The Effects of SO_3 in Flue Gas on the Operation of Coalfired Units and Countermeasures

There exists a certain amount of SO_3 in flue gas discharged from coal-fired power plants. With the operation of the selective catalystic reduction( SCR) denitrification system,SO_3 concentration in the flue gas increases,which will lead to fouling,erosion and plugging of downstream equipment. In this study,the main effects of SO_3 on the safety,stability and efficiency of units were analyzed,and measures to control SO_3 were proposed.

风-火-储耦合系统储能容量配置优化对比

为提升风电富集区域风电消纳水平及燃煤机组的灵活性,提出了基于热电共蓄式压缩空气储能的风-火-储耦合系统及系统调度策略,建立了系统的容量配置优化框架,并对7种布局方案进行了多目标优化。优化结果表明:电锅炉将弃风电量转化为热量时,燃煤机组的运行点向电力负荷下限更低的区域移动,风电上网空间增大,燃煤机组出力水平降低;加入热电共蓄式压缩空气储能子系统,使得燃煤机组电功率水平降低;换热器废热的回收进一步降低了燃煤机组产热水平;通过调整燃煤机组热出力,抽汽蓄热子系统能够实现抽汽热的时空平移,促使燃煤机组运行点向电力负荷下限更低的区域移动,可间接促进风电的消纳。综合来看,3种子系统相组合的最佳耦合方案可实现燃煤机组的热电解耦,从而提升了其深度调峰能力,在更大程度消纳风电能力的同时提升了系统的效率和环保性。

基于机理和数据混合模型的SD-WFGD系统SO_(2)浓度动态预测

为了保证燃煤电站脱硫系统SO_(2)排放浓度达到环保要求的同时实现经济运行,建立了单塔双循环湿法烟气脱硫(SD-WFGD)系统出口SO_(2)浓度混合动态预测模型。首先,分析吸收SO_(2)的化学反应过程,分别建立了吸收塔出口和浆液池(AFT塔)出口SO_(2)浓度机理模型;然后,利用变分模态分解(VMD)方法对历史运行数据和机理模型预测偏差数据进行分解,将分解后不同频率的模态分量进行重构,利用最小二乘支持向量机(LSSVM)算法训练并得到不同的模态分量模型,将不同模态分量的LSSVM模型进行加权叠加,建立了数据补偿模型;最后,将数据补偿模型输出和机理模型输出进行叠加,得到SD-WFGD系统SO_(2)浓度混合动态预测模型。结果表明:利用VMD算法将历史数据分解为不同模态,不同模态数据重构后可有效提高数据模型的预测精度;同时,将机理模型和数据模型结合,可提升模型预测能力。

基于BayesianOpt-XGBoost的煤电机组碳排放因子预测

以贝叶斯参数优化的XGBoost算法为基础,基于机组特征和煤炭特性建立BayesianOpt-XGBoost预测模型,其发电、供热碳排放因子预测的相关系数R^(2)分别为0.91和0.87,绝对误差百分比为2.51%和2.91%.进一步,通过特征标准化方法减少对煤炭特性的依赖,模型预测R2分别为0.79和0.77,绝对误差百分比为3.94%和2.75%,精度仍可得到保障.基于该模型分析全国各省区煤电机组碳排放因子并与公布数据进行比较,证明了该模型的有效性.对机组预测结果的分析表明对现存的低容量机组进行改造、对新建造电机组采用大容量高参数可以减少碳排放强度.

基于AHP-GRA算法的超临界燃煤机组生产综合评价

为了优化机组运行水平,提高企业管理能力,构建了综合对标评价体系对机组进行打分评价。对七台超临界机组进行综合管理水平评价,应用层次分析法(AHP)对指标进行权重分析,使用灰色管理度分析法(GRA)进行打分评价。结果表明:各机组间安全性差别不大,部分机组出现主汽超温和管道超温现象;稳定性整体波动较大,安全性是稳定性的前提;除个别机组NH_(3)超标严重外,其余机组环保性水平较高;经济性与稳定性联系密切,D机组稳定性排名最低,同时经济性得分也最低;稳定性对综合管理水平评价影响最明显,E机组稳定性评分最高,综合水平排名也最高,D机组稳定性评分最低,综合水平排名也最低。机组综合对标评价可以有效反映机组安全性、稳定性、环保性、经济性的差异,促进生产管理水平的提高。

基于BWOA-GAM-BiGRU的火电厂SCR系统出口NOx排放预测

提出了一种基于数据驱动结合全局注意力机制与双向门控循环单元深度神经网络的选择性催化还原系统出口NOx排放预测模型,并使用黑寡妇优化算法对网络超参数进行自动寻优。对某300MW电厂选择性催化还系统的历史运行数据进行深度挖掘,确定模型输入变量并校准各输入变量与NOx排放量之间的时延并重构样本序列。实验结果显示,所提出模型的预测结果比典型预测模型具有更高预测精度和更好的泛化能力。

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。

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。

燃煤机组锅炉负荷偏差分析模型与评价系统

“双碳”大背景下我国上网新能源装机发展十分迅速。为了加大电网对新能源发电的消纳,燃煤发电机组频繁参与深度调峰导致了机组实际负荷与自动发电控制(AGC)指令负荷出现较大偏差。针对这一技术难题,以锅炉及其辅助设备为对象,研究构建了锅炉机组本体及其辅助设备的实际出力模型、应有出力模型和最大出力模型,建立了用以分析评价锅炉机组负荷偏差原因及诊断与预警的分析评价系统,并将该系统在电厂中进行了验证。结果表明:该分析评价系统可有效地对锅炉及其辅助设备的出力故障进行早期预警和诊断,可有效提高机组运行的可靠性、安全性与经济性。

槽式太阳能辅助燃煤发电系统集成方式

针对某600 MW超临界发电机组,提出3种槽式太阳能辅助燃煤机组发电(SAPG)系统的集成方式.第1种为太阳能场并联取代高压加热器,第2种为太阳能场高压串联取代高压加热器,第3种为太阳能场低压串联取代高压加热器.利用Matlab编程建立槽式太阳能辅助燃煤电厂发电的仿真模型,在功率增大模式(PB模式)下仿真计算不同的集成方式热力性能,对3种集成方式下系统的太阳能发电量、光电转换效率、标准煤耗率等指标进行对比分析.结果表明,SAPG系统的3种集成方式随着太阳法向直接辐照度EDNI的增大,太阳能引入规模达到峰值为192.37 MW,太阳能发电量为59.55 MW,光电转换效率达到20.10%,标准煤耗率最低为264.44 g/(kW·h).当EDNI≤482 W/m2时,低压串联的集成方式下太阳能发电量、光电转换效率、标准煤耗率等指标均优于高压串联及并联集成的方式;当EDNI≥482 W/m2时,并联集成方式的热力性指标均优于其他2种集成方式,高压串联的集成方式热力性能指标最低.

利用热网蓄能辅助供热机组调频的控制研究

随着如风电、太阳能等可再生能源的并网,使得火电机组需要进行深度调峰且快速响应调度指令。然而,传统的负荷调节控制方法难以使得机组应对调度指令的频繁变化。火电机组热网包含着大量的管道与热力设备,它们均具有很强的蓄热能力,合理利用其蓄热可在短时间内提升机组负荷响应速度。针对上述问题,对利用热网蓄能辅助供热机组负荷调节进行了研究,并设计了基于调度指令与负荷响应偏差的协调控制系统。仿真结果表明,所设计的协调控制系统能够提高机组负荷响应调度指令的能力,且保证供热压力的稳定。

燃用高硫煤锅炉空预器选型分析

为有效解决2×660MW燃用高硫煤超超临界机组空预器堵塞问题,研究了回转式空预器和管式空预器特性,分析了机组特点,提出了回转式空预器和管式空预器两级换热器串联方案,并探究了该方案对机组锅炉效率的影响。研究表明,相比于常规回转式空预器方案,采用回转式空预器和管式空预器两级换热器串联方案时,回转式空预器的出口排烟温度高于烟气酸露点,有效解决了机组空预器腐蚀堵塞问题,同时在保证设备安全下使锅炉效率提高1%。

可解释的变负荷下燃煤机组SCR反应器入口NO_(x)质量浓度预测模型

燃煤电厂灵活调峰过程NO_(x)测量往往存在滞后现象,导致选择性催化还原(selective satalytic reduction,SCR)脱硝喷氨控制系统响应不及时,易造成喷氨量过高或过低,从而造成SCR反应器出口NO_(x)质量浓度波动剧烈和氨逃逸率增大。为实现喷氨阀门的提前快速调节并考虑影响燃煤锅炉NO_(x)排放量的因素存在耦合性,提出了一种基于卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)和长短时记忆(long short-term memory,LSTM)神经网络混合模型的SCR反应器入口NO_(x)预测模型。利用一台330 MW燃煤电站锅炉的运行参数,通过Pearson系数法计算特征变量之间的相关性,筛选出相关性较大的特征,并定义模型的输入矩阵和输出矩阵,采用随机搜索算法进行优化,以提高预测性能。进一步利用SHAP算法对黑箱模型进行解释,并通过Simulink仿真验证了带有NO_(x)预测的控制效果。结果表明:CNN-LSTM预测模型在调峰负荷变化时,能够以较高的精度预测SCR反应器入口NO_(x)质量浓度的变化,并能提前25s为喷氨控制系统提供反馈;优化后的喷氨控制策略降低了出口NO_(x)质量浓度与设定值间的标准差(降低28%),并提升了NH_(3)/NO_(x)的响应速度,减小最大氨逃逸量22%。该研究结果可为灵活调峰机组的智慧SCR脱硝技术及燃烧优化提出有效的指导。

330 MW循环流化床锅炉深度调峰技术

为推进“双碳”政策的实施,消纳波动性较强的新能源并网发电,当前对火电机组的深度调峰要求越来越高。循环流化床(circulating fluidized bed,CFB)锅炉机组在深度调峰低负荷运行工况有着先天优势,但实现20%以下的超低负荷运行依然面临众多的困难,如炉内流化的稳定性、氮氧化物的排放及炉内局部超温带来的安全性等问题。以某330 MW CFB锅炉的深度调峰技术应用为例,介绍了输煤筛分破碎系统、风帽节流圈、下二次风管等机组部件的改造,并配合烟气再循环等技术应用,成功实现了18%的超低负荷深度调峰运行,同时也很好地控制了NOx的排放。最后总结了CFB机组超低负荷深度调峰技术的关键点和难点,对深度调峰运行带来的潜在问题进行了分析,并提出了相应的解决措施。研究结果具有重要的工程借鉴作用。

前置暖风器电站锅炉烟气余热回收系统多参数设计与变工况运行策略

针对前置暖风器烟气余热回收系统,建立了多参数设计优化与变工况特性计算模型,开展了系统的多参数优化,并提出了运行参数控制策略。结果表明:多参数优化后系统在设计工况下的节煤率为3.67 g/(kW·h);多参数优化后的系统在变工况下虽能保持较高的节煤率,但系统的安全性受到环境温度和负荷的严重制约;采用所提出的控制策略可使系统在100%额定负荷下,安全运行的环境温度下限从24℃扩展至-3℃,显著提高了系统优化的综合效果。

煤电行业建设项目碳排放环境影响评价技术方法研究:以黄河流域为例

煤电行业是黄河流域内二氧化碳和大气污染物排放的主要来源,将煤电行业碳排放影响评价纳入环境影响评价体系,能够有效助推黄河流域实现减污降碳协同增效.本文以煤电行业碳排放主要影响因素为基础,设计了能够涵盖碳排放全过程的评价指标体系,并结合先进技术、标准规范要求等设定差异化评价基准,构建以约束评价为主、兼顾指导性评价的评价方法,并采用评价方法中的核心评价指标碳排放绩效,对黄河流域现役煤电机组和“十四五”期间新增煤电机组进行碳减排潜力分析.结果表明,通过优化项目设计可实现流域内现役煤电机组碳排放量下降12.7%,“十四五”期间新建煤电机组碳排放增量下降27.1%,其中新增煤电机组装机占比较高的内蒙古自治区、陕西省可实现新增煤电机组碳排放分别下降30.7%和23.0%.研究显示,黄河流域内碳减排潜力大,建议针对黄河流域内碳排放绩效水平较差的特点,从燃煤小机组淘汰、低碳清洁燃料替代等方式推动煤电行业综合治理,建立协同技术相关指标数据管理台账,出台火电行业碳排放影响评价指南,为煤电行业新增建设项目减污降碳协同增效提供有力有效的政策工具.

燃煤机组过热汽温宽负荷模型前馈控制

为了对燃煤机组过热汽温宽负荷运行时进行更精确地前馈控制,提出一种基于物理引导神经网络(PGNN)的预测前馈信号模型,并基于间隙度量法确定了多模型的负荷段分配。多模型间隙度量PGNN预测方法采用多模型间隙度量方法对负荷区段进行合理划分,结合过热器机理引导的长短期记忆神经网络,可以对强耦合、大惯性的过热汽温宽负荷前馈信号进行精准预测。结果表明:在机组宽负荷运行时,随着负荷降低控制对象的非线性程度逐渐增强,需要更多的模型数量,采用多模型间隙度量PGNN前馈控制方法可以在不同工况下采用与当前工况相适应的前馈信号,有效提升过热汽温的调节精度和稳定性。

辅助燃煤机组AGC调节的熔盐电加热器动态性能研究

燃煤机组耦合熔盐电加热器系统可大幅提升其调频调峰能力。基于Modelica语言建立了熔盐电加热器的动态模型并完成了试验验证,揭示了熔盐电加热器在熔盐流量扰动和机组自动发电控制(AGC)负荷扰动下的动态特性。基于其动态特性提出了“前馈+PID”调节的温度控制方法,计算分析了熔盐电加热器辅助燃煤机组AGC调节时的电负荷变化特性和热力参数变化特性。研究结果表明,配置10 MW熔盐电加热器可使660 MW燃煤机组AGC变负荷速率提升340%,且所提控制方法能够维持电加热器热力参数的稳定。

燃煤机组脱硫浆液循环泵定频运行控制策略优化及节能分析

为消纳可再生能源大规模并网发电,燃煤发电机组的调峰调频任务剧增,长时间处于深度调峰和变负荷过程,导致湿法烟气脱硫系统的性能下降、厂用电率大幅上升。为此,建立了超超临界660 MW燃煤发电机组的动态模型及基于双膜理论的湿法脱硫系统动态模型;模拟了变负荷过程中不同工况点切换浆液循环泵时脱硫系统的性能,发现变负荷过程中浆液和烟气流量的精准匹配可使脱硫系统在满足SO2排放的前提下实现最小的电能消耗;进一步,获得了变负荷过程中浆液循环流量阶跃变化时SO2出口质量浓度的预测模型,提出了浆液循环泵定频运行优化控制策略,可实现变负荷过程中浆液与烟气流量的最佳匹配;最后,分析了优化控制策略的节能潜力。研究结果表明:75%THA~50%THA降负荷过程中,变负荷速率为1.0%、1.5%和2.0%Pe/min,分别可节能20.12%、21.52%和22.82%;而在升负荷过程中,分别可节能10.04%、9.90%和8.66%,变负荷过程中烟气流速变化的差异是造成降负荷和升负荷过程中节能潜力不同的根本原因。

与燃煤机组耦合的液化空气储能系统技术经济分析

液化空气储能(liquefied air energy storage, LAES)因其存储规模大和不受地理条件限制的独特优势,可参与现有燃煤机组的调峰改造,以推进新型电力系统的建设发展。为此提出一种与燃煤机组耦合的新型LAES系统,并且建立耦合系统的热力学模型和经济性模型,分析储能容量变化对耦合系统的影响。结果表明:与某670 MW燃煤机组耦合时,可以综合考虑选择44.2 MW/176.8 MW·h的液化空气储能系统。在燃煤机组的3种低负荷(30%THA、40%THA和50%THA)工况下,耦合运行的LAES系统的往返效率在51%左右,比单独运行的LAES系统高出大约9个百分点。耦合运行的LAES系统的投资收益率接近10%,14 a之内可实现投资回收。敏感性分析显示增大峰谷电价差有利于提升系统的经济性能。