火电机组调峰裕度的影响因素研究

摘 要：近年来，社会对电能的需求不断地增长，我国的用电结构也不断发生变化。然而，新能源发电具有间歇、波动、反调峰等特性，增加了系统的负荷峰谷差，对电力系统的接纳能力提出了更高的要求。为缓解上述矛盾，火电机组需频繁进入深度调峰的工作状态，但频繁、大幅度的调节会降低其使用寿命，并导致效益较低。基于此，文章就火电机组调峰裕度的影响因素进行分析。

关键词：火电机组;调峰裕度;影响因素

一、 火电厂的调峰现状

大规模新能源接入后，电网的规划、生产、运行面临诸多问题与困难，许多火电厂开始对火电机组进行灵活性改造以保障电网稳定运行。目前，火电机组调峰通常可分为正常基本调峰、深度调峰和启停调峰三个阶段。火电机组的灵活性改造在一定程度上缓解了部分地区的调峰压力，但对于新能源消纳、弃风、弃光等问题仍然具有一定的局限性。我国各区域对火电机组调峰能力的要求为最小技术出力在50%PN～70%PN，部分火电机组调峰深度到达55%PN时，整个系统调峰效益最高;随着调峰深度增加，机组的深度调峰效益逐渐减小。火电机组调峰深度与新能源消纳之间的整体效益问题是影响火电厂调峰积极性的关键。火电厂的调峰效益与其调峰成本之间存在直接关系。研究表明，对系统成本变化趋势起主要作用的是启停成本、深度调峰机组的投油成本以及变负荷磨损成本，多方面的成本使得火电厂仅靠自身调峰获得的经济收益较低。

二、 影响调峰裕度的主要因素

（一）锅炉燃烧稳定性的限制

在低负荷调峰运行方式下，锅炉的炉膛热强度较弱，其适应工况变动的能力也较弱，一个小的扰动就有可能使燃烧工况不稳定，从而导致锅炉灭火，煤质太差或煤质突变、混煤不均也可能导致灭火的发生。此外磨煤机跳闸、制粉系统启、停过程中调整不当都会对炉内燃烧工况造成较大影响。

锅炉低负荷运行可能灭火时，须投油助燃。其不投油助燃的最低负荷与煤种有关，具体的值与燃料发热量大小有关。发热量低的取下限，发热量高的取上限。

（二）锅炉水动力安全性的限制

1. 自然循环锅炉

定压运行下，低负荷时循环流速降低，可能出现循环的停滞或倒流;变压运行下，循环流速随负荷的增减可能变化不大。但是变压运行时的压力变化率和最低极限压力对水循环安全性有影响，一般按照变压运行的允许负荷变化率来推定允许的压力变化率。一般规定的正常循环流速界限值0.2～0.3m/s，一般燃煤锅炉的水动力最低安全负荷可低到50%，有集中下降管的要比分散下降管的安全负荷更低。有研究人员对锅炉水循环进行CFD模拟，结果表明：50%负荷以上水循环可靠，传热特性良好;40%负荷循环流速有波动，但水循环可靠;30%负荷下循环流速低，不宜长期运行。

2. 强制循环锅炉

强制循环锅炉比自然循环锅炉多了炉水循环泵。强制循环的锅炉启动及变负荷速度相对较快快，适于参与频繁调峰。低负荷时要保证受热面和泵的循环工作可靠性，不能出现停滞、倒流，且炉水循环泵不发生汽蚀，低循环倍率管壁温度不能超温（发生膜态沸腾）。此外，负荷变化过快，锅炉升温升压率高时，泵会受过大的热应力而损坏。

3. 直流锅炉

其结构与自然循环炉不同，由盘绕上升水冷壁和垂直上升水冷壁组成，之间由过渡段水冷壁及过渡段集箱连接。直流锅炉的水冷壁水动力特性要比亚临界汽包锅炉更为复杂，低负荷时要保证可靠的温度工况：水动力特性稳定单值有足够陡的特征;没有管间和屏间的流量脉动;金属壁温正常;垂直管屏结构无停滞倒流。在升负荷及燃烧工况切换时，由于制粉系统和油枪的频繁启停，使炉膛水冷壁热负荷有强烈的波动，炉膛水冷壁出口汽温和给水温度短时间内有大幅度的波动。变负荷运行时，上辐射区可能发生管子超温爆管事故。负荷越低，受热最强的那面墙的上辐射区易发生管子超温爆管事故。

（三）防止空气预热器低温腐蚀的限制

低负荷时，过热气温与再热气温降低。排烟温度降低和空气过量空气系数增加，烟气中SO3浓度上升，露点温度显著提高，而此时空气预热器冷端壁温显著降低，若低于露点温度以下，可能会发生低温腐蚀。

（四）引风机的工作环境

包括引风机、送风机。引风机的工作环境恶劣，故障率较高。主要故障包括风机震动、轴承过热及漏油等。机组正常运行调整时，增加或降低风机出力调整不平衡，会使风机进入不稳定工况运行。锅炉在低负荷运行期间，运行人员调整双侧风机出力不匹配，导致风机进入低负荷不稳定区域，产生喘振。风机对负荷变化影响不大，不是限制负荷变动的关键因素。

三、 深度调峰操作过程

在机组负荷>400MW时，机组变负荷速率为15MW/min，机组运行较为稳定，除正常辅机切换、退出运行等操作外，锅炉燃烧较为稳定。机组负荷降至300MW及以下时，机组进入湿态运行方式，机组变负荷速率降至8MW/min。此时，汽机侧主要监视机组中间点温度、3#高压加热器疏水切换、再热蒸汽压力调整、汽轮机叶片温度调整等，同时进行凝泵深度变频、主机滑压偏置修订;锅炉侧主要监视锅炉氧量、炉膛负压等参数，判断锅爐燃烧稳定性，同时，开大锅炉燃尽风挡板开度，降低燃烧器一次风率，以提高锅炉中心温度。

四、 结语

综上所述，快速发展的储能技术具有较快的响应速度，能够优化电源结构、增加调峰容量，若能引入储能系统参与调峰服务，可减少并优化火电机组的频繁增减出力，从而有效缓解火电厂的调峰压力，有利于提高新能源消纳能力，减少弃风、弃光量。

参考文献：

[1]曾汉才，姚斌.大型燃煤机组调峰运行若干问题的探讨[J].热力发电，1997（2）：24-28.

作者简介：

高明，华电国际电力股份有限公司邹县发电厂。