自2016年6月，我國正式啟動火電靈活性改造示范試點工作以來，全國各大發(fā)電集團積極投身于靈活性改造的研究和實踐，一年多時間過去，試點工作進展如何？試點企業(yè)遇到了哪些困難？試點項目取得了哪些成效？
日前，由電力行業(yè)火電技術(shù)協(xié)作網(wǎng)主辦，哈爾濱鍋爐廠協(xié)辦的全國火電靈活性改造和深度調(diào)峰技術(shù)研討會對這些問題進行了精彩解答。
靈活性改造有成績亦有不足
“火電靈活性改造簡單來講，就是解決‘吃’和‘消化’的問題?！八^‘吃’就是燃料，所謂‘消化’就是運行控制，兩者缺一不可?！? 東南大學能源與環(huán)境學院博士生導師呂劍虹在會上這樣解釋靈活性改造的實質(zhì)。
據(jù)呂劍虹介紹，機組靈活性改造主要包括兩個方面的含義，一是增加機組運行靈活性，即要求機組具有更快的變負荷速率、更高的負荷調(diào)節(jié)精度及更好的一次調(diào)頻性能；二是增加鍋爐燃料的靈活性，即機組在摻燒不同品質(zhì)的燃料下，確保鍋爐的穩(wěn)定燃燒以及機組在摻燒工況下仍有良好的負荷調(diào)節(jié)性能。
記者了解到，經(jīng)過一年多時間的研究、試點，目前，我國火電靈活性改造針對純凝機組的應用方案相對較少，其關(guān)鍵技術(shù)集中在滿足機組低負荷工況的設備運行安全、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定、脫硝等環(huán)保達標排放等方面。針對供熱機組的應用方案相對多樣化，主要有兩種技術(shù)路線，一是熱電解耦技術(shù)，增加如固體蓄熱式電鍋爐、電極式電鍋爐、大型蓄熱水罐等蓄熱設備，二是提高供熱能力，如低品位熱能利用的熱泵技術(shù)、低壓缸零功率切缸運行、一二級旁路改造供熱等等。
吉林省電力科學研究院汽機所原所長初立森在接受記者采訪時表示，目前，在國家能源局下達的22家靈活性改造試點單位中，從實施效果來看，大型蓄熱水罐，蓄熱式電鍋爐和電極式電鍋爐暫時沒有技術(shù)瓶頸問題，對于低壓缸切缸方案，已經(jīng)有4家電廠完成改造并經(jīng)過試驗運行，雖然暫時沒發(fā)現(xiàn)問題，但對于末級隔板動葉安全是否沒有影響，制造廠、電科院以及電廠各方技術(shù)人員尚有爭議，這些爭議會隨著改造項目運行時間的積累而逐漸得出結(jié)論。
總體來看，我國火電靈活性改造路線雖然呈現(xiàn)多樣化，但“一廠一策”、“一機一策”的理性化改造路線已經(jīng)成為共識。其中，國家電投遼寧東方發(fā)電有限公司1號機組完成國內(nèi)首例350MW機組低壓缸零出力靈活性改造,燕山湖發(fā)電公司首創(chuàng)600MW超臨界直接空冷機組“雙背壓”供熱改造；華能丹東電廠和華能大連電廠是亞臨界機組靈活性改造的范本；華能營口電廠則是超（超）臨界機組靈活性改造的范本。
而三北地區(qū)火電靈活性改造進度普遍較慢，供熱與新能源消納矛盾突出，300MW以上容量的大型供熱機組受供熱限制導致電網(wǎng)調(diào)峰容量不足，靈活性改造效果不明顯。
專家建議，還未開展火電靈活性改造的電廠應安排人員去改造成功的電廠調(diào)研學習后再確定適合本廠機組的改造方案，不能為改造而改造，應該為需要而改造，要在項目可研階段花足夠的精力和時間，充分收集設計邊界條件和完整準確的各類數(shù)據(jù)，確保制定出最科學的改造方案。
靈活與深度并駕齊驅(qū)
火電靈活性改造和深度調(diào)峰可以說是一對戀生兄弟。那么，如何在守住安全底線的基礎上更“靈活”的開展靈活性改造？深度調(diào)峰是否還有“更深”的可能？
據(jù)遼寧東方發(fā)電公司生產(chǎn)副總經(jīng)理郭濤介紹，該公司作為國家能源局首批火電機組靈活性改造試點單位之一，在選擇靈活性改造路線時慎之又慎，根據(jù)自身實際和經(jīng)營發(fā)展需求，反復研究論證，最終確定了低壓缸零出力改造的靈活性改造路線。自2017年11月19日改造完成投運至今，機組發(fā)電負荷降至預定值，供熱及各項運行參數(shù)均在規(guī)定范圍內(nèi)，整體運行情況良好，不僅調(diào)峰能力大幅提升，而且徹底解決了冬季熱電不能解耦的問題，對外供熱綜合盈利能力顯著增加。
記者了解到在火電靈活性改造中，鍋爐島的設備改造也是至關(guān)重要的一環(huán)，因為機組的靈活性運行能力主要受制于鍋爐島的靈活性運行能力。
“制粉系統(tǒng)作為鍋爐島的燃料制備系統(tǒng)，相當于鍋爐島的‘廚房’，它的運行質(zhì)量將直接影響到鍋爐的低負荷穩(wěn)燃性能和鍋爐效率，因此在靈活性改造中制粉系統(tǒng)的改造是一個關(guān)鍵點。”致力于我國燃煤機組制粉系統(tǒng)整體提效節(jié)能技術(shù)的南京格林蘭德節(jié)能科技有限公司總經(jīng)理邵勇在接受記者采訪時指出，“我國在火電靈活性改造中改造制粉系統(tǒng)時，僅僅將磨煤機靜態(tài)分離器改造為動態(tài)分離器，靈活性改造的功能需求不能完全被滿足，可以借鑒德國改造經(jīng)驗，將制粉系統(tǒng)的硬件（包括磨煤機分離器、液壓系統(tǒng)、風粉在線監(jiān)測裝置等）和控制軟件（包括風煤比優(yōu)化控制、磨機組自啟停和優(yōu)化控制、煤量智能前饋控制等）進行全面改造升級，這樣可以實現(xiàn)機組靈活性能力提升和節(jié)能減排雙贏。”
而機組深度調(diào)峰的“深”字如何安全地寫出來，也是目前所有火電企業(yè)都需要攻克的一個課題。深度調(diào)峰中會遇到哪些困難，如何克服，在此次會議上也得到了更多、更有針對性的答案。
“機組在進行深度調(diào)峰時遇到的困難主要集中在三個層面，其一是如何確保機組在低負荷時，滿足正常脫硝的最低溫度；其二是如何保證鍋爐穩(wěn)定燃燒；其三是如何實現(xiàn)機組低負荷工況下的AGC協(xié)調(diào)優(yōu)化控制?！眳蝿缦蛴浾叻治龅?。
據(jù)了解，對于第一個難題，目前各試點單位普遍通過設備改造解決，即增加旁路系統(tǒng)和采用廣義回熱系統(tǒng)加熱來提高煙氣溫度。
清華大學能源與動力工程系副研究員卓建坤一直致力于鍋爐穩(wěn)定燃燒技術(shù)的研究，他指出解決第二個難題的途徑有微油點火燃燒器助燃、等離子點火燃燒器助燃、富氧微油點火燃燒器助燃、穩(wěn)燃燃燒器及調(diào)整優(yōu)化、生物質(zhì)耦合燃燒技術(shù)等，從目前實施的效果來看，助燃措施、燃燒器及調(diào)整優(yōu)化同時進行可以更好的保證鍋爐穩(wěn)定燃燒。
而對于第三個難題，呂劍虹指出需要采用更加先進的如智能控制、預測控制及自適應控制等先進技術(shù)來進行有效控制。因為當機組處在低負荷工況時，其被控過程的動態(tài)特性的變化十分顯著，特別是超（超）臨界機組，當機組從干態(tài)接近濕態(tài)運行時，機組的動態(tài)特性具有突變性，此時常規(guī)的控制策略難以實現(xiàn)有效控制。
記者在會上了解到，目前，國電電力莊河發(fā)電公司是全國首臺實現(xiàn)供暖期調(diào)峰負荷率達到30%的600MW純凝機組，為純凝機組深度調(diào)峰樹立了標桿。華能營口電廠600MW超超臨界機組，在AGC協(xié)調(diào)控制方式下成功地將深度調(diào)峰的最低負荷調(diào)至15%Pe（90MW），完成了機組“干態(tài)→濕態(tài)”、“濕態(tài)→干態(tài)”一鍵全自動切換，且所有控制參數(shù)變化都非常平穩(wěn)，而在2017年6月，華能營口電廠還只能實現(xiàn)最低負荷控制到30%(180兆瓦,干態(tài))。
原來，深度調(diào)峰真的可以更“深”。
業(yè)內(nèi)專家強調(diào)，深度調(diào)峰還有非常關(guān)鍵的一點是要了解本區(qū)域電網(wǎng)對改造機組調(diào)峰需求的幅度大小，這決定了改造項目運行時間，而時間決定項目收益。純凝機組在進行深度調(diào)峰時煤耗率是升高的，應該在收益中減掉，運行指標考核中，各發(fā)電集團應該有政策傾斜，鼓勵電廠參與調(diào)峰的積極性。此外，主輔設備每天頻繁大幅度快速變化負荷，設備運行可靠性必然比非調(diào)峰機組風險大，在非停指標考核上也應斟酌放寬。
燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電是靈活性改造“升級版”
“靈活性是現(xiàn)在和未來發(fā)電、電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、可靠性的重要指標，而高比例可再生能源結(jié)構(gòu)是未來發(fā)展趨勢，燃煤發(fā)電的靈活性調(diào)節(jié)在消納高比例可再生能源中將發(fā)揮重要作用?！? 清華大學能源與動力工程系副研究員卓建坤在會上指出。
燃料的靈活性是火電靈活性改造的基礎屬性之一，燃煤生物質(zhì)耦合發(fā)電則兼?zhèn)溥\行靈活性和燃料靈活性特點，是這次會議諸多代表達成的又一共識。
記者在會上了解到，生物質(zhì)耦合發(fā)電主要有直接混燒和生物質(zhì)氣化混燒技術(shù)，通過混燒來提高燃煤鍋爐特別是劣質(zhì)煤種運行的穩(wěn)定性，同時，生物質(zhì)替代部分燃煤后，可以有效減少鍋爐尾氣中的二氧化硫、氮氧化物等有害成分，這為后續(xù)的脫硫、脫硝工藝可以有效減輕負擔。
“寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來?！蔽覈痣婌`活性改造試點工作雖任重道遠，但前景光明，隨著試點工作的加速與逐漸成熟，必將結(jié)出累累碩果，在我國能源革命的浪潮中體現(xiàn)出應有的價值。
