固体氧化物电解槽辅助煤电机组深度调峰技术可行性研究

常规的煤电机组灵活性改造方案,难以消除频繁快速变负荷对热力系统造成的潜在寿命折损与设备安全风险。为提高煤电机组参与深度调峰的长期安全性与经济性,以某国产超超临界二次再热1000 MW燃煤机组为应用对象,提出了基于氢储能系统的煤电机组“健康调峰”技术路线,并论证了调峰煤电制氢的间接碳减排意义。在此基础上,分析比较了不同制氢工艺与煤电厂生产条件的匹配程度,认为固体氧化物电解槽(SOEC)制氢为综合最优方案,据此给出了SOEC耦合煤电调峰的原理性设计方案,最后以年度负荷曲线对新方案进行了财务分析。计算结果表明,示例机组自第6年起每年可获得1.07亿元/年的净利润,每年减少碳排放281.92 t,同时获得设备延寿、降耗减碳等其他收益。相关结论对于指导调峰煤电机组的健康安全运行具有参考意义。

MPS型磨煤机制粉系统动态模型与瞬态运行优化控制研究

为提升MPS型磨煤机制粉系统变出力过程关键参数的控制精度,该文建立并验证制粉系统动态模型,开展控制策略优化研究。在原逻辑基础上,提出考虑煤质水分信息的前馈磨煤机入口一次风温控制回路,以优化控制策略。开展煤质水分增加、给煤速率增加、磨煤机变出力等瞬态过程模拟研究,获得制粉系统关键参数瞬态特征和能耗特性,验证所提出策略的优越性。结果表明:采用优化的控制逻辑后,系统在应对煤质水分突变、煤量突变等扰动时的响应速率增加、磨煤机出口风粉温度波动范围减小50%以上、瞬态能耗下降2.4%。磨煤机在变出力过程中,稳态能耗可降低100 kW以上,制粉过程能耗降低6.82%,瞬态过程中磨煤机出口风温的波动幅度下降50%、响应时间缩短10%以上、可实现瞬态节能5.43%,保障制粉系统的运行安全并降低能耗。在燃煤发电机组中应用提出的制粉系统优化控制逻辑,可降低燃煤发电机组变负荷瞬态过程中负荷率、主汽压力等关键参数的运行偏差,提高机组的运行灵活性。

某300 MW机组脱硝前紧凑空间粗颗粒飞灰预脱除关键技术研究及应用

燃煤机组由于煤质及燃烧等原因,锅炉尾部烟道烟气中的粗飞灰颗粒易造成烟道及脱硝催化剂不同程度的磨损。以某300 MW等级机组省煤器出口至脱硝入口烟道为研究对象,建立“A型折流富集+V型高效收灰+T型粗灰通道”的“A-V-T”型脱硝前粗颗粒飞灰预脱除结构,布置于省煤器出口的大截面低流速烟道内,通过数值模拟研究了布置粗颗粒飞灰预脱除装置前后不同粒径分布轨迹、脱除效果、阻力等条件的影响规律,并进行了工程应用。模拟结果表明:采用粗颗粒脱除技术后对原系统烟气侧流场状态影响小;随着飞灰粒径的增大,飞灰脱除率越高,其中50、200、500、1000μm粒径的飞灰脱除率分别为12.15%、59.40%、87.01%、93.62%,对粒径200μm及以上的粗颗粒脱除效率为85.15%,整体的收灰率为15.50%,新增阻力78 Pa。对某300 MW机组实施改造后,经试验,脱硝前对粒径200μm及以上粗颗粒灰脱除率为83.96%,整体灰的脱除率为14.91%,净增阻力73Pa,试验结果验证了数值模拟结果的合理性。

基于SOEC-OEC双工艺耦合的火电机组全容量长寿命调峰技术研究

现有火电灵活性改造方案难以消除频繁快速变负荷所带来的热力系统寿命折损与机组安全运行风险,为保障火电机组参与电网调峰的安全性、经济性与健康性,提出并构建了基于固体氧化物电解槽(SOEC)制氢技术与燃烧器局部富氧燃烧(OEC)技术相耦合的火电机组全容量长寿命调峰技术方案。以某超超临界1 000 MW二次再热机组为计算示例,对SOEC-OEC系统参与70%~100%的电网深度调峰进行了能效计算,并与常规碱性水电解制氢(ALK)系统进行了比较。计算结果表明,SOEC-OEC技术方案中抽汽电解制氢系统的能效高达49.86%,相比ALK系统提高约26.40%;富氧助燃系统最大可减少锅炉排烟量达23.7%,降低机组供电煤耗2.83 g/(kW·h),减少碳排放约2.82 t/h。此外,SOEC-OEC系统还可为机组带来超额的调峰补贴收益、氢气售卖收益、富氧节煤降碳收益以及设备延寿延保收益等,充分保障了火电调峰过程的经济高效、安全环保。

弹簧支吊架荷载变化系数的选取与汽水管道支吊架优化设计

目前,我国火力发电厂汽水管道设计标准规定,弹簧吊架荷载变化系数不应大于25%,据此设计的管道系统恒力吊架比例过高,其荷载“非法”转移会造成管道偏离设计线运行,应力升高。分析了恒力吊架恒定度与荷载变化系数的关系并给出了优化设计案例,研究结果表明,在汽水管道设计中适当增大弹簧吊架荷载变化系数,可增大弹簧吊架配置占比,减少管道膨胀异常现象的发生。

恒力支吊架性能指标研究及标准修改建议

高温汽水管道是发电厂的重要部件,由于管道垂直高差和水平跨距较大,为协调管道热膨胀和降低管道热胀应力,在管道设计时配置了较多恒力弹簧支吊架(恒力吊架)。由于存在转轴摩擦力矩等原因,恒力吊架并非恒力,其荷载偏差会造成管道运行时偏离设计冷态、热态线及管道应力升高。为控制恒力支吊架质量,国内相关标准中有恒定度和荷载偏差度2个质量性能控制指标。分析研究荷载偏差度可得:由于存在摩擦力矩等,恒力吊架在测试荷载偏差度时,不同加载方向测得的拔销荷载差异较大,导致其荷载偏差度差异较大,因此拔销荷载不宜作为代表性参数;平均荷载可表征位移-荷载曲线的位置,是恒力支吊架的代表性参数,并给出了新的平均荷载偏差度计算公式。建议对相关标准进行修订,提高恒力吊架性能。

特约主编寄语

随着“双碳”目标的提出,我国风电、光伏发电等清洁能源快速发展,发电量占比不断提升,由于新能源发电具有随机性、间歇性及不稳定性的特点,给电力系统的安全稳定运行带来挑战。煤电和储能等灵活性电源具有良好的调峰性能,在当前“双碳”背景下,需完善灵活性电源建设和运行机制,全面实施煤电机组灵活性改造,完善煤电机组快速灵活调峰技术标准,科学核定煤电机组深度调峰能力,完善支持灵活性煤电机组、水电、太阳能热发电和储能等调节性电源运行的价格补偿机制。因此,加强灵活性发电技术的研发,是实现传统能源与新能源协同发电、构建高效智能电力系统的必然选择。

PSCAD的发电机准同期并列综合实验设计

针对电力系统自动化实验教学中存在的不足,设计了同步发电机准同期并列综合实验。实验模型采用PSCAD/EMTDC,建立了包含发电机及并网系统、原动机及其调速器、励磁系统、准同期并列控制单元、电压向量的动态显示等关键部件。依托实验模型设计了循序渐进的教学实验项目,主要有机组启动与并网的验证性实验、不同并列条件影响的分析性实验、频率差和电压差调节的设计性实验。该实验将电路、电机学、自动控制理论、电力系统分析等多门专业核心课程贯穿起来,提升了学生综合运用知识解决复杂工程问题的能力。

某300MW机组高压进汽结构气动优化

采用数值模拟的方法对某300MW汽轮机的高压进汽结构进行了气动优化,通过增大关键部位通流面积、增大过渡倒圆,降低了流速,总压损失由4.11%降低到0.045%,出口静压不均匀度由0.67降低到0.020。

燃煤发电机组灵活调峰下机炉安全状态监测与调控研究综述

“双碳”背景下新能源大量接入电网,燃煤发电机组承担调峰任务,长期处于瞬态运行过程,其灵活运行水平需进一步提升,但深度调峰与快速变负荷使机组运行可靠性下降,机组灵活调峰能力面临设备安全性制约。该文对燃煤发电机组在灵活调峰下安全稳定运行的研究现状进行评述。首先,综述调峰工况下锅炉换热面、汽轮机转子等部件存在的安全技术问题,明确灵活运行对机组设备安全性的影响。其次,对比分析监测温度、应力等关键运行状态参数的不同方法优缺点与适用性;针对存在的安全技术问题介绍现有的机组运行参数优化与设备结构优化方法。未来将可靠性评估与诊断、停机保温预热及智能先进控制等技术应用于燃煤发电机组的调峰运行将对其安全性提升具有重要意义。最后,对目前燃煤发电机组灵活安全运行的研究现状及面临问题进行总结。

某660MW机组汽轮机热态启动最佳温升率的确定

为进一步缩短火电机组热态启动时间,满足机组快速启动参与电网调峰的要求,以某660MW汽轮机组热态启动为例,编制程序确定不同启动阶段转子表面的蒸汽参数及换热系数,之后采用ANSYS软件对汽轮机热态启动下的转子温度场及应力场进行了数值模拟计算,分析了汽轮机转子重点监测部位热应力随温升率变化规律。并从不同温升率启动对汽轮机转子低周疲劳寿命的损耗进行分析,得到了机组热态启动的最佳温升率。研究结果可使汽轮机组热态启动下相比设计条件下缩短启动时间18%。所做工作对大型火电机组深度调峰具有一定参考价值。

不同参数高效超超临界机组经济性分析及建议

本文根据目前大量已投运二次再热机组运行经验,结合某660MW项目高效一次再热和二次再热不同的高效超超临界参数,结合对应的汽机热平衡图参数,通过对THA、80%THA、60%THA三个运行负荷进行了相关的机组经济性参数的计算和对比,通过分析提出了在选择一次再热或二次再热参数上的一些建议和结论。

水汽系统积盐问题分析及处理

尿素水解制氨技术已广泛应用于火电机组脱硝还原剂的制备。然而,若出现尿素质量不合格,尿素水解器发生泄漏以及水解器疏水回用至凝汽器的情况,会对热力系统造成巨大危害。对某燃煤机组尿素水解器泄漏致水汽系统严重积盐及过热器爆管进行了分析,并提出了补充处理方案。实施后机组各项水汽指标均达到《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》(GB/T 12145—2016)要求,为水汽系统积盐的原因分析及处理提供了解决方案。

集成碳捕集的1000 MW超超临界燃煤机组热力系统优化与性能研究

为降低CO_(2)的能耗并且提高发电效率,以超超临界二次再热-碳捕集系统为参考系统,提出了耦合太阳和ORC系统的二次再热-碳捕集优化方案。利用Ebsilon软件构建了优化系统模型,并进行了热力性能、经济性和运行性能分析。结果表明:与参考系统相比,优化系统热效率提高了4.78%,热耗降低了1005 kJ/(kW·h),煤耗降低了36.50 g/(kW·h);太阳能辅助系统年运行时间占比为60%,均省煤量可达到2.0×10^(4)t。优化方案具有更好的热经济性并且减少了发电耗煤量,为CO_(2)捕集和减排提供优化思路。

火电厂智能轮式巡检机器人全局路径规划设计与实现

人工智能技术的快速发展,促使智能轮式巡检机器人已成为火电厂安全巡检的重要工具。为实现变电站智能巡检机器人的全局路径规划,需要在创建静态半结构化模型的基础上,选择合适的全局路径规划算法。全局路径规划使用遗传算法进行初始路径搜索和优化,局部路径规划使用Dijkstra算法根据机器人当前位置和目标位置,以及环境中的障碍物信息,计算出最短路径。在实现过程中需要考虑机器人的运动性能、感知能力、安全性能等因素,进行运动学建模、感知建模、安全建模等操作,以确保机器人能够满足要求并安全地完成任务。

某超超临界二次再热百万机组化学清洗技术

超超临界机组基建期间的化学清洗是不可缺少一道工序。本文主要从清洗技术方面出发,提出提高此类机组化学清洗质量的方法和措施,为国内应用广范的超超临界二次再热机组基建期间的化学清洗质量控制具有一定的参考意义。

考虑不确定性和定价补偿的源荷储联合调峰优化

针对大规模新能源并网带来的系统调峰和消纳难题,文中在分析源荷储调峰能力及其互补性的基础上,挖掘系统的调峰能力,促进新能源消纳。首先,考虑火电、独立储能和电动汽车的调峰定价及辅助服务补偿,分析调峰费用分摊与补偿机制,建立深度调峰模型;其次,考虑风光出力的不确定性与相关性,基于核密度估计和Frank Copula函数生成典型风光出力序列,并建立阶梯型需求响应模型以实现响应量的分级补偿,提高需求侧用户的响应积极性;最后,以总运行成本最小为目标,构建考虑不确定性和定价补偿的源荷储联合调峰优化模型,并以改进的IEEE 30节点系统为例进行分析。结果表明,所提模型能够挖掘源荷储三侧资源的灵活调峰潜力,提升系统调峰能力和新能源消纳水平。

面向火电运行灵活性的钢球磨煤机制粉系统控制优化研究

针对双进双出钢球磨煤机制粉系统变出力过程风粉温度波动幅度大、瞬时磨煤出力偏差大等问题,提出考虑热一次风风温前馈和变出力过程料位差压设定值优化的控制策略。以BBD4360型钢球磨煤机为对象开展机理建模和瞬态扰动试验研究,建立并验证钢球磨煤机内料位差压、出口风粉温度等关键参数计算模型。基于磨煤机动态模型研究获得原有及优化后的控制策略对磨煤机出口风粉温度、磨煤出力和制粉单耗的影响规律。研究结果表明:在制粉系统变出力过程中,优化后的控制策略可降低磨煤机出口风粉温度偏差2℃以上,制粉系统磨煤出力累积偏差降低50%以上,制粉单耗降低5%以上,综合提升了制粉系统的关键参数控制效果。钢球磨煤机制粉系统优化控制策略有利于缓解机组调峰过程中由于燃料量供给偏差引起的气温、气压偏差大等问题,保障了燃煤发电机组的运行灵活性和高效性。

基于IWOA-Transformer的磨煤机故障预警

提出了一种基于改进鲸鱼算法优化Transformer网络超参数(IWOA-Transformer)的故障预警方法。该方法利用非线性收敛系数和高斯变异对鲸鱼算法(WOA)进行改进,以提高WOA的收敛速度和避免其陷入局部最优;再采用改进鲸鱼算法(IWOA)优化Transformer的超参数,建立磨煤机故障预警模型;然后,通过预测值和实际值的相似度函数确定自适应阈值,结合专家系统判断故障类型并提出解决方案,实现磨煤机故障预警;最后,以某350 MW热电机组中速磨煤机为例进行故障预警试验。结果表明:所提IWOA-Transformer模型可显著提高预警速度和准确率,具有工程实用价值。

专栏执行主编寄语深调背景下煤电锅炉灵活性改造技术

2021年10月,国家发改委、能源局联合颁布了《全国煤电机组改造升级实施方案》,并率先在新疆进行试点。2024年1月31日,新疆发改委公示了2023年全区实施煤电灵活性改造并且验收通过的38台机组,装机规模1642.5万千瓦,新增调峰能力361.2万千瓦。从公示结果看,纯凝期机组最小出力可低至18%。新疆地区煤电机组燃用烟煤,其灵活性改造的成功对于推广至全国煤电机组具有极大的现实意义。但同时也注意到,烟煤与贫煤、无烟煤着火特性差异巨大,对于燃用低挥发份贫煤、无烟煤的锅炉,灵活性改造仍面临严峻挑战,尤其是广泛分布于云、贵、川地区的W型火焰锅炉(燃用无烟煤为主,容量接近火电装机容量10%)。