深度调峰背景下火电厂燃煤机组灵活性改造

摘要：在可再生能源大范围接入的情况下，电力系统对于火电厂燃煤机组运行的灵活性有着很高的需求。在深度调峰的大环境下，燃煤机组灵活性改造就成了提高电力系统调节能力的重点。对深度调峰定义及重要性进行说明，并对燃煤机组灵活性改造进行必要性分析。探讨了锅炉侧、汽轮机侧及控制系统三个方面的改造技术方案，包括燃烧优化、汽轮机滑压运行及先进控制策略的应用。通过这些技术手段可以使燃煤机组在较小负荷时就能平稳运行并增强调峰能力以更好满足电力系统新的要求。

关键词：深度调峰；燃煤机组；灵活性改造

引言

近年来由于可再生能源迅速开发，电力系统调峰能力需求与日俱增。燃煤机组是电力系统中的一个重要环节，传统的运行方式已经很难适应现代电力系统灵活性要求。深度调峰就是在电力系统负荷处于低谷时，发电机组可以通过减少出力来平衡供给和需求的一种技术手段。为迎接这一挑战，对火电厂燃煤机组进行灵活性改造是必然要求。改造后燃煤机组既可提高调峰能力又可加强低负荷下运行的稳定性，使之更能满足电力系统新要求。

一、深度调峰与火电厂燃煤机组理论基础

（一）深度调峰的定义与重要性

深度调峰就是电力系统在负荷波动时通过灵活调节发电机组出力来适应负荷波动要求的一种技术。在电力系统中，由于负荷需求的波动性，尤其是可再生能源（如风电、光伏）的接入，传统的电力系统需要具备一定的灵活性来应对这些波动。深度调峰是指电力系统在尽可能短的时间内应对负荷变化以维持电力供需平衡，保证电力系统平稳运行。以火电机组为代表的传统能源一般采用稳定运行模式提供电能，但是在深度调峰需求下，这类机组对灵活性提出了更高要求。实现深度调峰既可以有效应对可再生能源波动，又可以提高火电机组运行的经济性与灵活性，为电力市场提供更有效的服务，进一步减少负荷波动引起的备用调度费用，以促进电力系统绿色转型。

（二）燃煤机组灵活性改造的必要性

在可再生能源快速发展背景下，电力系统运行方式发生根本改变，常规燃煤火电机组正逐步面临深度调峰压力。燃煤机组长期运行，一般以较平稳负荷输出为主要特点，对深度调峰需求适应能力弱。但是，为适应电力市场新形势下，促进电力系统整体灵活性发展，对燃煤机组进行灵活性改造就显得格外有必要。该改造可实现火电机组对大负荷波动区间的快速反应、降低了机组启动、停机和过渡负荷过程中能源浪费。另外，灵活性改造可以减轻可再生能源波动对调度造成的压力和电网调度效率。鉴于火电机组缺乏灵活性，合理技术改造可显著增强机组深度调峰适应性，从而为电力系统提供更灵活、更可靠电力供应，从而减少了整个电力市场调度成本，确保电力供应稳定安全。

二、深度调峰背景下火电厂燃煤机组灵活性改造技术方案

（一）锅炉侧改造技术

锅炉是燃煤火电机组中最核心的设备，锅炉运行方式直接关系到机组启动、负荷调节和深度调峰能力。第一，优化锅炉燃烧系统是增强锅炉灵活性的重点。现代燃烧控制技术实现了燃料供给与空气配比的精准调节，使锅炉在各种负荷工况中均可高效平稳地运行。如利用先进燃烧器技术能较准确地控制燃煤和空气混合的配比，保证锅炉低负荷下稳定燃烧效率。第二，锅炉热力调节性能是负荷调节的关键。为加强锅炉对各种负荷的热力调节，必须采用精细化蒸汽温度、压力控制技术来降低负荷调节过程中热力损失。比如利用智能化控制系统对蒸汽温度、压力的变化进行实时监测。第三，对锅炉控制系统进行优化，能有效地促进锅炉调节响应速度及稳定性。采用基于大数据分析等数字化技术进行预测性控制可以对锅炉负荷波动情况进行预先预判，对燃烧器及热力系统响应进行预先调节，降低锅炉负荷波动。第四，常规锅炉启停工艺时间长，往往伴有很大热损失。通过对锅炉炉膛温度控制优化，炉膛气氛及火焰形态调节等技术改造可大大缩短锅炉启动时间及减少停机时热损失。

（二）汽轮机侧改造技术

传统汽轮机负荷调节方式一般采用逐步上升或下降的方式、响应速度慢、很难适应现代电网波动频繁的特点。其一，常规汽轮机调节方式通常很难在低负荷时迅速反应。具体而言，利用智能化调节阀控制系统实现蒸汽流量及压力的准确调节，使汽轮机在低负荷时仍能维持高效稳定运行。其二，改进启停机策略，传统汽轮机启停机过程复杂、费时，往往造成蒸汽流量、压力等参数失稳。为提高汽轮机启停效率可采用优化汽轮机启停策略的方法以缩短启停所用的时间。比如通过预先调整蒸汽流量来保证汽轮机在启停时一直保持适当的运行状态，以免因过度冷却、升温而产生机械应力。其三，汽轮机叶片作为其中最关键的零件，其耐高温高压性能对汽轮机运行的稳定性有着直接的影响。对叶片材料及结构进行优化改造可使叶片较好地满足高负荷及波动负荷工况。如使用高温合金材料或者陶瓷复合材料等，既增强了叶片抗腐蚀性又改善了叶片耐高温、高压特性。其四，引进先进数字化控制技术及人工智能算法可对汽轮机运行策略进行优化以更灵活应对电网负荷变化。如采用数据驱动模型预测技术来实时监测与分析电网频率的变化情况、调整汽轮机运行方式及负荷分配以增强汽轮机适应电网波动能力。

（三）控制系统改造技术

控制系统在燃煤机组全过程调节中处于核心地位，常规控制系统通常根据负荷固定变化来优化控制，很难处理负荷复杂波动问题。为了增强火电机组深度调峰响应能力，其控制系统改造非常关键。改造方向有控制系统智能化，自动化和实时监测能力增强。首先，介绍了一种基于大数据及人工智能技术的燃煤机组智能控制系统，该系统能够对燃煤机组的运行状况进行实时监控及动态优化调度。智能控制系统可以通过对电网负荷变化规律进行学习，提前预知负荷波动情况，自动调节机组运行参数从而达到最优调节。其次，强化控制系统和电网调度系统之间的连接，促进机组响应电网调度指令，保证机组能迅速适应负荷的变化。最后，还对控制系统的自动调节功能进行了改造，实现了负荷自动调节和启动自动化，从而实现了机组低负荷时自动调节到最优状态，本发明降低了人工操作对于机组灵活性的制约，使机组能够高效灵活地运行。对锅炉、汽轮机以及控制系统等进行综合改造，能够显著提高燃煤火电机组深度调峰时的响应能力以及运行灵活性，从而为电力系统的运行提供更可靠、更有效地支撑。

结束语

总之，对深度调峰条件下火电厂燃煤机组进行灵活性改造，是提高电力系统调节能力和保证电力供应稳定运行的重要环节。对锅炉侧、汽轮机侧和控制系统进行综合改造后，燃煤机组能在较低负荷时平稳运行，调峰能力明显提高。这样既有利于减轻可再生能源接入对调峰的压力，又有利于燃煤机组经济环保。但灵活性改造面临着设备磨损加剧和运行成本提高的挑战。所以在促进改造时，必须考虑到技术，经济以及环保等各方面的因素，才能制定出科学、合理的方案。今后，在科技不断进步与政策不断扶持下，燃煤机组灵活性改造必将迎来更广阔的空间，助力建设清洁、高企、安全、高效的现代电力系统。

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