CFB快速调峰关键技术创全球新纪录

　　近日，依托怀柔实验室山西研究院承担的山西省重大科技专项“循环流化床复合燃烧快速调峰关键技术”在山西寿阳350兆瓦循环流化床(CFB)机组成功投入工程应用，并创下了全球最快循环流化床机组升负荷速率新纪录。

　　对此，《中国化工报》记者采访了研究团队与行业专家，他们告诉记者，这项技术实现了快速调峰和节能提效的双重突破，未来或将带动新能源、燃煤灵活发电装备制造业产值近百亿元。

　　十年“磨”出全球新纪录

　　国家重点研发计划首席科学家、山西省重大专项负责人怀柔实验室山西研究院双聘教授马素霞告诉记者，该技术的研发过程可说是“十年磨一剑”。

　　2016年，山西电网出现电力调度困难的局面。当地循环流化床机组较多，而传统循环流化床技术面临着响应速率不足、调峰效率低下等瓶颈，难以达到国家电网对煤电机组的负荷响应速率不低于1.5%Pe/min(Pe额定功率)的要求。为此，山西电力公司发布了循环流化床机组负荷响应能力提升的技术攻关项目，太原理工大学中标。

　　“经过反复思考和研究，我认为循环流化床机组负荷响应慢是它的固有属性，不能够通过燃烧调整得到解决，必须辅以新系统的构建。”马素霞说，因而，她带领研究团队提出了CFB煤-PC煤复合燃烧方式，2018年在山西铝厂自备电厂50兆瓦 CFB锅炉上开展了试验测试，获得了预期的结果，相关研究发表在Fuel期刊上。

　　近年来，随着我国新能源的不断发展，煤电机组的调峰担子日益艰巨，大型CFB机组参与电网调峰已是必须要求，其负荷响应慢的问题也越来越突出。但要实现从50兆瓦到350兆瓦的跨越，研究团队面临着新的难关。

　　“CFB-PC煤复合燃烧技术不可能直接复制到大型CFB机组锅炉，煤粉输送及炉内煤粉燃烧组织都要重新设计，而且实施后的效果及安全性我心里没底。”马素霞介绍说，研究团队从煤粉输送系统设计、装备设计制造及仿真模拟等开展研究工作，详尽考虑方方面面，组织了很多权威单位反复论证方案。最终，该技术在山西寿阳350兆瓦 CFB机组成功投入工程应用，并创下了全球最快循环流化床机组升负荷速率新纪录。

　　据悉，目前大部分循环流化床机组的负荷响应速率难以超过电网调度要求的1.5%Pe/min，本技术实施后CFB机组的平均负荷响应速率达到3.7%Pe/min以上，最高可达4.05%Pe/min，达到国际领先水平。

　　融合创新实现“双突破”

　　据悉，该技术不仅使循环流化床机组能够快速调峰，同时还取得了节能提效效果，实现“双重突破”。

　　冀建投寿阳热电有限责任公司党委书记、总经理张立权指出，通过应用该技术，低负荷下投运复合燃烧系统，锅炉效率较原来提升2.35%，发电煤耗降低8.63克每千瓦时，有效解决了CFB机组深调时锅炉效率低的难题。

　　马素霞介绍说，能够实现这一“双重突破”，有赖于研究团队的三项创新：一是创建了循环流化床机组CFB-PC煤复合燃烧工艺，通过动态加入的高热值煤粉(PC煤)的快速燃烧释放的热量弥补CFB煤的滞后热量，实现秒级热量输出；二是研发了循环流化床锅炉内PC煤和CFB煤复合燃烧流场匹配工艺及其装置，实现CFB煤和PC煤的协同高效快速燃烧；三是构建了CFB-PC煤复合燃烧耦合飞灰再循环的快速安全调峰系统，实现快速燃烧、温和传热。

　　对此，河北建投能源首席科学家、河北建投能科院总经理郭江龙评价说：“这个技术效果远超过我们当时的预测。”他指出，煤电机组灵活性改造最难的就是一刻钟、一分钟、一秒钟的调峰速率。其中，分钟级还面临较大困难，特别是循环流化床机组。能够取得这样的成绩，实属不易。

　　怀柔实验室山西研究院院长孙予罕在接受记者采访时表示，该项目是科技创新与产业创新深度融合的结果，其创新过程充分凸显国家战略科技力量的体制机制创新优势和资源整合效能。“我们通过‘开放融合、汇聚创新、集智攻关’的新型科研组织模式，整合高校、科研院所、企业各方优势力量，快速帮助该团队打通了从基础研究到中试验证再到工程示范的全链条创新。”孙予罕说。

　　新技术将带动百亿市场

　　“我们正在筹划大范围推广该技术成果。”郭江龙说。

　　他给记者算了一笔账：目前我国已经建成了世界最大的CFB锅炉生产和发电能力，总装机容量1.2亿kW，山西有40%左右的煤电机组是循环流化床机组。如果全国20%同类机组应用这项新技术，不仅每年可多消纳300亿度新能源电力，预计还可减少2300万吨二氧化碳排放，带动新能源、燃煤灵活发电装备制造业产值近百亿元。

　　“这项技术具有投资成本小、运行费用低、社会经济效益好的优势，单台350MW调峰系统初投资占机组初投资的0.2%。”据马素霞介绍，目前已有多家单位与其取得联系，希望能应用这项技术成果。

　　此外，通过技术耦合和集成创新，该技术还可以在煤粉机组上应用。“能源化工行业多有锅炉，锅炉低负荷下的运行效率较低，PC煤系统的投运能够使锅炉热效率提高2%以上，对能源化工行业的节能降碳具有积极的推进作用。”马素霞说。

　　据悉，该研究团队目前主要开展锅炉调峰燃烧方式、低温氮氧化物脱除方法、机组调峰运行控制策略及热电解耦技术研究，除了调峰运行控制研究刚开始外，其他都已有相当的研究基础，形成了自己的技术路线。“同时，我们也布局了下一个研究方向：以煤为基多能互补多联产低碳智慧能源技术，正在寻找项目支持。”马素霞说，希望通过走科技创新与产业创新深度融合的道路，研发出更多“创纪录”的新技术。