王 冠，葉林浩，胡智頻，羅立權(quán)，趙俊杰

（1.國(guó)能浙江北侖第一發(fā)電有限公司，浙江寧波 315800；2.國(guó)家能源投資集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100034）

國(guó)家發(fā)改委、能源局在《關(guān)于開(kāi)展全國(guó)煤電機(jī)組改造升級(jí)的通知》《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》等多份印發(fā)的文件里明確要求大力推動(dòng)煤電節(jié)能降碳改造、靈活性改造、供熱改造“三改聯(lián)動(dòng)”[1-3]。五大發(fā)電集團(tuán)明確表示要立足煤炭作為我國(guó)主體能源的基本國(guó)情，發(fā)揮煤炭和煤電在能源供應(yīng)體系中的基礎(chǔ)保障、安全兜底和主體支撐作用，先立后破，穩(wěn)妥有序推進(jìn)綠色低碳轉(zhuǎn)型[2-5]。在碳達(dá)峰碳中和的時(shí)代背景下，要實(shí)現(xiàn)以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，不僅需要高比例清潔低碳的新能源，還需要煤電機(jī)組發(fā)揮應(yīng)急頂峰的容量支撐、調(diào)峰調(diào)頻的調(diào)節(jié)性作用[3-6]。因此，有必要深入分析適用于燃煤火電廠不同類型機(jī)組的三改聯(lián)動(dòng)技術(shù)改造時(shí)序和方案，促進(jìn)煤電低碳、高效、靈活、安全、智慧化發(fā)展。

文章擬分析燃煤火電廠開(kāi)展三改聯(lián)動(dòng)的典型技術(shù)路線，降低機(jī)組發(fā)電能耗，提高對(duì)外供熱能力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)組深度調(diào)峰、快速爬坡、快速啟動(dòng)等有利于新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的調(diào)節(jié)能力。本研究有助于深入了解燃煤火電機(jī)組三改聯(lián)動(dòng)升級(jí)改造的技術(shù)路線和方案，確保機(jī)組升級(jí)改造后供電煤耗、深度調(diào)峰能力等能達(dá)到國(guó)家發(fā)改委和能源局相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為助力碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)做出積極貢獻(xiàn)。

1 節(jié)能改造技術(shù)

目前，國(guó)家能源集團(tuán)供電煤耗大于300 g/kW·h 的煤電機(jī)組共有247臺(tái)，占全部煤電機(jī)組的65.34%，節(jié)能改造任務(wù)量較大。一般來(lái)說(shuō)，十四五服役到期30a的機(jī)組不參與改造。煤電機(jī)組節(jié)能改造的主要技術(shù)包括以下幾個(gè)方面。

（1）汽輪機(jī)通流改造。采用最新的汽輪機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)對(duì)汽輪機(jī)本體以及配套的熱力系統(tǒng)進(jìn)行改造，提高汽輪機(jī)各缸效率，降低熱耗率。汽輪機(jī)通流提效改造的內(nèi)容包括：高壓缸、中壓缸、低壓缸、軸承座、滑銷(xiāo)系統(tǒng)、頂軸油、主機(jī)油泵等改造。優(yōu)化的技術(shù)指標(biāo)包括：通流級(jí)數(shù)、本體結(jié)構(gòu)、焓降、速比、反動(dòng)度、通流效率等。汽輪機(jī)通流改造后，減少汽缸流道節(jié)流損失、葉型損失、漏汽損失、濕汽損失、排汽損失等，提高缸效和熱功轉(zhuǎn)換效率，機(jī)組供電煤耗平均降低11.7 g/kW·h。

（2）鍋爐提效改造。鍋爐提效改造的技術(shù)包括：制粉系統(tǒng)綜合優(yōu)化改造、燃燒器改造、吹灰系統(tǒng)智能化改造、密封性改造、風(fēng)煙系統(tǒng)改造等。制粉系統(tǒng)綜合優(yōu)化改造技術(shù)包括：中速磨煤機(jī)增容改造，輸出轉(zhuǎn)速提高10 %，出力提高15 %；中速磨煤機(jī)液壓加裝技術(shù)，提高煤粉細(xì)度；中速磨煤機(jī)金屬陶瓷復(fù)合磨輥及磨盤(pán)改造，提高磨組耐磨性，減少石子煤排量，降低磨煤機(jī)單耗。鍋爐空預(yù)器密封改造技術(shù)包括：空預(yù)器柔性密封、空預(yù)器接觸式密封、空預(yù)器疏導(dǎo)式密封等技術(shù)。風(fēng)煙系統(tǒng)改造包括：風(fēng)煙道降阻力優(yōu)化一、二次風(fēng)暖風(fēng)器降阻。

（3）冷端余熱利用改造。鍋爐側(cè)的冷端綜合治理和改造包括：空預(yù)器堵灰治理、基于低溫省煤器的煙氣余熱利用。空預(yù)器治理堵塞，降低阻力，降低鍋爐排煙溫度的技術(shù)包括：更換空氣預(yù)熱器蓄熱片、增加空氣預(yù)熱器高度、增加空氣預(yù)熱器直徑、增加蓄熱片數(shù)量、風(fēng)量分切等防堵改造技術(shù)。汽機(jī)側(cè)的冷端提效改造包括：凝汽器節(jié)能改造、真空系統(tǒng)節(jié)能改造、增大循泵葉輪外徑確保循環(huán)水冷卻流量等。冷端改造后機(jī)組平均煤耗降低3.68 g/kW·h。

（4）發(fā)電機(jī)節(jié)能改造。發(fā)電機(jī)節(jié)能改造技術(shù)包括增設(shè)發(fā)電機(jī)密封油提純裝置，節(jié)約因氫氣純度溫度進(jìn)行的排氫-補(bǔ)氫損耗。

輔機(jī)及輔機(jī)系統(tǒng)綜合提效。輔機(jī)提效改造一般采用的技術(shù)包括：先進(jìn)變頻、永磁、空氣懸浮式風(fēng)機(jī)等，以提高變工況輔機(jī)效率，降低廠用電率。引風(fēng)機(jī)節(jié)能降耗技術(shù)包括：引增合一、變頻、汽動(dòng)引風(fēng)機(jī)及背壓供熱等改造技術(shù)。

（5）高溫亞臨界機(jī)組綜合提參數(shù)改造。通過(guò)更換四管，重新設(shè)計(jì)鍋爐受熱面等，提高機(jī)組的主、再熱蒸汽溫度，提高機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。鍋爐受熱面優(yōu)化的內(nèi)容包括：受熱面布置和參數(shù)的匹配，控制機(jī)組負(fù)荷的變化、給水溫度的擾動(dòng)、煤質(zhì)的變化等影響鍋爐汽溫的重要因素的方法，過(guò)熱器汽水流程再造，再熱器汽水流程再造等。過(guò)熱器局部受熱面布置方式改為逆流方式。目前，國(guó)內(nèi)內(nèi)蒙古岱海電廠1、2 號(hào)機(jī)組、徐州華潤(rùn)電力彭城電廠3 號(hào)機(jī)組已經(jīng)進(jìn)行了高溫亞臨界改造，取得了較好的節(jié)能降耗效果。機(jī)組升參數(shù)提效改造技術(shù)已有成功應(yīng)用范例，國(guó)內(nèi)多家電廠也在進(jìn)行同類型工程研究。高溫亞臨界綜合節(jié)能提參數(shù)改造技術(shù)適用于600 MW 亞臨界機(jī)組，鍋爐蒸發(fā)量一般為1851 t/h，鍋爐出口過(guò)熱蒸汽壓力不變，鍋爐側(cè)主再熱蒸汽溫度由541 ℃/541 ℃提高至605 ℃/603 ℃，汽機(jī)側(cè)主再熱蒸汽溫度由537 ℃/537 ℃提升至600 ℃/600 ℃，溫度提升至超超臨界溫度，機(jī)組容量由600 MW 增至630 MW。

（6）回?zé)嵯到y(tǒng)提效改造。加裝#3高加外置蒸冷、低加疏水優(yōu)化等，提升系統(tǒng)回?zé)嵝省?00 MW 等級(jí)超臨界機(jī)組的三段抽汽溫度可達(dá)450 ℃，過(guò)熱度為250 ℃左右，而三號(hào)高加出水溫度約為204 ℃，進(jìn)水只有180 ℃，由于換熱溫差過(guò)大，不可逆損失大。由于溫差較大，加熱器熱應(yīng)力較大，泄漏的風(fēng)險(xiǎn)更高，從經(jīng)濟(jì)性和安全性考慮，有必要設(shè)置蒸汽冷卻器，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用。在末級(jí)高加出口后增加外置式蒸汽冷卻器，可吸收利用三段抽汽的部分過(guò)熱度，提高給水溫度、改善熱力循環(huán)效率。低負(fù)荷工況下能提升3號(hào)高加運(yùn)行安全性，并使排煙溫度有一定升高，有利于解決低負(fù)荷工況煙氣溫度降低后脫硝效率下降甚至脫硝無(wú)法投運(yùn)的問(wèn)題，改善空預(yù)器和尾部煙道低溫腐蝕問(wèn)題。改造成本約800萬(wàn)元，節(jié)約標(biāo)煤0.5 g/kW·h。

2 供熱改造技術(shù)

國(guó)家能源集團(tuán)十四五期間擬改造項(xiàng)目超過(guò)100項(xiàng)，機(jī)組超過(guò)88臺(tái)，容量大于4 500萬(wàn)kW，增加供熱能力大于1.4萬(wàn)MW。燃煤火電機(jī)組開(kāi)展供熱改造，以提供更大的采暖供熱和工業(yè)供汽能力，實(shí)現(xiàn)能源綜合梯級(jí)利用，增加非電主營(yíng)業(yè)務(wù)收入。煤電機(jī)組的供熱改造技術(shù)包括以下幾個(gè)方面。

（1）低壓缸零出力、微出力改造。在供熱期間切除低壓缸進(jìn)汽，僅保持少量的冷卻蒸汽，使低壓缸在高真空條件下“空轉(zhuǎn)”運(yùn)行，以提高汽輪機(jī)的供熱能力。由于減少了低壓缸排汽的冷源損失，具有較好的供熱經(jīng)濟(jì)性，但對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性差。低壓缸末級(jí)、次末級(jí)葉片因沒(méi)有流動(dòng)進(jìn)汽量，有造成鼓風(fēng)葉片超溫的風(fēng)險(xiǎn)。為適應(yīng)切缸運(yùn)行，將原汽輪機(jī)噴水系統(tǒng)管道擴(kuò)容，以滿足切缸后的排汽冷卻需要。低壓缸切缸改造后相同主進(jìn)汽流量下供熱能力提升15%以上，相同供熱量條件下調(diào)峰能力提升約18%。

（2）高背壓改造。雙轉(zhuǎn)子高背壓供熱改造適用于供熱面積大于600萬(wàn)m2，300 MW 等級(jí)及以下的濕冷機(jī)組。非采暖期，低壓轉(zhuǎn)子采用現(xiàn)轉(zhuǎn)子，凝汽器冷卻水為現(xiàn)循環(huán)水。采暖期，低壓轉(zhuǎn)子更換葉片級(jí)數(shù)相對(duì)少或光軸的轉(zhuǎn)子，以提高排汽背壓和溫度，凝汽器冷卻水切換至熱網(wǎng)回水，由熱網(wǎng)回水吸收排汽的汽化潛熱用于供暖。改造成本約4 000萬(wàn)元，節(jié)約標(biāo)煤60～80 g/kW·h。單轉(zhuǎn)子高背壓供熱改造技術(shù)適用于機(jī)組負(fù)荷率較低，但供熱面積大于600萬(wàn)m2、300 MW等級(jí)及以下的濕冷機(jī)組。低壓通流部分改造、低壓轉(zhuǎn)子采用短葉片，以適應(yīng)機(jī)組高背壓的需求，非采暖期和采暖期同使用一根轉(zhuǎn)子。采暖期，將熱網(wǎng)回水導(dǎo)入凝汽器，吸收排汽的汽化潛熱用于供暖。非采暖期負(fù)荷率較高時(shí)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性較差。改造成本約4 000萬(wàn)元，節(jié)約標(biāo)煤60 g/kW·h。

（3）抽汽供熱改造。供熱面積小于600萬(wàn)m2時(shí)，可在汽輪機(jī)中排管道低壓連通管上安裝三通和供熱蝶閥，抽出低壓蒸汽，供采暖供熱首站。改造成本約300萬(wàn)元，節(jié)約標(biāo)煤5～25 g/kW·h。

（4）吸收式熱泵改造。熱泵改造技術(shù)適用于深度調(diào)峰、供熱面積較大。以機(jī)組供熱抽汽為驅(qū)動(dòng)熱源，蒸汽型溴化鋰吸收式熱泵為主體，回收主輔機(jī)循環(huán)水、主機(jī)乏汽等機(jī)組余熱，加熱熱網(wǎng)回水。原有的熱網(wǎng)加熱器在極寒期調(diào)峰運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)階梯加熱的聯(lián)合供熱模式。熱泵余熱回收系統(tǒng)和熱網(wǎng)加熱器系統(tǒng)可單獨(dú)運(yùn)行、也可串聯(lián)運(yùn)行，運(yùn)行靈活、可靠性高，投切不影響機(jī)組安全運(yùn)行。在發(fā)電負(fù)荷不變時(shí)提高機(jī)組供熱能力，在相同供熱量下可減少機(jī)組電負(fù)荷，從而提高了機(jī)組熱電解耦的能力。改造成本約8 500～9 000萬(wàn)元，節(jié)約標(biāo)煤15～25 g/kW·h。

長(zhǎng)距離供熱改造。一般自熱源廠至主要供熱負(fù)荷區(qū)長(zhǎng)度超過(guò)20 km 的熱水管網(wǎng)稱為長(zhǎng)輸供熱管網(wǎng)，采用大溫差長(zhǎng)距離供熱技術(shù)，可加大供回水溫差，有效提高長(zhǎng)輸供熱系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，降低供熱成本，實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)經(jīng)濟(jì)半徑50 km 以上。在不改變二級(jí)網(wǎng)供、回水溫度的前提下，以一、二級(jí)熱網(wǎng)之間溫差傳熱所形成的有用能為驅(qū)動(dòng)力，采用大溫差余熱回收供熱系統(tǒng)，在大溫差換熱站內(nèi)安裝吸收式換熱機(jī)組，大幅降低一級(jí)網(wǎng)回水溫度至20～25 ℃，一級(jí)網(wǎng)供回水溫差增大至約100 ℃?；厮疁囟鹊慕档陀欣跓嵩磸S余熱回收，熱電廠余熱利用宜采用多級(jí)串聯(lián)梯級(jí)加熱方式，最大程度發(fā)揮熱電廠的供熱潛力。

3 靈活性改造技術(shù)

為了消納更大容量、更高比例的新能源，有必要實(shí)施火電機(jī)組的靈活改造，實(shí)現(xiàn)20 %～40 %額定負(fù)荷的深度調(diào)峰輔助服務(wù)。煤電機(jī)組靈活性改造技術(shù)包括：

（1）低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)。對(duì)燃燒器進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)機(jī)組20 %額定負(fù)荷下，燃燒器穩(wěn)定燃燒。鍋爐的一層或多層燃燒器進(jìn)行等離子體點(diǎn)火改造，在機(jī)組深度調(diào)峰期間，投用后可起到臨時(shí)保證鍋爐穩(wěn)燃的作用。

（2）富氧燃燒技術(shù)。富氧微油點(diǎn)火及穩(wěn)燃系統(tǒng)由富氧微油煤粉燃燒器、油燃燒裝置、供氧系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)組成。該技術(shù)可應(yīng)用于貧煤和無(wú)煙煤的點(diǎn)火及穩(wěn)燃，適合應(yīng)用在燃用可燃性較差煤種以及需要深度調(diào)峰的鍋爐。

（3）提高SCR 脫硝系統(tǒng)入口煙溫。通過(guò)采用濃淡燃燒器、微油點(diǎn)火燃燒器、省煤器水旁路和熱水再循環(huán)等復(fù)合方式，在機(jī)組20 %額定負(fù)荷下提高脫硝入口煙氣溫度，確保脫硝系統(tǒng)、空預(yù)器、電除塵等設(shè)備在全負(fù)荷范圍內(nèi)（20 %～100 % ECR）能夠正常投入。隨著鍋爐負(fù)荷的降低，脫硝入口煙溫也會(huì)同步降低，脫硝催化劑受實(shí)際運(yùn)行工況的影響，溫度降低后將造成催化劑失效。因此需通過(guò)布置零號(hào)高加、煙旁路、水旁路等技術(shù)手段，提高低負(fù)荷下脫硝入口煙溫至不低于設(shè)計(jì)值290 ℃，同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)全過(guò)程自動(dòng)投入，提高控制系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

（4）省煤器分級(jí)技術(shù)。將原有省煤器部分拆除，在SCR 反應(yīng)器后增設(shè)一定的省煤器受熱面。通過(guò)減少SCR 反應(yīng)器前省煤器的吸熱量，達(dá)到提高SCR 反應(yīng)器入口溫度的目的。

4 結(jié)術(shù)語(yǔ)

本研究分析了煤電機(jī)組開(kāi)展三改聯(lián)動(dòng)的主流技術(shù)路線、投資水平及效益指標(biāo)等，以提高煤電機(jī)組的減污降碳、靈活智能、支撐調(diào)節(jié)的能力，更好地適應(yīng)新型電力系統(tǒng)的要求。