深度调峰技术简介及燃烧优化技术在火电厂应用摘要】本文分析了当前我国深度调峰的紧迫形势，并简要的介绍了当前调峰技 术的几种可行方案及限制因素，通过详细分析我厂采用的燃烧优化术这种解决方 案，展现出该方案不需要对锅炉设备进行任何改造，能够充分利用锅炉的运行数 据，在控制基础上，通过先进建模、优化、控制技术的应用，直接提高锅炉运行 效率和稳定性，减低 NOx 的排放，具有投资少、风险小、效果明显的优点，以供 大家分享参考关键词】灵活性调峰技术 深度调峰 协调控制 燃烧优化；1 引言在未来, 火电产业将在产业需求的导向下继续演化虽说火电产业即将进入衰 退，但值得注意的是，在 2030 年以前, 我国火电产业仍处于成熟阶段, 装机容量 占比仍在 50%以上随着我国经济的稳定增长, 电力需求也将进一步扩大, 火电产 业仍有为经济增长提供电力保障的需求在未来十二年内的火电成熟期里, 火电 仍是我国的主力电源然而不容置疑的是，由于资源枯竭和环境污染等问题日益 突出, 火电作为传统高耗能、高污染产业, 亟待转型升级, 来提高能源利用效率, 减 少污染物排放针对当前火电产能严重过剩和电网对新能源大量吸纳的双重压力 下，国家已出台火电运行灵活性的指导意见，并公布了 22 个电厂作为试点。
可 见，灵活性运行已成为火电行业的大势所趋，并且显得迫在眉睫截至 2016 年底，我国水电、风电和太阳能发电的装机规模分别达到 33211 万 千瓦、14864 万千瓦和 7742 万千瓦，均居世界第一位；可再生能源总发电量也位 居世界第一据统计，全国 6000 千瓦及以上电厂发电设备平均利用小时从 2011 年 5305 小 时下降到 2015 年 3969 小时，降幅达 25%以上2016 年下降到 3785 小时，是 1964 年以来的最低水平电网容量不断扩大，用电结构也发生变化，各大电网的 峰谷差日趋增大，电网目前的调峰能力和调峰需求之间矛盾愈发尖锐，低谷时缺 乏有效调峰手段所谓灵活性就是更快的变负荷速率、更高的负荷调节精度及更 短的启停时间，而深度则是更宽的负荷调节范围，负荷下限从原来的 45%下调至 30%,甚至更低通俗的讲，当前火电机组的主要目标就是通过低负荷稳燃、热电 解耦、燃料灵活性，增加 10-20%额定容量的调峰能力，热电机组降至 40-50%额 定容量，纯凝机组降至 40-45%额定容量，部分达到国际先进水平的机组在不投油 稳燃、纯凝工况最小技术出力低达 20-25%，从而实现负荷响应速率能力提升，有 条件的机组实现快速启停。
2 深度调峰技术介绍2.1 现状分析火电机组分为热电机组和凝汽机组两大类，欧美多数广泛使用热电联产机组 但其中较大比重为大容量抽凝式机组国内两类机组都普遍存在，热电机组装机 容量大约为火电总装机容量的 32%火电机组灵活性主要包括机组的调峰深度， 爬坡能力和启停速度等内容调峰运行方式的优化和锅炉燃烧系统的优化改造是 火电机组灵活性改造的主要手段提高火电灵活性, 包括改善机组调峰能力、爬坡速度、启停时间等多个方面 目前, 我国纯凝机组在实际运行中的调峰能力一般为额定容量的 50%左右, 典型的 抽凝机组在供热期的调峰能力仅为额定容量的 20%通过灵活性改造, 预期将使 热电机组增加 20%额定容量的调峰能力, 最小技术出力达到 40%-50%额定容量;纯 凝机组增加 15%-20%额定容量的调峰能力, 最小技术出力达到 30%-35%额定容量 然而灵活性运行甚至深度调峰将使机组长期处于低负荷状态，而在低负荷运行时， 锅炉的燃烧稳定性是首要考虑的问题，其本质也是燃烧的温度问题大型化、高参数能从根本上提高机组的总效率，但由于机组容量及参数一旦 确定，就无法轻易改变，若想进一步提高机组的效率，就要靠精细化的燃烧优化 调整来实现。
事实上，基于当前电厂煤质多变、辅机配置各不相同和运行工况的 复杂性，这些特点制约了通过运行手段进一步提高效率，但同时也为通过燃烧优 化的手段来进一步提高效率留下了空间2.2 解决方案 针对以上的形势和当前的环境压力，目前存在这样一些解决方案2.2.1 电极加热锅炉 利用电极加热水，当供热不足时，通过电极加热锅炉循环水继续保持供热需 求电极加热锅炉一般从发电机出口引接电源或从220kV引接1台蓄热变压器作 为蓄热电源由发电机出口引接电源，整套供电系统均由厂内供电系统构成，如同厂内新 增一个大功率用电设备，因此就其用电性质来说应视为厂用电，不足之处是新增 设备的可靠性直接影响发电机的稳定运行，一旦出现故障则发电机需跳机，确保 安全由220kV出线侧引接电源，引接位置位于出口计量表内，此种接线方式对 原有电气系统的影响小，即使出现故障并不影响电厂的稳定运行根据《工业建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2015，第9.1.2条，“工业厂房及辅助建筑，除符合下列条件之一且无法利用热泵外，不得采用电直接 加热设备作为供暖、空调热源”，其第3款，在电力供应充足和执行峰谷电价格 的地区，在夜间低谷电时段蓄热，在供电高峰和平段不适用时；可采用直接电加 热设备作为供暖和空调热源。
因此认为采用直热式电极加热锅炉并不违反规范2.2.2 储热罐 利用水的显热将热量存储到储热罐内，通常采用常压或承压式；一般情况， 当热管网供水温度低于98°C时设置常压储热罐，高于98°C时设置承压储热罐， 常压储热罐结构简单，投资成本相对较低，最高工作温度一般为95~98°C，储热 罐内水的压力为常压，承压储热罐最高工作温度一般为110°C~125°C,工作压力 与工作温度相适应，系统运行与控制相对简单，与热网循环水系统耦合性较好 （如图1所示）图1 储热罐原理图2.2.3 抽气减温减压抽气减温减压将锅炉主蒸汽或再热蒸汽抽出经高低压两级减温减压器后进行热交换;在热 电机组深度调峰时段，需将主蒸汽或再热蒸汽通过高低压两级减温减压器系统直接供至热网 系统，该方式降低了机组热利用率，但投资成本相对较低，但是针对纯凝机组的灵活性改造 还鲜见报道，目前的技术手段主要是针对磨煤机、燃烧器、送粉管道等系统来进行改造，以 达到降低煤粉着火热，强化煤粉换热、提高SCR入口温度等目的2.3 限制因素技术上的可行性验证并不能代表实际可行，还要解决这些限制的问题：燃煤机组在超低 负荷运行时，一次风量、一次风温度、一次风煤粉浓度（风煤比）的选取决定着锅炉能否实 现稳定燃烧的关键。
因此，需要在保证磨煤机安全、输粉管内不堵粉的前提下，尽量减少一 次风量、降低一次风速、提高煤粉细度、提高磨煤机出口风温这样当煤粉气流进入燃烧器 后，加热煤粉气流所需的热量就会有所减少，煤粉气流着火所需要的热量也会有所降低在相同的卷吸对流换热量和辐射换热量下，煤粉气流能够达到更高的温度，能够起到加 速和稳定着火的作用另一方面，锅炉低负荷运行时，由于投入燃料量少，炉膛温度低，燃烧工况相对来说比 较恶劣此时单个燃烧器的实际燃煤量与设计燃煤量存在明显的不匹配，单只燃烧器的设计 热功率偏大，燃烧器出口一、二次风的气流厚度在低负荷下会有所增大；另一方面，低负荷 下炉膛温度降低，单只燃烧器出口煤粉气流在着火热没变的条件下，从炉膛中获取的对流换 热量和辐射换热量均有所降低，这不利于煤粉气流着火和稳燃2.4 分析结论 进过上述分析，可以采取切实可行的、有效的不同措施方案，实现机组的深度调峰与稳 定燃烧，其中主要包括以下方面：可通过提高平均汽温，降低机组供电煤耗对于600MW机组，过热汽温和再热汽温每 提高5°C,供电煤耗可分别下降0.58g/kwh和0.28g/kwh通过对协调中煤水比及汽温控制系 统的优化，可大幅减小汽温波动，基本上从20C以上减小到5°C左右，可提高汽温设定值。
在超（超）临界机组的优化控制中，大多数汽温能提高5°C以上可通过减少再热喷水量，降低机组供电煤耗对于600MW机组，每减少10t/h再热喷水 量，供电煤耗可下降0.42g/kwh很多超（超）临界机组无法投入烟气挡板对再热汽温的自 动控制，只能依靠喷水调节，有时有几十吨的喷水量，对煤耗的影响很大通过采用预测调 节优化控制系统后，可投入烟气挡板对再热汽温的自动控制，基本将喷水阀关闭，明显降低 机组供电煤耗通过开大汽机调门，减少调门节流损失； 通过对机组协调控制及滑压优化等措施，可以 在保证协调控制系统性能的前提下，开大汽机调门，减少节流损失，从而降低机组供电煤耗3 燃烧优化技术的应用2017年，我厂通过采用APC先进过程控制方案优化系统，用于解决在控制过程中出现的 损耗问题；其中锅炉燃烧优化控制系统与机组协调、汽温控制系统优化不同，燃烧优化必须 要针对锅炉燃烧过程中存在的问题，以“解决问题”为目标来设计控制策略，不同的锅炉应有 不同的策略3.1 先进控制的可行性 方案采用先进控制器，即多变量模型预测控制器对于电厂生产过程的工艺参数，建立矩阵，通过矩阵计算，可以实现对系统内多个变量进行解耦，更好地实现优化控制。
APC控制器的优先级低于PID控制器和MA手操站，当手操站打到手动时，手操站可以 自由手操，不受APC任何影响必须在PID和MA站都在自动状态时，APC控制器才允许投 入APC的操作变量以偏置量方式写入DCS逻辑，对每个偏置量都设有投切开关，在控制器, 总投切开关切除和单个操作变量切除的情况下，都会将此偏置量切除，以设置速率回归到零， 消除了对 PID 控制的干扰，保证了系统运行的可靠性工艺参数稳态优化的可行性DCS中采用常规PID控制器，因为是单变量控制，未进行 充分的多变量耦合，所以解耦效果差，控制品质一般，留给了 APC较大的优化空间对运行 数据分析，在现有的协调系统调节下，机组变负荷时，压力波动较大在现有减温PID自动 调节下，尤其在增减燃料时，汽温的波动范围非常大，所以也有较大的优化空间通过控制 品质的优化，可以减小参数的波动范围通过稳态优化，可以提高燃烧过程的效率，提高经 济效益3.2 技术方案控制方案是基于DCS本身的基本控制策略和逻辑，对PID的逻辑进行优化APC控制器 只是提供偏置量写入DCS，与PID的设定值SP或PID的输出进行叠加，达到优化的目的同时 对这些偏置量进行上下限约束，确保安全性。
通讯方式及协议：软件通过OPC Client与OVATION的OPCServer通讯Connoisseur软件 运行后，与OPCClient通讯，配置相关的测点和通道后，OPCCIient数据与Connoisseur软件实 现双向通讯WatchDog设置：在APC控制器与DCS之间设置WatchDog监视通讯， WatchDog通讯正常，是投入APC控制器的允许条件当通讯异常时，WatchDog逻辑可将APC控制器切除，并切断偏置回路，保证了系统的安 全性；通讯异常包括下列情况：APC服务器系统关机或死机；APC服务器与DCS通讯中断或 异常OPC Client 与 OVATION OPCServer 通讯测点的读写属性配置：在 OVATION OPCSERVER 软 件侧，与 DCS 通讯的测点的属性可以进行配置对于只用于读入计算的过程量测点，属性设 置为"只读”,保证了 DCS的安全性；APC写入OVATION OPCSERVER的测点，属性设置为"读 写”，保证双向通讯这些测点包括APC输出的偏置量、操作变量投切使用到的中间点、操 作变量及被控变量的约束高低限输入使用到的中间点APC控制器设计：我厂#5机组APC先进控制策略包括如下3个多变量控制器（MVC）以 及LP优化器。
MVC和LP作为各自独立的控制器，将在功能上集成同一控制器运行RAMP: 协调先进控制器TEMP: 温度先进控制器COS 。