燃煤机组低负荷工况下安全稳定运行研究

[目的]近年来,我国的可再生能源发电机组装机容量大幅增加。为消纳可再生能源,燃煤机组承担电网调峰任务已成为未来的发展趋势。燃煤机组承担调峰任务后将长时间运行在低负荷工况,将面临各种潜在的不安全风险威胁机组的安全稳定运行。[方法]详细分析了燃煤机组低负荷工况下面临的锅炉燃烧稳定性、锅炉水动力安全性以及炉膛和制粉系统爆炸等重大潜在风险。[结果]从工艺系统设计、运行方式和控制系统设计等方面,对燃煤机组低负荷工况下安全稳定运行的主要改造技术进行了汇总和探讨,提出了燃煤机组在低负荷工况下安全稳定的系统性方案。[结论]研究成果可为各燃煤机组实施宽负荷技术改造提供思路和帮助。     

新能源系统中双储能耦合燃煤机组的应用策略研究

  目的  随着新能源电力消费比例不断提高,燃煤机组耦合双储能技术的能源系统发展受到广泛关注。  方法  文章基于能源系统组成、储能技术特性、项目示范情况以及技术瓶颈等方面的分析,针对风电、光伏嵌入下双储能技术耦合燃煤机组参与电力系统调峰应用开展了运行控制策略研究。  结果  双储能技术耦合燃煤机组可通过不同的结构组成、运行策略优化有效解决新能源系统运行稳定性、能源高效利用以及技术经济性等问题,但目前尚未到实现大规模商业化应用阶段。  结论  双储能耦合燃煤机组在新能源系统中的推广应用,需要对双储能技术的策略优化及储能技术本身的发展突破方面不断开展工作。     

燃煤机组调峰过程中污染物排放特性及控制技术

  目的  随着可再生能源在电网中发电比例的逐年提高,火电机组实际运行参数大幅偏离设计运行参数,将造成烟气中的污染物生成量增加,影响尾部烟气处理设备的正常运行,降低污染物的去除效率及机组运行经济性。  方法  文章聚焦于机组调峰过程中的典型污染物排放规律分析及相应排放控制策略,对氮氧化物、硫化物、挥发性有机物、重金属、颗粒物等排放特性的已有研究成果及进展进行分析总结,具体包括选择性催化还原法脱硝技术、湿法脱硫技术、静电除尘技术、催化氧化技术、吸附控制技术等。  结果  在此基础上,得出当下灵活调峰过程中所采用的控制技术及控制策略,并对各类污染物控制技术的经济性进行对比分析,得出灵活调峰过程中影响污染物排放性能及控制成本的因素。  结论  在燃煤机组灵活调峰的实际需求下,应基于各类污染物自身特性,构建合理的污染物停留时间、工作温区、流动及反应过程,开发适用于多污染物脱除的高效、低成本、适应性强的污染物协同脱除技术及工艺。期望文章内容可以为火电机组灵活调峰过程中的污染物排放控制措施提供一定参考。     

氢储能用于核电调峰经济性研究

    目的   以光伏、风电为代表的可再生能源装机占比的提高和煤电比例的不断降低使得电网对于优质调节资源的需求不断增加,也给核电调峰带来新的压力。通过系统升级改善核电调峰能力,从而提高核燃料利用效率、系统安全性和经济性是亟待解决的重点问题。    方法   调研了氢能的制备、储运及利用现状,探究了适合用于核电调峰的氢储能技术路线,并以某核电站现有运行情况为例,分析了不同氢能利用技术路线的经济效益。    结果   利用富余核电制氢能够提高核电利用效率,并具有较好的经济效益应用潜力。    结论   随着技术的进步和设备成本的降低,利用富余核电开展氢气制备,不仅能够提高核电机组的利用效率获得更好的经济效益,还有助于氢能产业的发展。作为高能量密度的绿色能源,氢能在节能减排中起到极为重要的作用,将助力碳中和目标的实现。     

考虑CVaR的机组组合和多场景备用决策联合优化

  目的  为提高可再生能源消纳水平以及衡量其出力不确定性带来的风险,该文以特性各异电源互补协调调度作为提升系统运行经济性和促进可再生能源消纳的手段,并针对系统内可再生出力和负荷的波动性,引入条件风险价值（conditional value-at-risk,CVaR）理论,量化其不确定性对系统调度运行时产生的风险。  方法  利用多场景技术模拟系统不确定性,建立考虑条件风险价值（CVaR）的机组组合和多场景备用决策联合优化模型,将风险水平限制在可接受的前提下,追求系统运行成本最小。最后在通用代数建模系统（the general algebraic modeling system, GAMS）平台上编程,并调用混合整数线性规划CPLEX求解器进行求解。  结果  仿真计算表明,不同类型电源的机组组合和备用决策能有效提高系统运行经济性、可靠性和可再生能源消纳水平。  结论  基于改进IEEE 24和某省实际电网的算例分析验证了所提模型和方法的合理性和有效性。     

深度调峰工况下锅炉过量空气系数对炉内温度影响的分析

  [目的]  为了分析火电机组超低负荷运行工况下过量空气系数对于炉膛燃烧稳定性的影响,更好地指导机组参与调峰。  [方法]  通过深入分析锅炉运行和炉内传热机理,以炉膛出口烟温表征炉内燃烧温度,并作为燃烧稳定性的指标,在MATLAB/SIMULINK中搭建炉膛出口烟温模型。以某300 MW火力发电机组为例,首先选择几个典型工况点采用相似性求解方法计算炉膛出口烟温与锅炉厂家给出的设计数据进行比对,检验计算方法基本正确之后代入超低负荷运行参数,计算深调峰工况下不同过量空气系数对应的炉膛出口烟温。  [结果]  仿真结果表明:模型算得炉温与锅炉厂家给出的设计数据对比,计算误差小于±15 ℃,计算方法基本正确,可以将其应用于超低负荷工况计算。  [结论]  随着负荷的降低,使炉膛出口烟温达到最大值的最优过量空气系数逐渐增大。因此在超低负荷运行工况下,可在一定范围内适当增大过量空气系数以提高炉膛出口烟温,进而提高锅炉燃烧的稳定性,并且过量空气系数小于2.0时,数值越大炉膛出口烟温越高。     

煤电机组深度调峰锅炉侧设计问题探讨与研究

随着新型电力系统的发展,燃煤机组深度调峰、灵活高效运行的需求越来越高,有必要对燃煤机组深度调峰技术进行研究。针对机组深度调峰,分析了目前燃煤机组锅炉及辅机存在的问题和限制性因素。基于深度调峰的需求,提出锅炉设计的最优工艺系统,从锅炉炉膛选型、燃烧系统优化、锅炉启动系统、辅机设备磨煤机和风机等方面阐述燃煤机组深度调峰的锅炉及辅机具体设计方案和措施,以指导火电机组深度调峰的工程设计和应用,为我国“3060”的双碳目标提供助力。     

辅助火电机组调峰系统的储热参数设计研究

  目的  为适应原有火电机组对新能源电力消纳的需求,提高其调峰能力是关键因素之一。  方法  储热系统作为燃煤热电机组“热电解耦”的重要方式,评价其参数匹配性具有工程参考价值。文章采用一种耦合储热装置来增加燃煤机组深度调峰能力的方法,并结合热负荷以及电负荷的功率曲线,对储热装置参数的影响规律展开了系统研究。  结果  结果表明:以区域负荷曲线为典型案例,随着储热罐的储热容量和充放热速率参数的提高,储热系统对机组的热负荷调节能力先逐渐提升并在分别在112.75 MW和129 37 MW·min时达到上限,此时深度调峰参数为77 MW左右;此外,储热容量与充放热速率具有一定的匹配关联,二者中瓶颈因素将直接制约系统的深度调峰性能。  结论  通过对储热和放热边界情景的积分,精确的展示了储热罐在辅助调峰过程的中作用,同时结合其运行策略的优化设计能够进一步分析储热辅助调峰系统的参数匹配关系,为后续火电机组耦合储热系统的参数设计提供参考。     

基于燃煤机组供热改造方案技术经济性研究

  目的  为了解决目前燃煤机组面临的电负荷与热负荷矛盾突出的问题,保障机组冬季热源供给,有必要进行破除其热电耦合关系的供热改造方案的研究。  方法  对某类型300 MW燃煤机组的两种供热改造方式进行模型分析,比较机组改造前后的供热量等数据,研究符合生产条件的热电解耦供热改造方案。总结出了热电联产机组供热改造的经济效果。  结果  通过文中供热模型分析可知,燃煤机组仅靠抽汽进行供热,受电负荷制约很大,高电负荷时供热量为低电负荷时的2～3倍。当电负荷受限严重时,其供热量无法满足冬季供热需求。但机组经过高背压改造、切缸改造后,调峰能力增强,相同电负荷下其供热量增加到原来的3～4倍,有效解决了这一问题。  结论  文章研究成果对今后相同类型的燃煤机组供热改造具有借鉴意义。     

燃煤发电机组灵活性改造的研究进展综述

  目的  “碳达峰、碳中和”战略目标的提出增加了对新能源电力并网的需求,因此有必要提高燃煤发电机组的灵活性运行能力。  方法  文章详细介绍了现有燃煤机组灵活改造技术及常见的评价指标。灵活性改造主要包括:凝结水节流技术、燃煤机组耦合生物质混烧改造技术、燃煤机组制粉系统灵活性技术等;燃煤发电机组灵活性常用评价指标包括:发电机组厂用电率、锅炉热效率、机组发电标准煤耗率等。在此基础上,对灵活性改造技术以及评价指标进行总结和分析。  结果  文章提出了燃煤发电机组灵活性技术改造的7个发展方向及相关建议。  结论  原有机组的结构改进、新能源多形式的嵌入以及多储能协同提高燃煤机组灵活性是后续发展的主要方向,为后续燃煤发电机组适应“双碳”能源规划提供参考。     

抽凝机组耦合热电转换辅助调峰系统参数设计

  目的  为适应新能源电力并网需求,原有抽凝热电联产机组深度调峰供热改造已为重要途径之一。现有包括电热泵和电锅炉在内的热电转换装置为辅助火电机组调峰提供了潜在途径。  方法  以350 MW抽凝机组为例,建立了以热电转换装置辅助调峰参数优化模型,重点分析了热电转换设备参数对深度调峰性能的影响;其次,分别对比了电热泵和蓄热电锅炉两种典型热电转换系统在不同装置容量、不同放热速率下的调峰深度;最后,介绍了300 MW燃煤机组的煤耗率与污染物排放水平,指出本系统的节能效益,并给出热电转换装置的最优参数。  结果  结果显示:当电热泵的热功率为100 MW、放热速率与热功率相匹配也为100 MW时,机组的调峰深度达到最大值,为73 MW左右;当蓄热式电锅炉的电功率为45 MW、放热速率为100 MW时,机组的调峰深度达到最大值,为70.05 MW。蓄热式电锅炉的储热量在24 h中内略有增加,净储热量的数值为967.5 kWh。  结论  功率和放热速率是衡量热电转换装置辅助机组调峰能力的重要参数,且二者之间要有一定程度上的匹配性,针对不同情景灵活匹配热电转换装置的类型与参数可大幅提升机组的调峰深度。     

660 MW机组锅炉稳燃改造方案研究

  目的  为了解决电站锅炉深度调峰过程中出现稳燃差、水动力不稳定、SCR入口烟温过低等问题,锅炉稳燃改造势在必行。  方法  文章以某660 MW火电机组锅炉灵活性改造为例,提出了两种有效的稳燃改造方案,分析了燃烧及制粉系统改造后对炉膛和NO_x排放影响。  结果  两种改造方案均可提升锅炉超低负荷稳燃特性,燃烧及制粉系统改造后对炉膛和NO_x排放影响小,在技术可靠性、施工难度及工作量等方面水平相当,相比之下方案一略优。  结论  两种改造方案经理论验证切实可行,可为同类型机组进行灵活性改造提供技术参考。     

风电并网下含核电受端电力系统调峰问题研究

[目的]随着风电装机规模和比重的不断提升,受风电反调峰特性的影响,含核电的受端电力系统(如广东电网)在汛期的调峰问题将更为凸显.为了保障多类型电源协调发展和电网的安全可靠运行.[方法]针对风电并网下含核电的受端电力系统调峰问题,在充分分析国内外核电机组参与调峰情况及其技术经济性的基础上,结合常规确定性调峰校核方法存在的...     

满足主变N-1的变电站储能定容方法及经济分析

[目的]在保证变电站平均负载率相对合理、提高变电站利用小时数的前提下,为了解决目前电网存在的高峰负荷过高造成的变电站主变压器短时间重载问题,延缓电网的建设投资,保证电网经济运行,文章提出了基于满足主变N-1供电要求的变电站储能定容方法。[方法]首先,建立储能定容数学模型实现对负荷运行曲线削峰填谷、降低变压器最高运行负载率;然后,构建锂离子电化学储能定容经济目标函数,并开展建设锂离子电化学储能和扩建主变的建设投资对比,分析储能定容经济性;最后,结合实际变电站,提出储能配建规模的建议及经济可行的储能建设成本。[结果]通过分析,随着未来锂离子电化学储能单位造价降低,储能功率可按照变电站容量15%、充放电时长2 h考虑,储能系统单位造价降低至1 200元/kWh左右时,建设储能的经济优势明显。[结论]所提出的储能定容方法可以有效解决变电站短时间重载问题,并具备较常规输变电工程更优的经济性。     

考虑调峰调频双重约束的储能规划方法研究

  目的  在新型电力系统的构建进程中,新能源将保持高速发展态势。风、光等新能源大规模并网,其出力的随机性和波动性将给电力系统安全经济运行带来挑战。新型储能由于其具备快速的响应能力和削峰填谷的功效,再加上成本的逐步下降,未来将是电力系统不可或缺的灵活调节资源。  方法  储能容量规划是电力系统全局性问题,通过分析新能源消纳率和调频充裕度,从系统调峰和调频两个方面,以系统总成本最低为目标提出了省级电网储能规模分析方法。  结果  文章以省级电网实际参数为例,采用时序生产模拟软件分析了电源开机方式,对比了不同储能规模对全社会经济性的影响。  结论  结果表明,合适的储能规模可在提高新能源消纳的同时降低全社会成本,该方法的有效性得到了验证,可为实际应用提供指导。     

燃煤电厂锅炉最低稳燃负荷估算方法

  目的  项目实施前需要预评价燃煤电厂灵活性运行的性能，其中包括锅炉最低稳燃负荷技术指标的预测。原有的经验和算法不能满足电厂灵活性评价需求，需结合目前设备能达到的性能指标，拟定新的锅炉最低稳燃负荷的半经验计算曲线。  方法  结合文献资料与工程经验，选取与稳燃指标关联性强的参数，采用统计和回归的方法，拟合出半经验计算曲线。  结果  以煤的挥发分V_daf、燃烧器总出力裕量系数φ作为自变量，并结合最小点火能量的统计分析值，可得到锅炉最低稳燃负荷的理论指标。  结论  新的计算曲线以工程资料可获得的已知参数作为输入，可相对精确地测算出不同条件下锅炉最低稳燃负荷的理论值，与实际运行试验数据吻合，可作为工程设计的工具。