在新一輪電力體制改革和供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的雙重背景下，電力行業(yè)迎來(lái)了產(chǎn)業(yè)格局的深度調(diào)整，而這些，在火電行業(yè)中表現(xiàn)得最為明顯。做為曾經(jīng)撐起發(fā)電產(chǎn)業(yè)半壁江山的火電，正面臨著巨大的考驗(yàn)。

去產(chǎn)能劍指煤電

2016年年初，國(guó)家發(fā)改委、能源局緊急發(fā)文，叫停燃煤火電建設(shè)，涉及裝機(jī)超183GW;2017年8月，16部委聯(lián)合發(fā)布文件，要求全國(guó)停建和緩建煤電產(chǎn)能1.5億千瓦，淘汰落后產(chǎn)能0.2億千瓦以上，涉及煤電項(xiàng)目94個(gè)。有預(yù)測(cè)認(rèn)為，如果按照2016年的煤電建設(shè)速度，到2020年時(shí)，全國(guó)電力系統(tǒng)平均備用率將高達(dá)52%，煤電過(guò)剩規(guī)?？赡苓_(dá)到2.4億千瓦，過(guò)剩局面會(huì)進(jìn)一步加劇。

2017年上半年，在需求持續(xù)回暖及水電來(lái)水偏枯共同作用下，發(fā)電量明顯增速。火電行業(yè)新增裝機(jī)規(guī)模大幅減少，然而火電行業(yè)的虧損沒(méi)有止卻在顯著加劇，而其中原因則是來(lái)自于煤炭成本的居高不下。2017年6月16日，國(guó)家發(fā)改委適時(shí)出手，下發(fā)《關(guān)于取消、降低部分政府性基金及附加合理調(diào)整電價(jià)結(jié)構(gòu)的通知》，通知中稱，合理調(diào)整電價(jià)結(jié)構(gòu)，取消部分政府性基金，由此騰出的電價(jià)空間用于提高燃煤電廠標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)，緩解燃煤發(fā)電企業(yè)經(jīng)營(yíng)困難。然而，火電虧損的局面似乎并未得到改善，截至8月15日，A股有十四家火電上市企業(yè)發(fā)布了半年報(bào)業(yè)績(jī)預(yù)告，十四家火電企業(yè)中五家虧損，凈利潤(rùn)下降幅度均在50%以上，其中降幅最高的新能泰山降幅達(dá)484%……

一組組數(shù)據(jù)無(wú)情地揭示了現(xiàn)今火電企業(yè)的窘?jīng)r。加之在新一輪電力體制改革的大幕下，各地電力直接交易規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，不斷推進(jìn)的直接交易使得發(fā)電企業(yè)交易電價(jià)大幅降低。內(nèi)憂外患之下，火電企業(yè)的發(fā)展舉步維艱……

靈活性改造——火電涅重生之路

應(yīng)該清楚地看到，目前，中國(guó)稀缺的不是發(fā)電能力，而是調(diào)峰能力，過(guò)去要求火電安全、穩(wěn)定、高效、清潔，現(xiàn)在我們還需要彈性、靈活性來(lái)調(diào)節(jié)和吸納高比例的可再生能源，這不僅僅是火電定位的變化，也是火電涅重生的必由之路。

“十三五”期間我國(guó)明確提出，將實(shí)施2.2億千瓦燃煤機(jī)組的靈活性改造，使機(jī)組具備深度調(diào)峰能力。今年6月28日和7月14日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局先后印發(fā)《關(guān)于下達(dá)火電靈活性改造試點(diǎn)項(xiàng)目的通知》以及《關(guān)于印發(fā)<可再生能源調(diào)峰機(jī)組優(yōu)先發(fā)電試行辦法>的通知》，公布了22個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目約18吉瓦裝機(jī)容量的火電機(jī)組，一場(chǎng)煤電機(jī)組靈活性改造、煤電機(jī)組調(diào)峰能力提升工程攻堅(jiān)戰(zhàn)就此打響。

對(duì)于很多火電機(jī)組來(lái)說(shuō)，機(jī)組的靈活性將成為今后重要的考量，未來(lái)火電機(jī)組的一大部分收入將來(lái)自于調(diào)峰和輔助服務(wù)(和長(zhǎng)期合同市場(chǎng)也有關(guān)系)，五大集團(tuán)對(duì)發(fā)電煤耗的單一追求也將有所改變。

火電靈活性改造是一場(chǎng)技術(shù)的革命，更是對(duì)我國(guó)能源技術(shù)創(chuàng)新的一場(chǎng)嚴(yán)峻考驗(yàn)。

那么燃煤電廠的火電靈活性改造，主要包括哪些?

運(yùn)行靈活性：深度調(diào)峰(低負(fù)荷運(yùn)行)，快速啟停，爬坡能力強(qiáng);對(duì)于熱電機(jī)組實(shí)現(xiàn)熱電解耦。

燃料靈活性：煤種適應(yīng)力強(qiáng)，摻燒生物質(zhì)例如秸稈、木屑等。

提高火電靈活性，包括改善機(jī)組調(diào)峰能力、爬坡速度、啟停時(shí)間等多個(gè)方面。目前，我國(guó)純凝機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中的調(diào)峰能力一般為額定容量的50%左右，典型的抽凝機(jī)組在供熱期的調(diào)峰能力僅為額定容量的20%。通過(guò)靈活性改造，預(yù)期將使熱電機(jī)組增加20%額定容量的調(diào)峰能力，最小技術(shù)出力達(dá)到40%-50%額定容量;純凝機(jī)組增加15%-20%額定容量的調(diào)峰能力，最小技術(shù)出力達(dá)到30%-35%額定容量。通過(guò)加強(qiáng)國(guó)內(nèi)外技術(shù)交流和合作，部分具備改造條件的電廠預(yù)期達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，機(jī)組不投油穩(wěn)燃時(shí)純凝工況最小技術(shù)出力達(dá)到20%-25%。

靈活性改造給電廠帶來(lái)的挑戰(zhàn)

火電靈活性提升改造在國(guó)外一些可再生能源并網(wǎng)比例較高的國(guó)家已經(jīng)較為普遍，2016年，歐洲可再生能源發(fā)電量占總發(fā)電量的比重達(dá)到了30.2%;丹麥1995年開(kāi)始推廣火電靈活性，至2015年風(fēng)電占總用電量的42%;2016年，德國(guó)的風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電量占比達(dá)到20%以上。

勿庸質(zhì)疑，靈活性改造會(huì)給電廠發(fā)展帶來(lái)的好處頗多，但是在具體實(shí)施過(guò)程中，也絕非一朝一夕能夠?qū)崿F(xiàn)。

靈活性改造具體路線包含低負(fù)荷穩(wěn)燃、鍋爐燃燒優(yōu)化、低負(fù)荷脫硝、汽機(jī)改造、蓄熱裝置。牽一發(fā)而動(dòng)全身，靈活性改造要涉及鍋爐、汽機(jī)、控制系統(tǒng)的改造，需要先做全廠評(píng)估，再制定具體方案。

針對(duì)低負(fù)荷穩(wěn)燃，煤粉鍋爐在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)鍋爐最低不投油穩(wěn)燃能力有一定要求，相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：根據(jù)不同燃燒方式和不同煤中揮發(fā)分，鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷率在30%至60%之間。但機(jī)組考核往往以設(shè)計(jì)煤種為準(zhǔn)，鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，煤質(zhì)多變，多煤種摻燒現(xiàn)象已十分普遍。要保證機(jī)組在低負(fù)荷甚至超低負(fù)荷(30%以下)下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，必須對(duì)燃燒系統(tǒng)做調(diào)整。目前比較主流的低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)方案有：燃燒器結(jié)構(gòu)優(yōu)化改造、磨煤機(jī)分離器的優(yōu)化改造、利用機(jī)組原有的等離子點(diǎn)火裝置、利用微油或小油槍點(diǎn)火裝置、利用富氧燃燒技術(shù)等。

一、燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：實(shí)際運(yùn)行中，運(yùn)行煤種往往存在偏離設(shè)計(jì)煤種現(xiàn)象。在鍋爐高負(fù)荷工況下可能還難以感受到對(duì)燃燒穩(wěn)定性的影響，但低負(fù)荷工況下這種影響就會(huì)表現(xiàn)得很明顯。燃燒器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)得當(dāng)，比如重新調(diào)整一次風(fēng)間距，調(diào)整一二次風(fēng)比例以及燃燒器二次風(fēng)和燃盡風(fēng)分配，不過(guò)這種優(yōu)化可能會(huì)以犧牲一些低氮效果為代價(jià)，需要做好平衡。

二、磨煤機(jī)分離器：煤粉細(xì)度和均勻性直接影響鍋爐的燃燒狀況，煤粉越粗，越不利于著火和穩(wěn)燃。煤粉細(xì)度及均勻性與磨煤機(jī)、煤粉分離器有著直接關(guān)系，在大量運(yùn)用的中速磨直吹式制粉系統(tǒng)中，較多采用的是靜態(tài)分離器，因其對(duì)煤粉細(xì)度的調(diào)節(jié)范圍十分有限，故可對(duì)其分離器進(jìn)行改造，更換為調(diào)節(jié)性能更好的動(dòng)靜態(tài)組合式分離器。由于煤質(zhì)的不確定性，一臺(tái)磨煤機(jī)不可能適用于所有煤種，雖然可以選擇幾種代表性較強(qiáng)的煤種或混煤，分別作為各臺(tái)磨煤機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)依據(jù)，但多樣化設(shè)計(jì)明顯增加了投入成本和改造周期。

三、等離子點(diǎn)火系統(tǒng)：因?yàn)樵撓到y(tǒng)具有低負(fù)荷穩(wěn)燃的特點(diǎn)，點(diǎn)火時(shí)只需提供電能，所以比傳統(tǒng)燃油點(diǎn)火更節(jié)能。而缺點(diǎn)是，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)本身主要為點(diǎn)火使用，因其核心組件陰極和陽(yáng)極的壽命僅數(shù)百小時(shí)，因此很難長(zhǎng)期用于助燃。同時(shí)因其點(diǎn)火溫度高達(dá)5000℃以上，長(zhǎng)期運(yùn)行很容易導(dǎo)致燃燒器噴嘴燒損，其周?chē)踩菀讓?dǎo)致結(jié)焦，而且作為低負(fù)荷穩(wěn)燃層的等離子層一旦故障，因無(wú)其他穩(wěn)燃備用層會(huì)導(dǎo)致機(jī)組非計(jì)劃停爐。

四、利用微油或小油槍點(diǎn)火裝置：微油或小油槍助燃，其系統(tǒng)構(gòu)成與原理同等離子類(lèi)似，該技術(shù)是一種近年來(lái)在新建電廠中廣泛采用的節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)，因其點(diǎn)火適用煤種范圍比等離子寬泛，點(diǎn)火可靠性較高，投資成本比等離子要低，但微油系統(tǒng)需要設(shè)置單獨(dú)的油罐(尤其微油長(zhǎng)期助燃時(shí))，還要考慮相關(guān)的防火防爆要求。若將微油或小油槍作為一種鍋爐長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行的助燃方式，需要著重考慮運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和未燃盡油霧在尾部煙道和除塵器中再燃的風(fēng)險(xiǎn)。

五、富氧燃燒技術(shù)：是將含氧量高于21%的空氣送入鍋爐參與燃燒，該技術(shù)使鍋爐燃燒具有低過(guò)量空氣系數(shù)，較高的燃燒溫度和燃盡度，減少了CO和NOx的排放。不過(guò)富氧燃燒的缺點(diǎn)是，會(huì)導(dǎo)致煙氣中汞含量略有提高。盡管如此，該技術(shù)在低負(fù)荷穩(wěn)燃方面依然表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)，然而，該技術(shù)并未得到大規(guī)模商業(yè)推廣，在空分系統(tǒng)的大型化方面還有很多工作需要做。因富氧燃燒溫度較高，其火焰溫度需要密切監(jiān)測(cè)，以防水冷壁高溫腐蝕和迅速結(jié)焦。據(jù)了解，市場(chǎng)上已經(jīng)有類(lèi)似的產(chǎn)品可供選擇。

基于低負(fù)荷燃燒過(guò)程的復(fù)雜性，以上涉及到的燃燒器結(jié)構(gòu)優(yōu)化、磨煤機(jī)改造、等離子、微油或小油槍助燃等技術(shù)，如與鍋爐燃燒優(yōu)化的相關(guān)技術(shù)配套應(yīng)用，將能更好地達(dá)到靈活性效果。

鍋爐的燃燒優(yōu)化主要是通過(guò)調(diào)整鍋爐的燃煤供給以及優(yōu)化配風(fēng)，從而在保證穩(wěn)定著火、安全燃燒的基礎(chǔ)上，使鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提升到最高狀態(tài)，最大可能地減少污染物排放。目前燃燒優(yōu)化涉及到的相關(guān)技術(shù)主要包括檢測(cè)技術(shù)、調(diào)整技術(shù)、理論建模技術(shù)等。在靈活性改造中，燃燒檢測(cè)技術(shù)和燃燒調(diào)整技術(shù)更具有切實(shí)可行的實(shí)際應(yīng)用意義。

就燃燒檢測(cè)技術(shù)而言，利用測(cè)量?jī)x表和設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)影響鍋爐燃燒的重要參數(shù)(如煙氣含氧量、一次風(fēng)粉、二次風(fēng)速、煤質(zhì)、火焰圖像、飛灰含碳量等)來(lái)指導(dǎo)調(diào)節(jié)燃燒已經(jīng)成為主流。但由于測(cè)量?jī)x表的精度低、穩(wěn)定和可靠性差而導(dǎo)致的測(cè)量誤差等問(wèn)題，直接限制了這一技術(shù)在燃燒優(yōu)化方面發(fā)揮作用。因此測(cè)量?jī)x表的精準(zhǔn)度和品質(zhì)問(wèn)題是目前燃燒檢測(cè)技術(shù)亟待解決的發(fā)展瓶頸。

談到燃燒優(yōu)化調(diào)整技術(shù)，這是在當(dāng)前煤價(jià)高，電廠盈利微薄甚至虧損的形勢(shì)下，必須重視起來(lái)的一項(xiàng)技術(shù)。它可以通過(guò)優(yōu)化調(diào)整鍋爐燃燒試驗(yàn)，來(lái)找到合理的風(fēng)煤配比，從而得到最佳的控制方案，以指導(dǎo)運(yùn)行。調(diào)整技術(shù)需要的試驗(yàn)過(guò)程一般較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，目前只在新投產(chǎn)機(jī)組或更換燃燒設(shè)備、燃料種類(lèi)等情況下被應(yīng)用。但是，燃燒優(yōu)化調(diào)整技術(shù)有硬件費(fèi)用低、維護(hù)工作量小的特點(diǎn)，如果能與檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，形成一套先進(jìn)閉環(huán)策略的控制系統(tǒng)，必將得到更大范圍的應(yīng)用。

低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)和鍋爐性能優(yōu)化是電廠靈活性改造的一個(gè)重要技術(shù)組成部分。對(duì)于低負(fù)荷脫硝，其最大問(wèn)題在于機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，省煤器出口煙溫低于下游SCR系統(tǒng)(一種主流脫硝技術(shù))催化劑所需溫度(310～420℃)，造成SCR無(wú)法正常投運(yùn)，影響鍋爐NOx達(dá)標(biāo)排放。目前解決低負(fù)荷煙溫偏低的技術(shù)主要包括省煤器給水旁路、省煤器再循環(huán)、省煤器分級(jí)、煙氣旁路。

省煤器給水旁路：在省煤器進(jìn)口前設(shè)置調(diào)節(jié)閥和連接管道，將部分給水直接引至下降管，減少給水在省煤器中的吸熱，以達(dá)到提高省煤器出口煙溫的目的。該方法提高煙溫的效果非常有限，僅為10℃以內(nèi)，且在旁路流量過(guò)高時(shí)導(dǎo)致省煤器過(guò)熱損壞。

省煤器再循環(huán)：將省煤器出口的熱水再循環(huán)引至省煤器進(jìn)口，提高省煤器進(jìn)口水溫，從而提高省煤器出口煙溫。該系統(tǒng)既有再循環(huán)泵等轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，又有容器罐等壓力容器，還需設(shè)置閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，增加了給水阻力，系統(tǒng)比較復(fù)雜。雖與省煤器給水旁路技術(shù)相比，提高煙溫的幅度較大，但會(huì)導(dǎo)致可靠性降低，在實(shí)際工程中采用的并不多。

省煤器分級(jí)：將原先位于尾部煙道的部分省煤器(位于SCR前)拆除，根據(jù)熱力計(jì)算結(jié)果，在SCR后新加一部分省煤器，鍋爐給水先經(jīng)過(guò)SCR后新加的省煤器，再經(jīng)連接管道進(jìn)入SCR前的省煤器，通過(guò)提高SCR前省煤器的入口水溫，減少SCR前省煤器對(duì)煙氣的吸熱量，最終達(dá)到提高SCR入口煙溫的目的。該技術(shù)工程上運(yùn)用較多，已比較成熟，不過(guò)其投資成本較高。

煙氣旁路：在省煤器進(jìn)口煙道上開(kāi)孔，在低負(fù)荷時(shí)抽一部分煙氣避開(kāi)省煤器直接接至省煤器出口煙道，另一部分煙氣通過(guò)省煤器冷卻也進(jìn)入省煤器出口煙道，冷熱煙氣在煙道內(nèi)混合，使其溫度滿足低負(fù)荷時(shí)SCR對(duì)煙溫的要求。該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需同時(shí)考慮煙道的合理布置、膨脹、支吊等問(wèn)題。該方案的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡(jiǎn)單，增加設(shè)備少，但也有明顯的缺點(diǎn)，機(jī)組高負(fù)荷撤出旁路時(shí)，旁路擋板在高溫下極易變形，產(chǎn)生內(nèi)漏，導(dǎo)致排煙溫度升高，影響鍋爐經(jīng)濟(jì)型。

上述諸多均為靈活性改造涉及到的技術(shù)應(yīng)用，總而言之靈活性改造技術(shù)路線多、涉及范圍廣，絕非一日之功，火電廠的靈活性改造依然有很長(zhǎng)的路需要走，這項(xiàng)系統(tǒng)而繁瑣的工程，需要火電廠究其關(guān)鍵，最大可能地選擇適配于本廠實(shí)際的改造才是王道。