華北電力大學杜小澤、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#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）臨界機組寬負荷快速靈活調(diào)峰關鍵技術”的標志性成果，通過鍋爐厚壁部件的溫度場調(diào)控和應力補償，保障燃煤發(fā)電機組的安全、高效快速啟停和變負荷運行。
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6成，居主導地位，并將長期作為基礎保障電源發(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，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)承擔靈活調(diào)節(jié)電源的功能。
“遠程電力輸送需要穩(wěn)定性，而太陽能、風能由于不穩(wěn)定性，無法提供持續(xù)穩(wěn)定的電量。因此，當太陽或風力沒那么強時，就需要以煤電迅速補上缺口。有專家將燃煤機組比作一頭大象，負荷大、動力強，而能源轉(zhuǎn)型時期，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備內(nèi)部產(chǎn)生熱應力，造成厚壁部件的壽命損耗，甚至可能引發(fā)機組安全事故風險。
龐力平解釋說：“就像一根鐵絲，經(jīng)過一次彎折不易折斷，但反復多次彎折后就非常容易折斷。對燃煤鍋爐進行靈活性技術改造，則會有效降低發(fā)電過程對設備的壽命損耗。這項技術中溫度調(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力對鍋爐的沖擊，相當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，通過提前預熱，溫度調(diào)控裝置使設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，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荷的需求，也有效抑制了設備的熱應力破壞，保障了機組的安全運行。”龐力平透露，在厚壁部件鋪設的溫度調(diào)控裝置，是在原有鍋爐部件基礎上進行改造，不影響后續(xù)的設備更新升級。同時，該加熱裝置的模塊化設計，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、材料、控制等跨學科交叉研究成果，快速啟停和變負荷裝置完成了從研究、開發(fā)到應用的“三步走”。第一代“電暖寶”采用的是遠紅外加熱方式，第二代將以電感應加熱為核心技術，“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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