世界首臺超臨界燃煤鍋爐快速啟停和變負(fù)荷裝置研發(fā)成功
華北電力大學(xué)杜小澤、龐力平教授團隊日前成功研發(fā)出世界首臺超臨界機組燃煤鍋爐汽水分離器溫度場主動調(diào)控裝置和系統(tǒng)，并在華電新疆五彩灣發(fā)電有限公司2號機組投入現(xiàn)場運行。該裝置是國家重點研發(fā)計劃項目“超（超）臨界機組寬負(fù)荷快速靈活調(diào)峰關(guān)鍵技術(shù)”的標(biāo)志性成果，通過鍋爐厚壁部件的溫度場調(diào)控和應(yīng)力補償，保障燃煤發(fā)電機組的安全、高效快速啟停和變負(fù)荷運行。
煤電是我國的主要發(fā)電形式，2023年仍占全國總發(fā)電量近六成，居主導(dǎo)地位，并將長期作為基礎(chǔ)保障電源發(fā)揮兜底作用。同時，隨著我國能源轉(zhuǎn)型深入推進和新型電力系統(tǒng)建設(shè)，煤電作為電力生產(chǎn)“壓艙石”的同時，還需為比例日益提高的可再生能源接入電網(wǎng)承擔(dān)靈活調(diào)節(jié)電源的功能。
“遠(yuǎn)程電力輸送需要穩(wěn)定性，而太陽能、風(fēng)能由于不穩(wěn)定性，無法提供持續(xù)穩(wěn)定的電量。因此，當(dāng)太陽或風(fēng)力沒那么強時，就需要用煤電迅速補上缺口。有專家將燃煤機組比作一頭大象——負(fù)荷大、動力強。而能源轉(zhuǎn)型時期，則需要讓它變成一頭‘靈活、會跳舞’的大象。”杜小澤說。
杜小澤告訴記者，燃煤機組的鍋爐系統(tǒng)及厚壁部件都存在巨大的熱慣性，機組的頻繁變工況運行、溫度條件變化等都會使設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，造成厚壁部件的壽命損耗，甚至可能引發(fā)機組安全事故風(fēng)險。
龐力平解釋：“就像一根鐵絲，經(jīng)過一次彎折不易折斷，但反復(fù)多次彎折后就非常容易折斷。對燃煤鍋爐進行靈活性技術(shù)改造，則會有效降低發(fā)電過程對設(shè)備的壽命損耗。這項技術(shù)中溫度調(diào)控裝置就像給鍋爐厚壁部件貼上了‘電暖寶’，可以通過主動加熱以減少熱應(yīng)力對鍋爐的沖擊，相當(dāng)于控制了鐵絲彎折幅度，由此增加其可彎折次數(shù)。‘電暖寶’延長了高溫部件的使用壽命，同時也提高了安全性。”
“這項成果的亮點還在于，通過提前預(yù)熱，溫度調(diào)控裝置使設(shè)備以較低能耗維持在‘待機狀態(tài)’。需要運行時，處于熱備用狀態(tài)的燃煤鍋爐也可快速響應(yīng)，上水時間縮短近一半，不僅滿足了機組快速啟停和靈活變負(fù)荷的需求，也有效抑制了設(shè)備的熱應(yīng)力破壞，保障了機組的安全運行。”龐力平透露，在厚壁部件鋪設(shè)的溫度調(diào)控裝置，是在原有鍋爐部件基礎(chǔ)上進行改造，不影響后續(xù)的設(shè)備更新升級。同時，該加熱裝置的模塊化設(shè)計廣泛適用于所有煤電機組的厚壁部件，有望向全國燃煤機組推廣。
杜小澤表示，作為熱力學(xué)、材料、控制等學(xué)科的跨學(xué)科交叉研究成果，快速啟停和變負(fù)荷裝置完成了從研究、開發(fā)到應(yīng)用的“三步走”——第一代“電暖寶”采用的是遠(yuǎn)紅外加熱方式，第二代將以電感應(yīng)加熱為核心技術(shù)，“目前正在實驗研發(fā)中，投用后有望達到更安全、更快速、更節(jié)能的調(diào)控效果”。
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