基于富氧燃烧技术的火电灵活性调峰研究与应用

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基于富氧燃烧技术的火电灵活性调峰研究与应

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摘要：由于我国新能源发电的迅猛发展，以及煤电产能的过剩，火电机组灵活性改造及深度

调峰优化研究势在必行。本项目针对超低负荷深度调峰问题进行试验研究，从机组深度调峰

锅炉燃烧的安全性、经济性角度对燃烧器进行重新设计并改造，通过机组深度调峰优化调整，

保证机组在超低负荷下燃烧的稳定性和经济性，同时降低炉膛出口的 NOx 浓度，达到环保

达标排放要求。本项目的研究成果值得在火力发电厂大力推广应用。

关键词富氧燃烧灵活性调峰

1 引言

2016 年国家发改委和能源局发布的电力发展“十三五”规划中明确表示要充分挖掘现有

系统调峰潜力，着力增强系统尤其是火电机组的灵活性。由于我国新能源发电的迅猛发展，

以及煤电产能的过剩，火电机组灵活性改造及深度调峰优化研究势在必行。目前国内企业及

研究机构已开展了很多的燃烧技术开发研究工作并取得了丰硕的成果。本项目是在这些研究

的基础上，针对超低负荷深度调峰问题进行试验研究，从机组深度调峰锅炉燃烧的安全性、

经济性角度对燃烧器进行重新设计并改造，通过长期机组深度调峰优化调整，保证机组在超

低负荷下燃烧的稳定性和经济性，同时降低炉膛出口的 NOX 浓度，达到环保达标排放要求。

重庆火电装机利用小时仍旧维持在较低水平，同时重庆电网的特点是峰谷差较大，网内执行

水电不弃水，清洁能源保上网，外购电不参与调峰的调度原则，由火电机组承担调峰任务，

调峰最低负荷亦由 2015 年以前 50%降到 40%（预计以后会更低），即深度调峰，甚至在

调峰难度大的情况下安排火电机组轮流启停调峰。2016-2019 年，恒泰公司两台 300MW

火电机组完成深度调峰次数不少于 150 次/年，深度调峰时长不少于 1000 小时/年；机组启

停机次数不少于 25 次/年，机组深度调峰和启停机调峰已成为一种新常态。为更好的适应火

电新常态和重庆电网结构特点，提高火电机组深度调峰能力、实现快速启停、加快爬坡到达

所需负荷速率，提升火电机组调节灵活性，必将成为公司未来成长发展的核心任务。

通过近几年对火电机组深度调峰研究及运行经验积累，国家能源集团重庆恒泰发电有限

公司两台 300MW 火电机组基本能承担最大不低于 40%额定负荷深度调峰长时间运行，但

深度调峰期间机组 SCR 催化剂温度偏低、不同煤种适应性及能耗水平较高等一系列问题仍

需要进一步解决，离重庆电网未来低于 30%额定负荷深度调峰需求还有一定差距，同时

2019 年重庆电网出台新的调峰补偿管理办法，为了争取“两项细则”更大政策补偿，提升利

用小数“三同”对标水平，提高火电机组灵活性运行及提升深度调峰能力将成为恒泰公司发展

必然的选择。

2 现状

国家能源集团重庆恒泰发电有限公司 2×300MW 国产亚临界燃煤发电机组，配套锅炉为

东方锅炉(集团)股份有限公司设计制造的 DG-1025/18.2-II4 型亚临界压力、中间一次再热、

自然循环汽包炉，采用四角切园燃烧方式，锅炉采用传统的#0 轻柴油点火和低负荷投油助

燃方式，锅炉设计安装 3层（12 支）空气雾化点火油枪，出力 0.8 吨/小时。由于油价的长

期高涨，启动点火和低负荷稳燃的燃料成本极大地影响着发电厂经济效益，而且在这种方式

下冷炉启动初期由于电除尘不能及时投入而造成了烟尘对环境的污染，另外由于助燃不足煤

粉燃烬率也较低，机组深度调峰锅炉难以满足稳定燃烧，因此有必要对燃烧系统进行改造，

寻求一种既可保证在锅炉点火过程中和深度调峰中稳燃耗油量少，又可以保护火电厂周边生

态环境无污染的燃烧系统，以满足电力生产日益提高的节能、环保要求。2015 年我们对

#1、2炉进行了 A层燃烧器富氧燃烧改造工作，在锅炉点火、深度调峰、锅炉稳燃方面效

果明显，锅炉冷态点火一次耗油在5吨以下，耗油量小，节能明显，油燃烧完全，避免了

油煤混烧所造成的对电除尘器、脱硫、脱硝等环保装置被污染、催化剂中毒等问题；经过长

期试验摸索，已经实现机组在 40%额定负荷以内的调峰安全稳定运行。近三年来，通过完

善富氧点火系统的逻辑和运行参数，保障深度调峰期间的安全稳定性问题；通过增设富氧增

压泵提高油压，采用耐高温高效雾化小油枪喷嘴技改提升富氧燃烧技术的灵活性和经济性，

增强机组深度调峰能力。通过燃烧调整、配风优化、配煤优化及制粉系统运行方式优化，持

续进行机组深度调峰优化试验。但是如需再降低机组负荷及实现全富氧燃烧机组启动，则必

须继续进一步研究试验。主要存在以下问题：（1）在机组深度调峰在 30%额定负荷以下

运行，脱硝入口烟气温度不能满足脱硝 SCR 运行要求（≥307℃），低于脱硝催化剂最低

喷氨温度，脱硝自动退出运行，NOx 超标，影响环保排放。（2）锅炉的飞灰大渣的含碳量

高，锅炉效率低；（3）锅炉的主蒸汽和再热蒸汽温度低，汽轮机的效率的低，全厂的供电

煤耗高。因此,需要进一步开展基于富氧燃烧技术的火电灵活性调峰研究工作。

3 富氧燃烧技术的机理及系统组成

（1）点火原理

锅炉点火启动时，利用燃油在纯氧条件下充分燃烧所产生的火焰，使穿过该火焰的已呈

富氧状态的煤粉流得到快速热解燃烧，进而该部分煤粉燃烧所产生热量，引燃喷入的一次风

煤粉，实现“以煤代油，以氧助燃”，达到以微油燃烧直接点燃煤粉流，在冷态、热态时启动

锅炉，节约锅炉点火用油。

（2）稳燃原理

锅炉运行炉内燃烧呈不稳定状态时，仅需在燃烧器喷口处通入与此时一次风粉温度大致

一致的氧气流，从而使在氧气流流经区域的煤粉，着火热显著降低，燃烧温度明显提高，燃

烧速度大大加快，保证了一次风粉在不加油时的正常燃烧，达到一次风粉的稳燃状态，实现

无油稳燃，节约锅炉稳燃用油。

（3）降氮原理

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摘要：

基于富氧燃烧技术的火电灵活性调峰研究与应用摘要：由于我国新能源发电的迅猛发展，以及煤电产能的过剩，火电机组灵活性改造及深度调峰优化研究势在必行。本项目针对超低负荷深度调峰问题进行试验研究，从机组深度调峰锅炉燃烧的安全性、经济性角度对燃烧器进行重新设计并改造，通过机组深度调峰优化调整，保证机组在超低负荷下燃烧的稳定性和经济性，同时降低炉膛出口的NOx浓度，达到环保达标排放要求。本项目的研究成果值得在火力发电厂大力推广应用。关键词富氧燃烧灵活性调峰1引言2016年国家发改委和能源局发布的电力发展“十三五”规划中明确表示要充分挖掘现有系统调峰潜力，着力增...

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