传统火电的“深调”突围
2025年09月11日
字数:2223
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340MW的火电机组,最低能降到多少负荷稳定运行?江西丰城公司给出答案:100MW,相当于29%额定负荷。这台1996年投产的亚临界机组,如今能在100MW至340MW间灵活调节,为新能源发电腾出空间。
8月底,江西丰城公司主导完成的《新型电力系统背景下大型燃煤锅炉宽负荷运行关键技术及工程应用》荣获江西省科学技术奖二等奖。中国电力企业联合会鉴定认为,成果整体达到国际先进水平,其中大型燃煤锅炉宽负荷运行关键技术达到国际领先水平。
近年来,随着新能源快速发展,传统火电从主力电源向基础保障性和系统调节性电源转型,成为火电行业面临的共同课题。这种转型并非一蹴而就,对于老旧机组而言充满挑战。
挑战首先来自技术层面。“最难的一次是2020年5月。”发电部负责人刘洪云记忆犹新,那天正午光伏大发,电网调度要求4台机组中的2台必须降到150MW——相当于44%的额定负荷。对火电机组而言,当负荷降到35%以下,一系列技术难题接踵而至:炉膛温度从 1400℃骤降至1100℃,煤粉着火变得困难;金属部件反复经受热胀冷缩,“四管”泄漏风险倍增;脱硝系统在低温下效率降低,环保达标面临严峻考验。
经济压力同样巨大。深度调峰时,机组能效大幅下降,供电煤耗显著增加,运营成本直线上升,而且在低负荷运行时,设备磨损加剧,维护成本也随之攀升。更严峻的是市场竞争现实。在电力市场化改革浪潮中,深度调峰能力直接决定机组的市场地位和生存空间。具备深调能力的机组可以获得辅助服务补偿,在电力市场中占据主动;而缺乏这一能力的机组,只能在激烈竞争中逐步边缘化,面临被淘汰的风险。
作为1996年投产的亚临界机组,丰城公司在设计之初并未考虑如此深度的调峰需求。随着电力体制改革深入推进,如何让老旧机组适应新时代要求,在保证安全的前提下实现更深层次的调峰,在经济性与灵活性之间找到平衡点,成为摆在丰城公司面前的生存课题。
面对生存挑战,丰城公司选择了技术创新。
2019年4月,丰城公司联合集团科学技术研究院、东南大学、南昌大学等单位,组建产学研攻关团队。目标明确而艰巨:让机组在30%至100%负荷范围内安全、经济、环保运行。
汽温控制是首个必须攻克的技术壁垒。团队收集了机组3年来的运行数据,运用人工智能技术建立深度学习预测模型。经过200多次仿真验证、50多次实炉试验,这套智能系统能够提前5到10分钟预判汽温变化趋势,实现超前调节。结果令人振奋:过热汽温偏差从±10℃缩小到±5℃,45%以上负荷可以实现全程自动控制。
低负荷稳燃是第二个必须攻克的技术难题。团队采用系统性技术路线:从燃料源头入手,开发煤粉细度、浓度在线监测系统,确保原料精准配比;在燃烧过程中,研发一次风智能控制技术,实现配风动态优化;引入基于TDLAS技术的气氛场监测系统,实时掌握炉内燃烧状态。这套系统有效缓解了宽负荷调峰过程中的非均衡燃烧、结焦结渣及超低负荷稳燃等安全运行难题。
设备防护是第三道技术防线。深度调峰过程中,频繁的温度变化和负荷波动让设备疲劳损伤风险急剧增加。团队针对水冷壁高温腐蚀问题,研发了新型防护涂料,能够在650℃高温环境下连续运行1000小时以上。同时,建立“四管”泄漏预警模型,通过大数据分析,能够提前半小时发出预警信号,预警准确率超过65%。
第四个技术关键则是环保协同控制。深度调峰时,脱硝系统需要足够温度,除尘系统需要合适电场强度,脱硫系统需要精确控制浆液浓度。团队开发的一体化智能控制系统,能够根据机组负荷变化,自动协调三大环保系统运行参数,确保在任何负荷下都能实现稳定达标排放。
经过5年持续攻关,团队最终形成了完整的宽负荷调峰技术体系,让30%深度调峰从困难变为现实。
技术突破只是第一步,推广应用才是检验成功的标准。经过近3年的持续优化,丰城公司4台340MW机组已能在30%至100%负荷范围内稳定运行,深度调峰不再是“高难动作”,而成为日常操作。
技术改造带来的效益提升是全方位的。从运行指标看,丰城公司今年1至8月份,设备利用小时数达2470小时,较全网同类型机组平均利用小时数高269小时,在全网同类型机组中排名第二位;机组负荷率56.67%,较同类机组平均高2.08个百分点。从经济效益看,1至7月份,华中“两个细则”收益同比增长9.7%;省间调峰辅助服务收益同比增长218.4%……深度调峰技术不仅提升了机组运行效率,更为企业开辟了新的盈利增长点。
作为兄弟单位的神华九江电厂应用相关技术后,效果立竿见影:一次风机节电率提升5%至13%,锅炉效率提高0.69个百分点,氮氧化物浓度降幅达到11%,燃烧均衡性和稳定性都有显著改善。四川华蓥山公司、重庆万州电厂等也相继成功实施技术改造,取得了良好效果。
这种“点上突破、面上开花”的推广模式,充分展现了技术创新的引领力量。据不完全统计,该项技术已在装机容量超过1000万千瓦的火电机组上得到推广应用,可提升电网低谷调峰能力100万千瓦,相当于为约150万千瓦风电机组腾出了发展空间,预计每年可增加新能源发电量30亿千瓦时——相当于136万个家庭一年的用电量。
这些数字背后,反映的是传统火电行业发展理念的深刻转变——从单纯追求发电量最大化,转向主动服务新能源消纳;从被动适应市场变化,转向主动引领行业变革。
从340MW到100MW,从技术难题到成功实践,回望丰城公司的5年攻关之路,产学研深度融合的协同模式、需求导向明确的研发思路、系统性攻关的技术路线、持续改进优化的工作方法——这些在实践中总结出的宝贵经验,构成了可复制、可推广的“丰电经验”,其创新探索生动诠释了传统产业通过科技创新焕发新活力的时代价值,更为传统火电行业转型发展提供了有益借鉴。
8月底,江西丰城公司主导完成的《新型电力系统背景下大型燃煤锅炉宽负荷运行关键技术及工程应用》荣获江西省科学技术奖二等奖。中国电力企业联合会鉴定认为,成果整体达到国际先进水平,其中大型燃煤锅炉宽负荷运行关键技术达到国际领先水平。
转型之困:昔日主力险淘汰
近年来,随着新能源快速发展,传统火电从主力电源向基础保障性和系统调节性电源转型,成为火电行业面临的共同课题。这种转型并非一蹴而就,对于老旧机组而言充满挑战。
挑战首先来自技术层面。“最难的一次是2020年5月。”发电部负责人刘洪云记忆犹新,那天正午光伏大发,电网调度要求4台机组中的2台必须降到150MW——相当于44%的额定负荷。对火电机组而言,当负荷降到35%以下,一系列技术难题接踵而至:炉膛温度从 1400℃骤降至1100℃,煤粉着火变得困难;金属部件反复经受热胀冷缩,“四管”泄漏风险倍增;脱硝系统在低温下效率降低,环保达标面临严峻考验。
经济压力同样巨大。深度调峰时,机组能效大幅下降,供电煤耗显著增加,运营成本直线上升,而且在低负荷运行时,设备磨损加剧,维护成本也随之攀升。更严峻的是市场竞争现实。在电力市场化改革浪潮中,深度调峰能力直接决定机组的市场地位和生存空间。具备深调能力的机组可以获得辅助服务补偿,在电力市场中占据主动;而缺乏这一能力的机组,只能在激烈竞争中逐步边缘化,面临被淘汰的风险。
作为1996年投产的亚临界机组,丰城公司在设计之初并未考虑如此深度的调峰需求。随着电力体制改革深入推进,如何让老旧机组适应新时代要求,在保证安全的前提下实现更深层次的调峰,在经济性与灵活性之间找到平衡点,成为摆在丰城公司面前的生存课题。
破局之道:五年攻关闯新路
面对生存挑战,丰城公司选择了技术创新。
2019年4月,丰城公司联合集团科学技术研究院、东南大学、南昌大学等单位,组建产学研攻关团队。目标明确而艰巨:让机组在30%至100%负荷范围内安全、经济、环保运行。
汽温控制是首个必须攻克的技术壁垒。团队收集了机组3年来的运行数据,运用人工智能技术建立深度学习预测模型。经过200多次仿真验证、50多次实炉试验,这套智能系统能够提前5到10分钟预判汽温变化趋势,实现超前调节。结果令人振奋:过热汽温偏差从±10℃缩小到±5℃,45%以上负荷可以实现全程自动控制。
低负荷稳燃是第二个必须攻克的技术难题。团队采用系统性技术路线:从燃料源头入手,开发煤粉细度、浓度在线监测系统,确保原料精准配比;在燃烧过程中,研发一次风智能控制技术,实现配风动态优化;引入基于TDLAS技术的气氛场监测系统,实时掌握炉内燃烧状态。这套系统有效缓解了宽负荷调峰过程中的非均衡燃烧、结焦结渣及超低负荷稳燃等安全运行难题。
设备防护是第三道技术防线。深度调峰过程中,频繁的温度变化和负荷波动让设备疲劳损伤风险急剧增加。团队针对水冷壁高温腐蚀问题,研发了新型防护涂料,能够在650℃高温环境下连续运行1000小时以上。同时,建立“四管”泄漏预警模型,通过大数据分析,能够提前半小时发出预警信号,预警准确率超过65%。
第四个技术关键则是环保协同控制。深度调峰时,脱硝系统需要足够温度,除尘系统需要合适电场强度,脱硫系统需要精确控制浆液浓度。团队开发的一体化智能控制系统,能够根据机组负荷变化,自动协调三大环保系统运行参数,确保在任何负荷下都能实现稳定达标排放。
经过5年持续攻关,团队最终形成了完整的宽负荷调峰技术体系,让30%深度调峰从困难变为现实。
示范价值:星星之火可燎原
技术突破只是第一步,推广应用才是检验成功的标准。经过近3年的持续优化,丰城公司4台340MW机组已能在30%至100%负荷范围内稳定运行,深度调峰不再是“高难动作”,而成为日常操作。
技术改造带来的效益提升是全方位的。从运行指标看,丰城公司今年1至8月份,设备利用小时数达2470小时,较全网同类型机组平均利用小时数高269小时,在全网同类型机组中排名第二位;机组负荷率56.67%,较同类机组平均高2.08个百分点。从经济效益看,1至7月份,华中“两个细则”收益同比增长9.7%;省间调峰辅助服务收益同比增长218.4%……深度调峰技术不仅提升了机组运行效率,更为企业开辟了新的盈利增长点。
作为兄弟单位的神华九江电厂应用相关技术后,效果立竿见影:一次风机节电率提升5%至13%,锅炉效率提高0.69个百分点,氮氧化物浓度降幅达到11%,燃烧均衡性和稳定性都有显著改善。四川华蓥山公司、重庆万州电厂等也相继成功实施技术改造,取得了良好效果。
这种“点上突破、面上开花”的推广模式,充分展现了技术创新的引领力量。据不完全统计,该项技术已在装机容量超过1000万千瓦的火电机组上得到推广应用,可提升电网低谷调峰能力100万千瓦,相当于为约150万千瓦风电机组腾出了发展空间,预计每年可增加新能源发电量30亿千瓦时——相当于136万个家庭一年的用电量。
这些数字背后,反映的是传统火电行业发展理念的深刻转变——从单纯追求发电量最大化,转向主动服务新能源消纳;从被动适应市场变化,转向主动引领行业变革。
从340MW到100MW,从技术难题到成功实践,回望丰城公司的5年攻关之路,产学研深度融合的协同模式、需求导向明确的研发思路、系统性攻关的技术路线、持续改进优化的工作方法——这些在实践中总结出的宝贵经验,构成了可复制、可推广的“丰电经验”,其创新探索生动诠释了传统产业通过科技创新焕发新活力的时代价值,更为传统火电行业转型发展提供了有益借鉴。