深度|灵活性改造或成为火电破局利器

2017-09-19 19:01:39 北极星电力网　点击量：评论 (0)

在新一轮电力体制改革和供给侧结构性改革的双重背景下，电力行业迎来了产业格局的深度调整，而这些，在火电行业中表现得最为明显。做为曾经撑起发电产业半壁江山的火电，正面临着巨大的考验。去产能剑指煤电2016

灵活性改造具体路线包含低负荷稳燃、锅炉燃烧优化、低负荷脱硝、汽机改造、蓄热装置。牵一发而动全身，灵活性改造要涉及锅炉、汽机、控制系统的改造，需要先做全厂评估，再制定具体方案。

针对低负荷稳燃，煤粉锅炉在设计时对锅炉最低不投油稳燃能力有一定要求，相关设计标准规定：根据不同燃烧方式和不同煤中挥发分，锅炉最低稳燃负荷率在30%至60%之间。但机组考核往往以设计煤种为准，锅炉实际运行中，煤质多变，多煤种掺烧现象已十分普遍。要保证机组在低负荷甚至超低负荷(30%以下)下长期稳定运行，必须对燃烧系统做调整。目前比较主流的低负荷稳燃技术方案有：燃烧器结构优化改造、磨煤机分离器的优化改造、利用机组原有的等离子点火装置、利用微油或小油枪点火装置、利用富氧燃烧技术等。

一、燃烧器结构设计：实际运行中，运行煤种往往存在偏离设计煤种现象。在锅炉高负荷工况下可能还难以感受到对燃烧稳定性的影响，但低负荷工况下这种影响就会表现得很明显。燃烧器结构优化设计得当，比如重新调整一次风间距，调整一二次风比例以及燃烧器二次风和燃尽风分配，不过这种优化可能会以牺牲一些低氮效果为代价，需要做好平衡。

二、磨煤机分离器：煤粉细度和均匀性直接影响锅炉的燃烧状况，煤粉越粗，越不利于着火和稳燃。煤粉细度及均匀性与磨煤机、煤粉分离器有着直接关系，在大量运用的中速磨直吹式制粉系统中，较多采用的是静态分离器，因其对煤粉细度的调节范围十分有限，故可对其分离器进行改造，更换为调节性能更好的动静态组合式分离器。由于煤质的不确定性，一台磨煤机不可能适用于所有煤种，虽然可以选择几种代表性较强的煤种或混煤，分别作为各台磨煤机的优化设计依据，但多样化设计明显增加了投入成本和改造周期。

三、等离子点火系统：因为该系统具有低负荷稳燃的特点，点火时只需提供电能，所以比传统燃油点火更节能。而缺点是，等离子点火系统本身主要为点火使用，因其核心组件阴极和阳极的寿命仅数百小时，因此很难长期用于助燃。同时因其点火温度高达5000℃以上，长期运行很容易导致燃烧器喷嘴烧损，其周围也容易导致结焦，而且作为低负荷稳燃层的等离子层一旦故障，因无其他稳燃备用层会导致机组非计划停炉。

四、利用微油或小油枪点火装置：微油或小油枪助燃，其系统构成与原理同等离子类似，该技术是一种近年来在新建电厂中广泛采用的节油点火技术，因其点火适用煤种范围比等离子宽泛，点火可靠性较高，投资成本比等离子要低，但微油系统需要设置单独的油罐(尤其微油长期助燃时)，还要考虑相关的防火防爆要求。若将微油或小油枪作为一种锅炉长期低负荷运行的助燃方式，需要着重考虑运行经济性和未燃尽油雾在尾部烟道和除尘器中再燃的风险。

五、富氧燃烧技术：是将含氧量高于21%的空气送入锅炉参与燃烧，该技术使锅炉燃烧具有低过量空气系数，较高的燃烧温度和燃尽度，减少了CO和NOx的排放。不过富氧燃烧的缺点是，会导致烟气中汞含量略有提高。尽管如此，该技术在低负荷稳燃方面依然表现出明显的优势，然而，该技术并未得到大规模商业推广，在空分系统的大型化方面还有很多工作需要做。因富氧燃烧温度较高，其火焰温度需要密切监测，以防水冷壁高温腐蚀和迅速结焦。据了解，市场上已经有类似的产品可供选择。

基于低负荷燃烧过程的复杂性，以上涉及到的燃烧器结构优化、磨煤机改造、等离子、微油或小油枪助燃等技术，如与锅炉燃烧优化的相关技术配套应用，将能更好地达到灵活性效果。

锅炉的燃烧优化主要是通过调整锅炉的燃煤供给以及优化配风，从而在保证稳定着火、安全燃烧的基础上，使锅炉运行经济性提升到最高状态，最大可能地减少污染物排放。目前燃烧优化涉及到的相关技术主要包括检测技术、调整技术、理论建模技术等。在灵活性改造中，燃烧检测技术和燃烧调整技术更具有切实可行的实际应用意义。

就燃烧检测技术而言，利用测量仪表和设备来监测影响锅炉燃烧的重要参数(如烟气含氧量、一次风粉、二次风速、煤质、火焰图像、飞灰含碳量等)来指导调节燃烧已经成为主流。但由于测量仪表的精度低、稳定和可靠性差而导致的测量误差等问题，直接限制了这一技术在燃烧优化方面发挥作用。因此测量仪表的精准度和品质问题是目前燃烧检测技术亟待解决的发展瓶颈。

谈到燃烧优化调整技术，这是在当前煤价高，电厂盈利微薄甚至亏损的形势下，必须重视起来的一项技术。它可以通过优化调整锅炉燃烧试验，来找到合理的风煤配比，从而得到最佳的控制方案，以指导运行。调整技术需要的试验过程一般较费时费力，目前只在新投产机组或更换燃烧设备、燃料种类等情况下被应用。但是，燃烧优化调整技术有硬件费用低、维护工作量小的特点，如果能与检测技术相结合，形成一套先进闭环策略的控制系统，必将得到更大范围的应用。

低负荷稳燃技术和锅炉性能优化是电厂灵活性改造的一个重要技术组成部分。对于低负荷脱硝，其最大问题在于机组低负荷运行时，省煤器出口烟温低于下游SCR系统(一种主流脱硝技术)催化剂所需温度(310～420℃)，造成SCR无法正常投运，影响锅炉NOx达标排放。目前解决低负荷烟温偏低的技术主要包括省煤器给水旁路、省煤器再循环、省煤器分级、烟气旁路。

省煤器给水旁路：在省煤器进口前设置调节阀和连接管道，将部分给水直接引至下降管，减少给水在省煤器中的吸热，以达到提高省煤器出口烟温的目的。该方法提高烟温的效果非常有限，仅为10℃以内，且在旁路流量过高时导致省煤器过热损坏。

省煤器再循环：将省煤器出口的热水再循环引至省煤器进口，提高省煤器进口水温，从而提高省煤器出口烟温。该系统既有再循环泵等转动机械，又有容器罐等压力容器，还需设置阀门进行调节，增加了给水阻力，系统比较复杂。虽与省煤器给水旁路技术相比，提高烟温的幅度较大，但会导致可靠性降低，在实际工程中采用的并不多。

省煤器分级：将原先位于尾部烟道的部分省煤器(位于SCR前)拆除，根据热力计算结果，在SCR后新加一部分省煤器，锅炉给水先经过SCR后新加的省煤器，再经连接管道进入SCR前的省煤器，通过提高SCR前省煤器的入口水温，减少SCR前省煤器对烟气的吸热量，最终达到提高SCR入口烟温的目的。该技术工程上运用较多，已比较成熟，不过其投资成本较高。

烟气旁路：在省煤器进口烟道上开孔，在低负荷时抽一部分烟气避开省煤器直接接至省煤器出口烟道，另一部分烟气通过省煤器冷却也进入省煤器出口烟道，冷热烟气在烟道内混合，使其温度满足低负荷时SCR对烟温的要求。该系统在设计时需同时考虑烟道的合理布置、膨胀、支吊等问题。该方案的优点是系统简单，增加设备少，但也有明显的缺点，机组高负荷撤出旁路时，旁路挡板在高温下极易变形，产生内漏，导致排烟温度升高，影响锅炉经济型。

上述诸多均为灵活性改造涉及到的技术应用，总而言之灵活性改造技术路线多、涉及范围广，绝非一日之功，火电厂的灵活性改造依然有很长的路需要走，这项系统而繁琐的工程，需要火电厂究其关键，最大可能地选择适配于本厂实际的改造才是王道。