在新一輪電力體制改革和供給側結構性改革的雙重背景下，電力行業(yè)迎來了產業(yè)格局的深度調整，而這些，在火電行業(yè)中表現得最為明顯。做為曾經撐起發(fā)電產業(yè)半壁江山的火電，正面臨著巨大的考驗。

去產能劍指煤電

2016年年初，國家發(fā)改委、能源局緊急發(fā)文，叫停燃煤火電建設，涉及裝機超183GW;2017年8月，16部委聯合發(fā)布文件，要求全國停建和緩建煤電產能1.5億千瓦，淘汰落后產能0.2億千瓦以上，涉及煤電項目94個。有預測認為，如果按照2016年的煤電建設速度，到2020年時，全國電力系統(tǒng)平均備用率將高達52%，煤電過剩規(guī)?？赡苓_到2.4億千瓦，過剩局面會進一步加劇。

2017年上半年，在需求持續(xù)回暖及水電來水偏枯共同作用下，發(fā)電量明顯增速?；痣娦袠I(yè)新增裝機規(guī)模大幅減少，然而火電行業(yè)的虧損沒有止卻在顯著加劇，而其中原因則是來自于煤炭成本的居高不下。2017年6月16日，國家發(fā)改委適時出手，下發(fā)《關于取消、降低部分政府性基金及附加合理調整電價結構的通知》，通知中稱，合理調整電價結構，取消部分政府性基金，由此騰出的電價空間用于提高燃煤電廠標桿上網電價，緩解燃煤發(fā)電企業(yè)經營困難。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)布了半年報業(yè)績預告，十四家火電企業(yè)中五家虧損，凈利潤下降幅度均在50%以上，其中降幅最高的新能泰山降幅達484%……

一組組數據無情地揭示了現今火電企業(yè)的窘況。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)擴大，不斷推進的直接交易使得發(fā)電企業(yè)交易電價大幅降低。內憂外患之下，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

應該清楚地看到，目前，中國稀缺的不是發(fā)電能力，而是調峰能力，過去要求火電安全、穩(wěn)定、高效、清潔，現在我們還需要彈性、靈活性來調節(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”期間我國明確提出，將實施2.2億千瓦燃煤機組的靈活性改造，使機組具備深度調峰能力。今年6月28日和7月14日，國家發(fā)展改革委、國家能源局先后印發(fā)《關于下達火電靈活性改造試點項目的通知》以及《關于印發(fā)<可再生能源調峰機組優(yōu)先發(fā)電試行辦法>的通知》，公布了22個試點項目約18吉瓦裝機容量的火電機組，一場煤電機組靈活性改造、煤電機組調峰能力提升工程攻堅戰(zhàn)就此打響。

對于很多火電機組來說，機組的靈活性將成為今后重要的考量，未來火電機組的一大部分收入將來自于調峰和輔助服務(和長期合同市場也有關系)，五大集團對發(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技術的革命，更是對我國能源技術創(chuàng)新的一場嚴峻考驗。

那么燃煤電廠的火電靈活性改造，主要包括哪些?

運行靈活性：深度調峰(低負荷運行)，快速啟停，爬坡能力強;對于熱電機組實現熱電解耦。

燃料靈活性：煤種適應力強，摻燒生物質例如秸稈、木屑等。

提高火電靈活性，包括改善機組調峰能力、爬坡速度、啟停時間等多個方面。目前，我國純凝機組在實際運行中的調峰能力一般為額定容量的50%左右，典型的抽凝機組在供熱期的調峰能力僅為額定容量的20%。通過靈活性改造，預期將使熱電機組增加20%額定容量的調峰能力，最小技術出力達到40%-50%額定容量;純凝機組增加15%-20%額定容量的調峰能力，最小技術出力達到30%-35%額定容量。通過加強國內外技術交流和合作，部分具備改造條件的電廠預期達到國際先進水平，機組不投油穩(wěn)燃時純凝工況最小技術出力達到20%-25%。

靈活性改造給電廠帶來的挑戰(zhàn)

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

勿庸質疑，靈活性改造會給電廠發(fā)展帶來的好處頗多，但是在具體實施過程中，也絕非一朝一夕能夠實現。

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

針對低負荷穩(wěn)燃，煤粉鍋爐在設計時對鍋爐最低不投油穩(wěn)燃能力有一定要求，相關設計標準規(guī)定：根據不同燃燒方式和不同煤中揮發(fā)分，鍋爐最低穩(wěn)燃負荷率在30%至60%之間。但機組考核往往以設計煤種為準，鍋爐實際運行中，煤質多變，多煤種摻燒現象已十分普遍。要保證機組在低負荷甚至超低負荷(30%以下)下長期穩(wěn)定運行，必須對燃燒系統(tǒng)做調整。目前比較主流的低負荷穩(wěn)燃技術方案有：燃燒器結構優(yōu)化改造、磨煤機分離器的優(yōu)化改造、利用機組原有的等離子點火裝置、利用微油或小油槍點火裝置、利用富氧燃燒技術等。

一、燃燒器結構設計：實際運行中，運行煤種往往存在偏離設計煤種現象。在鍋爐高負荷工況下可能還難以感受到對燃燒穩(wěn)定性的影響，但低負荷工況下這種影響就會表現得很明顯。燃燒器結構優(yōu)化設計得當，比如重新調整一次風間距，調整一二次風比例以及燃燒器二次風和燃盡風分配，不過這種優(yōu)化可能會以犧牲一些低氮效果為代價，需要做好平衡。

二、磨煤機分離器：煤粉細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。煤粉細度及均勻性與磨煤機、煤粉分離器有著直接關系，在大量運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，因其對煤粉細度的調節(jié)范圍十分有限，故可對其分離器進行改造，更換為調節(jié)性能更好的動靜態(tài)組合式分離器。由于煤質的不確定性，一臺磨煤機不可能適用于所有煤種，雖然可以選擇幾種代表性較強的煤種或混煤，分別作為各臺磨煤機的優(yōu)化設計依據，但多樣化設計明顯增加了投入成本和改造周期。

三、等離子點火系統(tǒng)：因為該系統(tǒng)具有低負荷穩(wěn)燃的特點，點火時只需提供電能，所以比傳統(tǒng)燃油點火更節(jié)能。而缺點是，等離子點火系統(tǒng)本身主要為點火使用，因其核心組件陰極和陽極的壽命僅數百小時，因此很難長期用于助燃。同時因其點火溫度高達5000℃以上，長期運行很容易導致燃燒器噴嘴燒損，其周圍也容易導致結焦，而且作為低負荷穩(wěn)燃層的等離子層一旦故障，因無其他穩(wěn)燃備用層會導致機組非計劃停爐。

四、利用微油或小油槍點火裝置：微油或小油槍助燃，其系統(tǒng)構成與原理同等離子類似，該技術是一種近年來在新建電廠中廣泛采用的節(jié)油點火技術，因其點火適用煤種范圍比等離子寬泛，點火可靠性較高，投資成本比等離子要低，但微油系統(tǒng)需要設置單獨的油罐(尤其微油長期助燃時)，還要考慮相關的防火防爆要求。若將微油或小油槍作為一種鍋爐長期低負荷運行的助燃方式，需要著重考慮運行經濟性和未燃盡油霧在尾部煙道和除塵器中再燃的風險。

五、富氧燃燒技術：是將含氧量高于21%的空氣送入鍋爐參與燃燒，該技術使鍋爐燃燒具有低過量空氣系數，較高的燃燒溫度和燃盡度，減少了CO和NOx的排放。不過富氧燃燒的缺點是，會導致煙氣中汞含量略有提高。盡管如此，該技術在低負荷穩(wěn)燃方面依然表現出明顯的優(yōu)勢，然而，該技術并未得到大規(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，以防水冷壁高溫腐蝕和迅速結焦。據了解，市場上已經有類似的產品可供選擇。

基于低負荷燃燒過程的復雜性，以上涉及到的燃燒器結構優(yōu)化、磨煤機改造、等離子、微油或小油槍助燃等技術，如與鍋爐燃燒優(yōu)化的相關技術配套應用，將能更好地達到靈活性效果。

鍋爐的燃燒優(yōu)化主要是通過調整鍋爐的燃煤供給以及優(yōu)化配風，從而在保證穩(wěn)定著火、安全燃燒的基礎上，使鍋爐運行經濟性提升到最高狀態(tài)，最大可能地減少污染物排放。目前燃燒優(yōu)化涉及到的相關技術主要包括檢測技術、調整技術、理論建模技術等。在靈活性改造中，燃燒檢測技術和燃燒調整技術更具有切實可行的實際應用意義。

就燃燒檢測技術而言，利用測量儀表和設備來監(jiān)測影響鍋爐燃燒的重要參數(如煙氣含氧量、一次風粉、二次風速、煤質、火焰圖像、飛灰含碳量等)來指導調節(jié)燃燒已經成為主流。但由于測量儀表的精度低、穩(wěn)定和可靠性差而導致的測量誤差等問題，直接限制了這一技術在燃燒優(yōu)化方面發(fā)揮作用。因此測量儀表的精準度和品質問題是目前燃燒檢測技術亟待解決的發(fā)展瓶頸。

談到燃燒優(yōu)化調整技術，這是在當前煤價高，電廠盈利微薄甚至虧損的形勢下，必須重視起來的一項技術。它可以通過優(yōu)化調整鍋爐燃燒試驗，來找到合理的風煤配比，從而得到最佳的控制方案，以指導運行。調整技術需要的試驗過程一般較費時費力，目前只在新投產機組或更換燃燒設備、燃料種類等情況下被應用。但是，燃燒優(yōu)化調整技術有硬件費用低、維護工作量小的特點，如果能與檢測技術相結合，形成一套先進閉環(huán)策略的控制系統(tǒng)，必將得到更大范圍的應用。

低負荷穩(wěn)燃技術和鍋爐性能優(yōu)化是電廠靈活性改造的一個重要技術組成部分。對于低負荷脫硝，其最大問題在于機組低負荷運行時，省煤器出口煙溫低于下游SCR系統(tǒng)(一種主流脫硝技術)催化劑所需溫度(310～420℃)，造成SCR無法正常投運，影響鍋爐NOx達標排放。目前解決低負荷煙溫偏低的技術主要包括省煤器給水旁路、省煤器再循環(huán)、省煤器分級、煙氣旁路。

省煤器給水旁路：在省煤器進口前設置調節(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，且在旁路流量過高時導致省煤器過熱損壞。

省煤器再循環(huán)：將省煤器出口的熱水再循環(huán)引至省煤器進口，提高省煤器進口水溫，從而提高省煤器出口煙溫。該系統(tǒng)既有再循環(huán)泵等轉動機械，又有容器罐等壓力容器，還需設置閥門進行調節(jié)，增加了給水阻力，系統(tǒng)比較復雜。雖與省煤器給水旁路技術相比，提高煙溫的幅度較大，但會導致可靠性降低，在實際工程中采用的并不多。

省煤器分級：將原先位于尾部煙道的部分省煤器(位于SCR前)拆除，根據熱力計算結果，在SCR后新加一部分省煤器，鍋爐給水先經過SCR后新加的省煤器，再經連接管道進入SCR前的省煤器，通過提高SCR前省煤器的入口水溫，減少SCR前省煤器對煙氣的吸熱量，最終達到提高SCR入口煙溫的目的。該技術工程上運用較多，已比較成熟，不過其投資成本較高。

煙氣旁路：在省煤器進口煙道上開孔，在低負荷時抽一部分煙氣避開省煤器直接接至省煤器出口煙道，另一部分煙氣通過省煤器冷卻也進入省煤器出口煙道，冷熱煙氣在煙道內混合，使其溫度滿足低負荷時SCR對煙溫的要求。該系統(tǒng)在設計時需同時考慮煙道的合理布置、膨脹、支吊等問題。該方案的優(yōu)點是系統(tǒng)簡單，增加設備少，但也有明顯的缺點，機組高負荷撤出旁路時，旁路擋板在高溫下極易變形，產生內漏，導致排煙溫度升高，影響鍋爐經濟型。

上述諸多均為靈活性改造涉及到的技術應用，總而言之靈活性改造技術路線多、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的路需要走，這項系統(tǒng)而繁瑣的工程，需要火電廠究其關鍵，最大可能地選擇適配于本廠實際的改造才是王道。