摘要：近年来，随着CFB机组单台容量的增大，电网对大型CFB机组参与电网调峰提出了要求。而CFB机组由于其自身的特点，在目前的自动控制水平下，其负荷响应速度比较慢，不能满足电网要求的AGC速率。本文针对这一矛盾，分析了CFB机组的负荷调节特性，提出了大型CFB机组参与电网调峰的几点看法。 关键词：CFB 调峰 负荷响应 两班制 压火 The Considerations of Large CFB Units Being Concerned with Peak Load Regulation of Power Grid Abstract：Along with the capacity of CFB unit growing up in recent years, the power grid requires the large CFB units to be concerned with peak load regulation. According to the characteristic and the control ability of CFB unit at present, the load ramp rate of CFB unit is slow and can not meet the requirement of AGC rate of power grid. This article analyses the characteristic of load adjustment of CFB unit, and proposes some opinions of large CFB units being concerned with peak load regulation of power grid. Key words: CFB, peak load regulation, load response, two-shift operation, hot shutdown mode
1、问题的提出
近年来，作为一种较为成熟的清洁煤发电技术，循环流化床（CFB）锅炉在世界上得到了广泛应用，单台容量不断增大，尤其在中国CFB机组容量不断增大、数量不断增加，表1为我国已运行或制造厂已接到订单的大型CFB锅炉统计表。前不久四川白马300MW CFB机组通过了168小时试运行，标志着我国30万千瓦燃烧无烟煤CFB锅炉电站设计达到世界领先水平。随着CFB机组单机容量的增加以及所占发电份额的增长，电网要求大型CFB机组也要参与电网的调峰和一次调频。而在目前的自动控制水平下，CFB发电机组的负荷响应速度不能满足电网AGC速率的要求。那么，大型CFB机组如何发挥自身特点参与电网调峰呢？
表1 我国大型CFB锅炉的数量及容量（统计到2006.4.15）
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容量
制造厂 |
300MW |
200MW |
135MW |
100MW |
50MW |
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哈锅 |
7 |
3 |
47 |
10 |
44 |
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东锅 |
5 |
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40 |
17 |
25 |
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上锅 |
8 |
6 |
22 |
1 |
8 |
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济锅 |
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5 |
6 |
5 |
159 |
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武锅 |
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6 |
1 |
7 |
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无锅 |
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18 |
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74 |
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杭锅 |
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1 |
2 |
5 |
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太锅 |
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2 |
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4 |
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小计（台） |
20 |
14 |
142 |
36 |
326 |
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总计（台） |
538 |
2、CFB机组的调节特性
循环流化床(CFB)锅炉很大的一个特点是炉内有大量的床料，一般其静止高度为500mm左右，床料绝大部分是惰性的灼热灰渣，其中可燃物含量只占了很小一部分，床料量一般为锅炉给煤量的数十倍，这些灼热灰渣的循环大大强化了炉内的传热。其次，CFB锅炉炉膛及物料外循环回路敷设了大量的耐火耐磨材料及保温材料。这两者的蓄热量是煤粉锅炉所没有的。因此，相比较而言CFB锅炉的热惯性比煤粉炉更大。CFB锅炉的蓄热量大有利于煤的稳定着火燃烧，使其对煤种的适应性以及低负荷运行能力比较好；但是在锅炉运行过程中，一旦出现停炉或停机故障时，这些蓄热会使水冷壁、过热器及再热器(特别是炉膛内布置的屏式受热面)的金属超温，甚至损坏，而且使停炉检修的冷却时间变长。
正是由于CFB锅炉的上述特点，CFB机组的负荷响应具有大纯迟延、大惯性的特点，目前的自动控制对CFB机组的大纯迟延、大惯性问题解决得还不是很好。当然，这与以前CFB机组容量较小，对电网的影响不大，负荷响应速度要求不高，对CFB锅炉这个对象的认识不够深入有一定的关系。
最近有很多CFB电厂为了满足电网的AGC速率要求，也为了提高机组运行的自动化水平及运行经济性，在CFB机组的自动及协调控制方面做了很多工作。其中，做的比较好的有开封光明发电有限责任公司，该公司有两台135MW CFB机组，通过实施“135MW循环流化床锅炉机组负荷自动控制优化”科技项目后，其自动投入率达到100%、在90MW～135MW范围内变负荷速率达到2MW/min，负荷控制偏差值2MW，汽压控制偏差值：-0.5～0.5MPa。这说明随着对CFB控制特性理解的深入，CFB自动控制水平的不断提高，大型CFB机组的负荷响应速度在一定程度上能够满足电网的AGC速率要求。
CFB锅炉的蓄热量大使得其低负荷运行能力较强，由于大量灼热床料的存在，使得低负荷下煤的稳定着火燃烧得到保证。因此，现在大型CFB机组一般都可以做到带30%负荷不投油稳定运行。所以，与大型煤粉炉机组相比较而言，CFB机组虽然负荷响应速度慢，但是负荷调节范围宽，甚至可以做到不投油启动的两班制运行。
3、CFB锅炉的压火运行特性与两班制运行
压火是CFB锅炉一种正常的停炉方式，一般用于按计划若干小时内再启动的情况。一般压火之前先将负荷降至最低，然后停止给煤，待床温降至900 ℃以下，压火前给煤的挥发分在炉内的残留量基本抽干净后，停止所有风机并关紧风门，使锅炉处于压火状态。压火后如果床温不低于600～650℃，可以直接启动风机，然后控制给煤启动，启动过程中不用投油助燃。一般CFB锅炉压火后热态启动从开始给煤到机组满负荷只需要大约2个小时。CFB锅炉的这种压火运行特性，非常适合于两班制运行方式。
可以设想如果大型CFB机组采用两班制运行方式参与电网调峰：在晚高峰过后，调度可以要求CFB机组减负荷并进入压火运行状态，在压火运行6～8小时后、早高峰前2小时，CFB锅炉开始给煤启动，到早高峰的时候机组带到满负荷。当然，具体的压火、启动时间可以根据电网的需求来适当调整。CFB机组采用两班制运行方式参与电网调峰的最大优点在于：CFB锅炉在压火后再启动的过程中不需要投油助燃，可以做到直接给煤启动运行。这就使得在两班制运行方式下，CFB机组与煤粉炉机组相比，在运行经济性方面具有很大的优势。
4、调峰运行对CFB锅炉的影响
CFB机组参与电网调峰运行后，由于负荷根据电网需求不断变动，因此CFB锅炉的燃烧也将不断改变，而燃烧的不断改变必然会对锅炉的排放产生影响。在升降负荷的过程中，风、煤的加减一定要匹配得好，因此控制系统对风煤的调整变得相当重要，如果在变负荷过程中对风煤的控制不合理，就有可能造成CO、NOx、SO2的排放升高，从而降低CFB机组的环保性能。
很显然，CFB机组参与电网调峰运行，特别是两班制运行后，对锅炉的寿命会产生影响。承压部件、敷设在循环回路的耐磨耐火材料将承受交变应力的作用。对于较薄耐磨耐火材料层，耐磨耐火材料与被敷设的金属材料膨胀系数不同，而对于较厚耐磨耐火材料层，在耐磨耐火材料层的不同深度因其温度不同膨胀也不相同，在参与调峰运行后，这两种情况都有可能引发产生裂纹。造成耐磨耐火材料层的脱落等故障，降低CFB机组的可用率。
5、小结
电网内有核电、水电、风电、火电等不同类型的发电机组，火电也是由常规煤粉炉机组、燃气轮机及CFB发电机组等组成，不同类型的发电机组都各有特点。作为电网的调度者应充分发挥各种类型机组的特点，以达到最终效益的最大化。另一方面，各种类型的机组也要挖掘自己的潜力尽量满足电网的需求。对于大型CFB机组参与电网调峰应该考虑以下几个方面：
Ø 首先要充分发挥其负荷调节范围大的特点
虽然在目前的自动控制水平下CFB机组负荷响应速度慢，但其负荷调节范围大，低负荷可以至30%BMCR，甚至可以通过压火方式，实现两班制运行，而且压火后热态启动时，不需要投油助燃。这个特点对调峰运行非常有益。
Ø 其次要肯定CFB机组低排放的社会效益
作为一种较为成熟的清洁煤发电技术，近年来CFB机组得到了很大的发展，机组的可用率、经济性不断提高，是国家大力发展的、很有前途的一种清洁煤燃烧技术。CFB机组的电价要与安装了尾部烟气脱硫和采用了低氮燃烧技术的煤粉炉机组相比较，才能体现出其优越性。
Ø 要推动CFB机组自动控制技术的发展
CFB机组由于燃烧方式的独特性，锅炉对负荷响应的纯迟延、大惯性的特点，给机炉协调控制系统控制策略的设计及控制参数的整定带来很大难度。因此，一方面要给予CFB机组发展的空间，另一方面，也要加深对CFB机组控制特点的认识，提高CFB机组的自动控制水平，使其负荷响应速度等指标满足电网的需求。
参考文献：
1. 刘德昌 循环流化床锅炉的最新研究与发展 CFB机组技术、设备改造及节能技术经验交流会，开封 2006.4
2. 姚大林 135MW循环流化床锅炉自动控制优化简介 CFB机组技术、设备改造及节能技术经验交流会，开封 2006.4
来源：华东电力试验研究院
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