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

據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會預測, 2020年、2030年、2050年是我國火電產業(yè)發(fā)展的重要節(jié)點，未來我國火電產業(yè)將進入衰退期。2020年, 火電裝機容量占總裝機容量61%, 2030年下降到51%, 到2050年進一步下降至38%，而新能源裝機占比持續(xù)上升, 到2050年, 新能源裝機占比已上升至33%?；痣娧b機容量一路下行的數(shù)據(jù)拐點，無情地證明了火電產業(yè)規(guī)模逐年遞減。

在未來, 火電產業(yè)將在產業(yè)需求的導向下繼續(xù)演化。雖說火電產業(yè)即將進入衰退，但值得注意的是，在2030年以前, 我國火電產業(yè)仍處于成熟階段, 裝機容量占比仍在50%以上。隨著我國經濟的穩(wěn)定增長, 電力需求也將進一步擴大, 火電產業(yè)仍有為經濟增長提供電力保障的需求。在未來十二年內的火電成熟期里, 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、高污染產業(yè), 亟待轉型升級, 來提高能源利用效率, 減少污染物排放。針對當前火電產能嚴重過剩和電網需對新能源大量吸納的雙重壓力下，國家已出臺火電運行靈活性的指導意見，并公布了22個電廠作為試點?？梢姡`活性運行已成為火電行業(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)

火電機組分為熱電機組和凝汽機組兩大類，歐美多數(shù)廣泛使用熱電聯(lián)產機組，但其中較大比重為大容量抽凝式機組;國內兩類機組都普遍存在，熱電機組裝機容量大約為火電總裝機容量的32%?；痣姍C組靈活性主要包括機組的調峰深度，爬坡能力和啟停速度等內容。調峰運行方式的優(yōu)化和鍋爐燃燒系統(tǒng)的優(yōu)化改造是火電機組靈活性改造的主要手段。

提高火電靈活性, 包括改善機組調峰能力、爬坡速度、啟停時間等多個方面。目前, 我國純凝機組在實際運行中的調峰能力一般為額定容量的50%左右, 典型的抽凝機組在供熱期的調峰能力僅為額定容量的20%。通過靈活性改造, 預期將使熱電機組增加20%額定容量的調峰能力, *小技術出力達到40%-50%額定容量;純凝機組增加15%-20%額定容量的調峰能力, *小技術出力達到30%-35%額定容量。然而靈活性運行甚至深度調峰將使機組長期處于低負荷狀態(tài)，而在低負荷運行時，鍋爐的燃燒穩(wěn)定性是首要考慮的問題，其本質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，已投運的百萬機組近百臺，陽西二期2x124萬機組已在建，平山二期2x135萬機組已提上日程。高參數(shù)方面，二次再熱在六十萬機組及百萬機組上也已成功運用，主蒸汽*高設計壓力達32MPa，再熱氣溫高達620℃。

大型化、高參數(shù)能從根本上提高機組的總效率，但由于機組容量及參數(shù)一旦確定，就無法輕易改變，若想進一步提高機組的效率，就要靠精細化的燃燒優(yōu)化調整來實現(xiàn)。事實上，基于當前電廠煤質多變、輔機配置各不相同和運行工況的復雜性，這些特點使得通過運行調整以進一步提高效率面臨較多困難，但同時也為此留下了空間。

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，調整與優(yōu)化鍋爐燃燒運行顯得非常急迫。在靈活性運行已提上日程的大背景下，燃燒優(yōu)化運行調整顯得更加重要。

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)是整個鍋爐的心臟，爐膛內部溫度場的分布對燃燒優(yōu)化調整有著重要的參考意義。溫度偏高、偏低或不均勻都會對**、經濟運行帶來不利影響。溫度偏低會導致燃燒不穩(wěn)定、不充分，同時換熱量減少引起蒸發(fā)量不足，*終導致鍋爐效率下降，此外，鍋爐低負荷運行時較低的燃燒溫度使機組面臨滅火停爐的事故風險。溫度偏高，使受熱面壁溫升高，降低受熱面的使用壽命，也會加大結焦、爆管和非計劃停爐的風險，溫度型NOx升高，還可能使爐膛出口煙溫超過SCR脫硝煙溫的上限，對低NOx排放帶來壓力。燃燒溫度分布不均，則會直接影響受熱面的受熱均勻性，使蒸汽出口溫度偏差加大，嚴重時產生水動力問題，同時會引起爐內氣流的不均勻，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于整個發(fā)電機組的運行經濟性、**性具有非常重要的影響。調節(jié)燃燒的關鍵任務在于，順應外界負荷的需求，在提供合格蒸汽的同時，確保鍋爐運行的經濟性與**性。對于普通固態(tài)排渣煤粉鍋爐，調解燃燒的目標可分成以下方面：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)結渣的現(xiàn)象，以此來促進鍋爐機組實現(xiàn)*大化的經濟性。

燃燒調整的目的是保證燃燒的**性、穩(wěn)定性、經濟性，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。燃燒調整的目標主要包括：著火點位置適當，火焰穩(wěn)定，火球居中不刷墻(這里針對四角切圓爐)，火焰充滿度高，受熱面不結焦，熱負荷分配均勻，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。

為達到燃燒調整目標可以采取的措施主要包括：煤粉細度的選定;一次風粉的調平;各二次風(包括分離燃盡風、輔助風和燃料風等)的合理分配;一二次風的比例選擇;總風量的確定(即確定合適的過量空氣系數(shù));燃燒器噴嘴擺角大小;燃燒器的投運層(尤其在低負荷下)。

煤粉細度主要取決于干燥無灰基揮發(fā)分，煤粉選取的細有利于著火穩(wěn)燃，且不易結渣，但會影響磨煤機出力，制粉電耗也會增加。此外，對于確定的磨煤機其細度調節(jié)范圍十分有限，面對多變的煤種，磨煤機調整煤粉細度將力不從心。

一次風粉調整多是通過調整磨煤機一次風量和煤粉管道上可調縮孔(也稱節(jié)流圈)來實現(xiàn)。磨煤機中一次風量取決于通風量和干燥量的*小量，不可隨意調節(jié)，可調縮孔可以實現(xiàn)無級調節(jié)，但實際運行中仍然會存在全開的煤粉管道阻力依然很大，而且實踐中可調縮孔無操作平臺或長期不操作已無法調整，這些都使一次風粉調整的效果大打折扣。

二次風的分配是通過改變每級二次風門的開度實現(xiàn)的，實踐中存在的主要問題是風門機械結構卡澀或DCS開度、風門外指示牌開度與實際開度不一致，這些都給現(xiàn)場運行調整造成困難。

一二次風比例的調整很大程度上是燃燒效率與NOx排放量的平衡，二次風過大，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，導致高溫腐蝕和結焦，因此需要綜合考慮。

過量空氣系數(shù)過大，排煙損失q2、NOx排放量及風機電耗增加;過小化學未完全燃燒損失q3及機械未完全燃燒損失q4會加大。因此，一定負荷總對應一個合理的過量空氣系數(shù)，使q2+q3+q4*小。大量實踐表明，使爐膛出口氧量達到3%左右的過量空氣系數(shù)是合適的。

燃燒器擺角調整范圍為一次風上下擺動20°，對應二次風上下擺動30°。上下擺動是通過改變火焰中心位置達到調節(jié)再熱氣溫的目的，同時對煙氣出口溫度有一定的調節(jié)作用。運行人員應每班試擺動一次，以使燃燒器根據(jù)需要隨時可擺動。

磨煤機的不同投運層組合與燃燒器擺角調整類似，同樣可以達到改變火焰中心的作用，而且效果更加明顯。在機組低負荷運行及煤質較差時，一般采用相鄰的幾臺磨一起運行以提高燃燒穩(wěn)定性。需要指出，備運磨對應的燃燒器層(尤其是上層燃燒器時)應加強冷卻通風，避免煤粉噴嘴燒損。

鍋爐運行調整中,在保證**運行基礎上，還要做到經濟運行，提高鍋爐效率。一般的鍋爐機組，效率基本可以達到92%以上，各項損失之和不到8%。*大損失是排煙熱損失，一般5～6%，其次是機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1%左右。(對高灰份煤灰渣物理熱損失會更大)。從指標量化看，要提高鍋爐效率，重點是降低排煙損失和機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,過低容易造成空預器的低溫腐蝕,所以要求在運行中根據(jù)負荷的變化加強調整。在煤質變化比較大或燃料量明顯增加時，及時調整總風量和一二次風溫。

(1)控制好鍋爐總風量

鍋爐風量的配給，不僅影響鍋爐效率的高低，而且過量的空氣量過大還會增加送、引風機的電耗，增加廠用電率，致使供電煤耗攀升。要保持合適的風量可通過觀察氧量值，一般在3-4%左右，對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，實現(xiàn)降低排煙損失的目的。但要根據(jù)鍋爐所燒煤種的結渣特性，注意盡量保持鍋爐出口煙溫低于灰渣的軟化溫度，以減輕結渣的程度，對于易結渣煤種，可以適當保持氧量高一些，避免出現(xiàn)還原性氣氛，減少結渣。

(2)降低排煙溫度

a.鍋爐吹灰器正常運行，及時吹灰，保證受熱面清潔; b.防止空預器堵灰，可從出入口壓差判斷，當壓差增大時就有可能是堵灰，要及時吹灰; 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火焰中心，可以通過對上中下各層噴燃器的配風量進行調整， d.要盡量提高進入預熱器的空氣溫度，一般不低于20℃(冬季投入暖風器)，以利于強化燃燒。特別是在低負荷階段，往往出現(xiàn)鍋爐氧量過高的情況，既對燃燒不利，也增加了風機單耗。

(3)降低飛灰含碳量 飛灰含碳量是指飛灰中碳的質量百分比(%)。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)，煤粉細度，燃燒動力場，爐膛內溫度水平、風煤比、鍋爐總用風量、一次風量、一二次風量配比、一次風速、二次風速等，這些因素必須通過反復試驗后進行合理配比，實現(xiàn)*佳運行工況，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，應確定經濟的煤粉細度，其方法為：做出煤粉細度與飛灰曲線、煤粉細度制粉單耗曲線，兩曲線的交點所對應的細度就是經濟煤粉細度，即煤粉燃燼和制粉耗電率之間的*佳組合。*佳煤粉細度一般維持R90=20%左右。

在鍋爐燃燒調整中，一次風的使用應根據(jù)煤種特性而定，一次風量的確定原則上應滿足燃料中揮發(fā)份著火的需要，同時要兼顧磨煤機的干燥出力和通風出力，三者之間尋找一個*佳點。確定適當?shù)娘L煤比曲線，是保證制粉系統(tǒng)**、經濟運行的重要基礎，強調在主燃燒區(qū)適當欠氧，在燃盡階段補充一定的氧量，實現(xiàn)完成燃燒。

綜上所述，燃燒優(yōu)化調整的手段是多方面的，但每種手段的調整效果都直接或間接地反應在燃燒溫度場上，燃燒火焰溫度場分布既是燃燒調整的依據(jù)，也是燃燒優(yōu)化調整結果優(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)展及控制技術的發(fā)展，為適應鍋爐燃燒優(yōu)化調整的需要，經過技術專家們多年研究和試驗，鍋爐爐膛燃燒器區(qū)域溫度場的精準測量技術已經成熟，而且通過一些電廠的實際測試證實是可行可靠可用的。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)利用先進的、穩(wěn)定的、可靠的測量技術，通過安裝在每一只燃燒器附近的溫度場探頭，針對每一只燃燒器形成的火焰及高溫煙氣進行溫度測量，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。鍋爐溫度場測量設備就像鍋爐的眼睛，實時提供**可靠的數(shù)據(jù)，幫助運行人員更好地優(yōu)化鍋爐燃燒，實現(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行人員眼中變得透明可視，為運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，提供精準可靠的數(shù)據(jù)支持。同時為運行人員進行燃燒優(yōu)化調整，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。

它能實時監(jiān)測里面溫度變化，監(jiān)督溫度場變化，再進行調整，通過系統(tǒng)，一方面幫電廠節(jié)能，降低標準煤耗，同時降低污染排放，這是系統(tǒng)帶給電廠*大的價值。

可以說，燃燒器區(qū)域火焰溫度場測量系統(tǒng)對鍋爐燃燒優(yōu)化調整有著不可代替的作用。它既是燃燒調整的依據(jù)，也是燃燒優(yōu)化調整結果優(yōu)劣的判據(jù)。在未來一段時間內，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。