒。特別是在低負(fù)荷階段，往往出現(xiàn)鍋爐氧量過高的情況，既對(duì)燃燒不利，也增加了風(fēng)機(jī)單耗。

(3)降低飛灰含碳量 飛灰含碳量是指飛灰中碳的質(zhì)量百分比(%)。飛灰含碳量越大，損失也越大。影響飛灰碳損失的因素很多，包括：煤可磨性系數(shù)，煤粉細(xì)度，燃燒動(dòng)力場，爐膛內(nèi)溫度水平、風(fēng)煤比、鍋爐總用風(fēng)量、一次風(fēng)量、一二次風(fēng)量配比、一次風(fēng)速、二次風(fēng)速等，這些因素必須通過反復(fù)試驗(yàn)后進(jìn)行合理配比，實(shí)現(xiàn)*佳運(yùn)行工況，以獲得飛灰碳損失*小。 燃煤發(fā)熱量一般在18000-21000kJ/kg，揮發(fā)份30%，灰份20%左右，應(yīng)確定經(jīng)濟(jì)的煤粉細(xì)度，其方法為：做出煤粉細(xì)度與飛灰曲線、煤粉細(xì)度制粉單耗曲線，兩曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的細(xì)度就是經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度，即煤粉燃燼和制粉耗電率之間的*佳組合。*佳煤粉細(xì)度一般維持R90=20%左右。

在鍋爐燃燒調(diào)整中，一次風(fēng)的使用應(yīng)根據(jù)煤種特性而定，一次風(fēng)量的確定原則上應(yīng)滿足燃料中揮發(fā)份著火的需要，同時(shí)要兼顧磨煤機(jī)的干燥出力和通風(fēng)出力，三者之間尋找一個(gè)*佳點(diǎn)。確定適當(dāng)?shù)娘L(fēng)煤比曲線，是保證制粉系統(tǒng)**、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)在主燃燒區(qū)適當(dāng)欠氧，在燃盡階段補(bǔ)充一定的氧量，實(shí)現(xiàn)完成燃燒。

綜上所述，燃燒優(yōu)化調(diào)整的手段是多方面的，但每種手段的調(diào)整效果都直接或間接地反應(yīng)在燃燒溫度場上，燃燒火焰溫度場分布既是燃燒調(diào)整的依據(jù)，也是燃燒優(yōu)化調(diào)整結(jié)果優(yōu)劣的判據(jù)。

溫度場測量——給鍋爐裝上眼睛

隨著科技的發(fā)展及控制技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整的需要，經(jīng)過技術(shù)專家們多年研究和試驗(yàn)，鍋爐爐膛燃燒器區(qū)域溫度場的精準(zhǔn)測量技術(shù)已經(jīng)成熟，而且通過一些電廠的實(shí)際測試證實(shí)是可行可靠可用的。我們稱之為燃燒器區(qū)域火焰溫度場測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用先進(jìn)的、穩(wěn)定的、可靠的測量技術(shù)，通過安裝在每一只燃燒器附近的溫度場探頭，針對(duì)每一只燃燒器形成的火焰及高溫?zé)煔膺M(jìn)行溫度測量，從而為獲得鍋爐燃燒器區(qū)域的溫度場提供了必要的保證。鍋爐溫度場測量設(shè)備就像鍋爐的眼睛，實(shí)時(shí)提供**可靠的數(shù)據(jù)，幫助運(yùn)行人員更好地優(yōu)化鍋爐燃燒，實(shí)現(xiàn)火電的節(jié)能減排。

通過采集溫度場數(shù)據(jù)，使得爐膛溫度場分布在運(yùn)行人員眼中變得透明可視，為運(yùn)行人員通過溫度場數(shù)據(jù)判斷燃燒工況組織是否合理，是否造成了四角燃燒不均勻、是否存在火焰中心偏斜及火焰刷墻等情況，提供精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)為運(yùn)行人員進(jìn)行燃燒優(yōu)化調(diào)整，優(yōu)化燃燒器火焰溫度場的分布提供必要的支持和保證。基于火焰溫度場測量系統(tǒng)的燃燒優(yōu)化調(diào)整*終使得鍋爐污染物排放明顯下降、煤耗降低、鍋爐效率得到提高。

它能實(shí)時(shí)監(jiān)測里面溫度變化，監(jiān)督溫度場變化，再進(jìn)行調(diào)整，通過系統(tǒng)，一方面幫電廠節(jié)能，降低標(biāo)準(zhǔn)煤耗，同時(shí)降低污染排放，這是系統(tǒng)帶給電廠*大的價(jià)值。

可以說，燃燒器區(qū)域火焰溫度場測量系統(tǒng)對(duì)鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整有著不可代替的作用。它既是燃燒調(diào)整的依據(jù)，也是燃燒優(yōu)化調(diào)整結(jié)果優(yōu)劣的判據(jù)。在未來一段時(shí)間內(nèi)，溫度場測量系統(tǒng)也必將成為火電靈活性改造的一大趨勢。