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RSS2022年 第9卷 第3期
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2022, 9(3): 1-8.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.001
摘要:
目的 火电机组的一次调频技术是保障电网安全稳定运行的重要内容。 方法 文章评述了当前火电机组一次调频技术、辅助一次调频技术、耦合调频控制策略以及一次调频技术潜在的发展方向。 结果 对于机组一次调频技术主要包括调节阀预节流、可调整回热抽汽调频和凝结水节流调频，其中以凝结水节流调频技术为主；辅助一次调频技术主要基于飞轮储能和蓄电池响应速率快的特点满足机组输入输出需求，并对耦合辅助调频技术的焦点和难点进行了分析；基于调频技术的系统建模及控制策略研究能够使机组参数间的匹配性更为优化。 结论 最后，对比了近年来一次调频技术的应用情况，认为飞轮储能一次调频和滑压运行优化将是其重点发展方向。
2022, 9(3): 9-15.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.002
摘要:
目的 为适应原有火电机组对新能源电力消纳的需求，提高其调峰能力是关键因素之一。 方法 储热系统作为燃煤热电机组“热电解耦”的重要方式，评价其参数匹配性具有工程参考价值。文章采用一种耦合储热装置来增加燃煤机组深度调峰能力的方法，并结合热负荷以及电负荷的功率曲线，对储热装置参数的影响规律展开了系统研究。 结果 结果表明：以区域负荷曲线为典型案例，随着储热罐的储热容量和充放热速率参数的提高，储热系统对机组的热负荷调节能力先逐渐提升并在分别在112.75 MW和129 37 MW·min时达到上限，此时深度调峰参数为77 MW左右；此外，储热容量与充放热速率具有一定的匹配关联，二者中瓶颈因素将直接制约系统的深度调峰性能。 结论 通过对储热和放热边界情景的积分，精确的展示了储热罐在辅助调峰过程的中作用，同时结合其运行策略的优化设计能够进一步分析储热辅助调峰系统的参数匹配关系，为后续火电机组耦合储热系统的参数设计提供参考。
2022, 9(3): 16-28.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.003
摘要:
目的 随着我国“双碳”目标的制定及构建清洁低碳、安全高效现代能源体系的迫切需求，可再生能源在电网中的发电比例将逐年提高。但因其自身的随机性及间歇性特点，可再生能源对电网调峰的贡献极其有限。为了提高对可再生能源的消纳能力，具有良好调峰潜力的煤电机组正担负着电网中基础调节能源的重要角色。其中，燃煤锅炉作为煤电机组的前端核心系统，其低（变）负荷运行性能直接影响着煤电机组的整体调峰能力。 方法 为此，文章从燃煤锅炉低（变）负荷运行过程中的燃烧稳定性、运行可靠性、环保性及经济性需求出发，首先总结了大型燃煤锅炉深度调峰所面临的关键问题，并分别从低（变）负荷运行下的燃烧稳定性、机组运行环保性和经济性、主要辅机适应性和安全性及热电机组的热电解耦四个方面，对目前的主要研究内容及进展进行分析总结。 结果 在此基础上，提出对燃煤锅炉调峰能力深度提升技术的研究及发展展望。 结论 通过文章分析得出，为了发挥燃煤锅炉在提升电网调峰能力方面的先发优势，应从燃煤锅炉的整体系统出发，综合开展主要辅机运行状态监测及评估、燃烧性能关键影响因素研究、过程智能优化控制及预测，从而提升燃煤锅炉在低负荷运行、快速启停及升降负荷过程中的综合性能。
2022, 9(3): 29-40.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.004
摘要:
目的 燃煤电厂的低碳节能路径是缓解我国能源危机与环境污染的重要策略。 方法 文章评述了当前燃煤电厂在燃料供应设计阶段和节能运行维护阶段的低碳节能技术以及低碳技术潜在的发展方向。 结果 对于电厂燃料供应设计阶段的低碳技术应优化生物质/氨与煤的掺烧比例，良好的掺烧比例有利于炉内充分燃烧，降低碳排；电厂节能运行维护阶段吸收技术、吸附技术和气体分离技术是碳颗粒捕集的常用手段，同时储能技术、深度调峰技术、柔性直流供电技术对于CO2减排具有重要作用。 结论 对电厂低碳技术发展进行展望，认为采用综合互补低碳协同方式，并结合电厂运行过程中的监管反馈调控措施，将是促进电厂可持续能源发展的重要发展方向。
2022, 9(3): 41-49.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.005
摘要:
目的 整体煤气化联合循环（IGCC）发电技术是高效、低碳的发电技术，余热锅炉是IGCC的组件之一。文章旨在研究余热锅炉变工况运行特性以提高整体煤气化联合循环发电技术的效率。 方法 通过分析余热锅炉的工作原理及传热传质原理，使用MATLAB软件展开编程计算，探究给水温度、给水压力、液相换热系数以及气相换热系数与余热锅炉内吸热量的关系。 结果 结果发现，当液相换热系数在200～1 000 W/(m2·K)和气相换热系数在20～100 W/(m2·K)范围内时，如果给水温度从30 ℃增加到100 ℃或给水压力增加，余热锅炉的吸热量将不断减少。反之，假设给水温度在30～100 ℃范围内，当液相换热系数从200 W/(m2·K)增加到1 000 W/(m2·K)或气相换热系数从20 W/(m2·K)增加到100 W/(m2·K)时，余热锅炉的吸热量不断增加。 结论 在液相换热系数与气相换热系数不变的情况下，给水温度或给水压力增加，余热锅炉的吸热量会减少；在给水温度与给水压力不变时，液相换热系数或气相换热系数增加，余热锅炉的吸热量会增加。
2022, 9(3): 50-61.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.006
摘要:
目的 随着可再生能源在电网中发电比例的逐年提高，火电机组实际运行参数大幅偏离设计运行参数，将造成烟气中的污染物生成量增加，影响尾部烟气处理设备的正常运行，降低污染物的去除效率及机组运行经济性。 方法 文章聚焦于机组调峰过程中的典型污染物排放规律分析及相应排放控制策略，对氮氧化物、硫化物、挥发性有机物、重金属、颗粒物等排放特性的已有研究成果及进展进行分析总结，具体包括选择性催化还原法脱硝技术、湿法脱硫技术、静电除尘技术、催化氧化技术、吸附控制技术等。 结果 在此基础上，得出当下灵活调峰过程中所采用的控制技术及控制策略，并对各类污染物控制技术的经济性进行对比分析，得出灵活调峰过程中影响污染物排放性能及控制成本的因素。 结论 在燃煤机组灵活调峰的实际需求下，应基于各类污染物自身特性，构建合理的污染物停留时间、工作温区、流动及反应过程，开发适用于多污染物脱除的高效、低成本、适应性强的污染物协同脱除技术及工艺。期望文章内容可以为火电机组灵活调峰过程中的污染物排放控制措施提供一定参考。
2022, 9(3): 62-71.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.007
摘要:
目的 随着新能源电力消费比例不断提高，燃煤机组耦合双储能技术的能源系统发展受到广泛关注。 方法 文章基于能源系统组成、储能技术特性、项目示范情况以及技术瓶颈等方面的分析，针对风电、光伏嵌入下双储能技术耦合燃煤机组参与电力系统调峰应用开展了运行控制策略研究。 结果 双储能技术耦合燃煤机组可通过不同的结构组成、运行策略优化有效解决新能源系统运行稳定性、能源高效利用以及技术经济性等问题，但目前尚未到实现大规模商业化应用阶段。 结论 双储能耦合燃煤机组在新能源系统中的推广应用，需要对双储能技术的策略优化及储能技术本身的发展突破方面不断开展工作。
2022, 9(3): 72-79.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.008
摘要:
目的 为适应新能源电力并网需求，原有抽凝热电联产机组深度调峰供热改造已为重要途径之一。现有包括电热泵和电锅炉在内的热电转换装置为辅助火电机组调峰提供了潜在途径。 方法 以350 MW抽凝机组为例，建立了以热电转换装置辅助调峰参数优化模型，重点分析了热电转换设备参数对深度调峰性能的影响；其次，分别对比了电热泵和蓄热电锅炉两种典型热电转换系统在不同装置容量、不同放热速率下的调峰深度；最后，介绍了300 MW燃煤机组的煤耗率与污染物排放水平，指出本系统的节能效益，并给出热电转换装置的最优参数。 结果 结果显示：当电热泵的热功率为100 MW、放热速率与热功率相匹配也为100 MW时，机组的调峰深度达到最大值，为73 MW左右；当蓄热式电锅炉的电功率为45 MW、放热速率为100 MW时，机组的调峰深度达到最大值，为70.05 MW。蓄热式电锅炉的储热量在24 h中内略有增加，净储热量的数值为967.5 kWh。 结论 功率和放热速率是衡量热电转换装置辅助机组调峰能力的重要参数，且二者之间要有一定程度上的匹配性，针对不同情景灵活匹配热电转换装置的类型与参数可大幅提升机组的调峰深度。
2022, 9(3): 80-87.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.009
摘要:
目的 为实现燃煤发电机组进一步扩大其热电比的需求，结合原有机组特点耦合余热利用技术成为了有效方式之一。现有余热利用技术的适应特点以及调节能力具有较大差异。 方法 综合评述了几种余热回收利用方式，同时对比了其原理、优缺点，并通过介绍常用的评价指标进一步评述了当下余热回收技术的关注点。 结果 对于余热回收利用技术方式，目前主要有烟气余热回收，循环水余热回收，空气源余热回收，工业废气回收等方式。其温度区间分别为120～150 ℃、15～35 ℃、0～60 ℃、300 ℃以下。耦合余热利用技术的评价方法主要包括通过性能评价、经济性评价以及系统参数关联评价，其中以热耗、热效率等评价参数为主。 结论 文章给出了余热回收利用技术的发展方向及相关建议。耦合余热回收利用技术目前主要应用于热泵系统，在未来更高热电比需求下，采用冷端余热供热的低压缸改造技术将成为一大发展重点。
2022, 9(3): 88-93.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.010
摘要:
目的 为了解决目前燃煤机组面临的电负荷与热负荷矛盾突出的问题，保障机组冬季热源供给，有必要进行破除其热电耦合关系的供热改造方案的研究。 方法 对某类型300 MW燃煤机组的两种供热改造方式进行模型分析，比较机组改造前后的供热量等数据，研究符合生产条件的热电解耦供热改造方案。总结出了热电联产机组供热改造的经济效果。 结果 通过文中供热模型分析可知，燃煤机组仅靠抽汽进行供热，受电负荷制约很大，高电负荷时供热量为低电负荷时的2～3倍。当电负荷受限严重时，其供热量无法满足冬季供热需求。但机组经过高背压改造、切缸改造后，调峰能力增强，相同电负荷下其供热量增加到原来的3～4倍，有效解决了这一问题。 结论 文章研究成果对今后相同类型的燃煤机组供热改造具有借鉴意义。
2022, 9(3): 94-101.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.011
摘要:
目的 随着人工智能技术的发展，基于智能优化算法的燃烧优化方案层出不穷，如GA、PSO、FPA等，这些方案各有优缺点。依托智慧电厂平台开发实时燃烧优化系统时，需要权衡选择最佳技术方案。 方法 针对传统TOPSIS法的权重赋值主观性较强的问题，提出了最优权重融合法对其进行改进，并利用改进TOPSIS法建立了火电机组智能燃烧优化方案评价体系。从优化效果、优化周期、可靠性三个方面对GA、AGA、PSO、FPA、CSO和GSA六种方案进行综合评价。 结果 结果表明：经过MCD指标分析体系和与传统方法对比的双重验证，改进TOPSIS法的赋权与MCD指标重要性排序一致，相比于传统TOPSIS法更能辨别出各方案的优劣，其结果更符合实际生产过程的要求，具有客观性强、准确性好的优点。 结论 文章研究成果可以为火电机组燃烧优化方案的抉择提供有价值的参考。
2022, 9(3): 102-110.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.012
摘要:
目的 “碳达峰、碳中和”目标要求现有能源结构进行深刻变革。提高原有燃煤热电联产机组灵活调节能力是保障新能源电力安全并网的重要内容之一。 方法 分别从燃煤热电联产系统灵活调节需求、潜在储能应用现状以及耦合储能技术的发展方向等方面进行了评述。 结果 分析认为深度“热电解耦”仍是提高燃煤热电联产系统的关键内容。其次，为满足“源–荷”匹配性，储能技术将在燃煤热电联产系统中发挥重要作用，其中具有应用潜力的储能技术主要包括储热、蓄电以及飞轮储能。 结论 最后根据燃煤热电联产机组耦合储能技术的应用特点，提出了储能性能老化、新能源消纳、扩容区域热电负荷中长期变更、初投资与回收期的经济性分析四个方面的建议以及需要注意的相关问题。
2022, 9(3): 111-118.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.013
摘要:
目的 为有效提高循环效率，整体煤气化联合循环（Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC）发电系统因其自身所具备的热效率高、污染小、运行灵活等优势得到广泛关注。余热锅炉与蒸汽轮机共同构成了联合循环系统的底循环。 方法 文章主要采用能量平衡和热力学计算公式，运用MATLAB进行建模运算，研究了蒸汽流量、给水温度、过热蒸汽温度和再热蒸汽温度的变化对蒸汽轮机的输出功率、热效率和蒸汽总吸热负荷的影响，同时在稳态运行的条件下，对底循环的工作原理和传质传热流程进行分析。 结果 结果表明：增加高压蒸汽流量，减小低压蒸汽流量，可以在具有较高热效率前提下，使蒸汽轮机输出更高的功率。在优化运行参数下，吸热负荷比参考工况减小了45.7 kW，热效率由23.82%增至26.92%。 结论 高压过热蒸汽和再热蒸汽的温度升高，蒸汽轮机系统热效率越高，但吸热负荷和输出功率变化幅度很小，可适当提高高压过热蒸汽和再热蒸汽的温度，有利于提高蒸汽轮机的热效率。而给水温度升高时，输出功率不随给水温度发生变化，而蒸汽吸热负荷会随着给水温度的升高而降低。给水温度越高，蒸汽所需热负荷就越小，有利于减少热能的输入而提高蒸汽轮机的热效率。
2022, 9(3): 119-126.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.014
摘要:
目的 双碳目标的提出增加了新能源电力嵌入的必要性，为了研究提高机组灵活性的方法，文章对飞轮储能技术及其耦合发电机组的相关研究进行了详细介绍。 方法 文章概括总结了飞轮储能的工作原理、研究现状与成果以及应用难点与措施，分析了研究飞轮储能的系统建模与运行策略的具体方法，并对飞轮储能分别耦合火力发电、风力发电以及太阳能发电的原理与应用特点进行了重点分析。 结果 我国的飞轮储能系统研究已经取得较为先进的成果，并且形成了一套有效的研究方法，在飞轮储能技术耦合多能源发电机组方面也进行了一定的研究。 结论 在当今环境下，飞轮储能技术耦合多能源发电机组已经成为研究趋势与重点，本文所总结内容为后续飞轮储能技术的应用提供了参考。
2022, 9(3): 127-133.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.015
摘要:
目的 在“双碳”背景下，IGCC技术耦合低成本燃烧前CO2捕集技术具有较大的应用潜力。 方法 文章首先综述了近年来IGCC发电系统的研究现状以及开拓研究的重点方向，其次分别从燃料多样性、系统形式的优化设计以及系统仿真软件应用等三个方面评述了现有研究的特点以及相关优化建议，最后着重介绍了结合“双碳”背景下IGCC发电系统进行深度优化的潜在优势，进而对IGCC发电系统进行了展望，重点分析了多能耦合及储能技术的应用前景与数值模拟在IGCC系统优化方面的优势。 结果 结果表明：通过多能耦合系统、多联产系统等方式，新型IGCC发电系统在低碳领域发展潜力巨大。 结论 研究结果将对IGCC发电系统的进一步研究研究提供了参考。
2022, 9(3): 134-139.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.016
摘要:
目的 集中供汽的普及促使许多大型燃煤电厂开展了一系列供热改造，如何经济合理地选择供热改造技术是行业和企业普遍关注和深入研究的重点。 方法 文章以某电厂350 MW抽凝机组实施中压蒸汽供热改造为例，通过供热改造技术方案比选、水力计算分析来确定改造的技术路线。 结果 分析结果表明压力匹配器方案受机组抽汽参数和运行工况的限制，在机组低负荷时引射效率过低；水力计算结果表明在极端工况下机组供汽温度偏低，通过设置双供汽母管降低散热损失的方法仍不能满足要求，因此采用减温减压器并设置掺混蒸汽的方式进行供热。 结论 供热改造技术方案应根据机组运行条件、各项技术的特点，对比节能效果、投资大小、系统复杂程度等多方面因素后确定。对于存在不满足供汽温度要求的情况，可采用设置双母管系统，低流量时只通过一根母管供汽，可降低散热损失约30%；如仍不能满足温度要求，则可采用高温蒸汽掺混方案提高供汽初温以保证供热的可靠性和安全性。
2022, 9(3): 140-147.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.017
摘要:
目的 随着可再生能源的大力发展，“双碳”背景下低阶煤的清洁高效利用不仅提高了资源利用率、经济价值，更具有重大的社会意义。褐煤、风化煤等低阶煤是煤基腐植酸的主要来源，腐植酸因具有弱酸性、氧化还原性、生理活性等特性，用途广泛。然而直接提取方式难以实现煤中腐植酸的高效提取，通常需经氧化预处理来提高腐植酸的产率。 方法 文章首先简述了腐植酸的性质和应用；然后，介绍了传统的化学氧化的工艺过程、原理和特点，综述了新型低阶煤电化学氧化方法及优势；最后，对低阶煤电化学制腐植酸进行了展望，以期为低阶煤制取腐植酸提供参考。 结果 电化学氧化法具有条件温和、反应易于控制、产率高、减少环境污染等优点，是一种比较有前景制备腐植酸的方法。 结论 采用可再生电力驱动的电化学氧化实现低阶煤中腐植酸的高效提取是实现低阶煤非燃料高附加值利用的途径之一。
2022, 9(3): 148-152.
doi: 10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2022.03.018
摘要:
目的 为了解决电站锅炉深度调峰过程中出现稳燃差、水动力不稳定、SCR入口烟温过低等问题，锅炉稳燃改造势在必行。 方法 文章以某660 MW火电机组锅炉灵活性改造为例，提出了两种有效的稳燃改造方案，分析了燃烧及制粉系统改造后对炉膛和NOx排放影响。 结果 两种改造方案均可提升锅炉超低负荷稳燃特性，燃烧及制粉系统改造后对炉膛和NOx排放影响小，在技术可靠性、施工难度及工作量等方面水平相当，相比之下方案一略优。 结论 两种改造方案经理论验证切实可行，可为同类型机组进行灵活性改造提供技术参考。
