1000MW超超临界机组宽负荷快速灵活调峰关键技术研究与应用

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成果单位：国家能源集团新能源技术研究院有限公司

合作方式：面议

所处阶段：其他

关键词： 1000MW机组超超临界调峰应用灵活发电成套装备负荷调节锅炉转换不超温

成果评价

总得分（满分100）

资本强度（满分0）

该成果得分：0

团队介绍

国家能源集团新能源技术研究院有限公司（以下简称新能源院）成立于2010年，是国家高新技术企业、北京市企业技术中心，主要开展新能源、综合能源、智慧能源、储能、CCUS、灵活发电六大领域科技研发，并开展电力设计优化和技术监督工作。面向国家、行业和集团需求，新能源院已形成“科研+服务”的业务格局，具备为科技研发、工程建设和生产运营提供“三位一体”支持的核心能力与优势。全院共有员工248人，拥有国家高层次人才特殊支持计划1人，“百千万人才工程”国家级人选1人，国家科技创新领军人才1人，科技部中青年创新领军人才1人，国家有突出贡献中青年专家1人，享受国务院政府津贴专家1人，国家科技部能源领域专家2人。目前，新能源院在研科技项目72项，其中国家级项目课题5项，省部级项目2项，集团十大重点攻关项目6项，集团揭榜挂帅项目1项。累计获得授权专利447项，其中发明专利143项，发布国家、行业技术标准39项。累计获得科技奖励156项，其中省部级奖励8项，行业级奖励115项，集团级奖励33项。新能源院拥有和在建研发平台7个，其中国家级平台1个，为2023年4月获批的国家级赛马争先创新平台“国家能源灵活智能发电技术研发中心”；省部级平台1个，为已建成的发电系统功能材料北京市重点实验室；集团级平台3个，为国家能源集团CCUS实验室、综合能源仿真实验室和材料微创实验室。设有院士专家工作站1个、博士后工作站2个、研究生工作站2个，同时，承担国家能源集团公司与华北电力大学联合组建的“智能发电协同创新中心”的日常管理工作。

小果解读

核心问题

当前，频繁参与宽负荷快速灵活调峰的燃煤机组在灵活性、经济性和安全性方面存在显著痛点。机组在应对快速变化的负荷需求时，往往难以同时保证高效、稳定和环保的运行状态，这制约了电力系统的灵活调度和能效优化。

解决方案

该项目通过不断创新和集成关键技术，成功开发出适应我国国情的超超临界燃煤机组宽负荷快速灵活调峰成套装备。该技术实现了机组负荷调节范围15%-100%Pe，升降负荷速率均超过2.6%/min，且锅炉干湿态自动转换，全过程受热面不超温，污染物排放达标。这些技术突破确保了机组在宽负荷范围内的高效、稳定和环保运行。

竞争优势

该技术成果显著提升了1000MW超超临界机组的调峰能力和经济性，20%额定负荷下机组供电煤耗降低21.86g/kWh，并获得电网14.88%Pe深度调峰能力认证。这不仅创下了国内同类机组深度调峰的新纪录，还展示了该技术在提升电力系统灵活性和能效方面的显著优势。此外，该技术的成套装备化和广泛应用潜力，为其在燃煤机组灵活发电领域的市场推广和产业升级提供了坚实基础。

成果描述

成果公开日期

20250327

所属产业领域

其他; 灵活发电领域-燃煤机组深度调峰

产品设计方案

1）研发了锅炉超低负荷稳燃成套技术，实现百万千万机组14.88%Pe深度调峰，并获得电网机构认证。形成了包含外置浓淡分离装备、燃烧动力场优化改造方案、热二次风提温技术、锅炉燃烧多目标智能寻优控制系统等工艺的锅炉低负荷稳燃集成创新工艺方案。 2）研发了机组宽负荷调峰智能预测控制系统，实现机组负荷调节范围15%-100%Pe，平均升负荷速率2.64%Pe/min，平均降负荷速率2.75%Pe/min，局部负荷段超过3%Pe/min；机组变负荷锅炉干湿态自动转换，转态时间＜19min43s，全过程各项参数控制稳定，锅炉受热面不超温，污染物排放不超标。 3）提出低负荷“柔性回热”节能技术，实现机组20%Pe工况降低供电煤耗21.86g/kWh。基于机炉深度耦合的热力系统性能及能量优化匹配技术，开发“柔性回热”技术，既实现了机组低负荷运行参数大幅提升，也提升了机组稳燃能力及燃烧效率。实施后20%Pe工况主蒸汽温提升≥55℃，再热蒸汽温提升≥62℃，锅炉效率由88.87%提高至92.82%。 4）研发了百万千瓦超超临界机组低负荷热电解耦技术，解决了示范机组低负荷时汽动引风机汽源参数不够的问题。实现了机组20%Pe高效对外供热，并保证了机组20%Pe以下汽动引风机正常运行。 5）构建了故障预警-诊断-健康评估一体化智能平台，实现锅炉厚壁部件应力监测异常工况、径向温差应力监测异常工况全覆盖，三大风机、大型水泵、小汽机等设备状态参数变化趋势实时评估，为机组深度调峰、快速变负荷及启停提供有力安全保障。

市场分析

市场前景：项目针对燃煤发电企业超超临界机组频繁参与灵活调峰的实际生产需求，可有效解决机组宽负荷快速灵活调峰过程中面临的灵活性、安全性、经济性问题，符合“三改联动”要求，具有备复用推广的潜力。-在行业领域的水平：行业领先

当前进展

主要功能： 1）开展宽负荷快速灵活调峰智能控制技术研发与应用。通过开发多模型预测控制技术、锅炉燃烧多目标智能寻优控制技术、智能环保岛优化控制技术等关键技术，实现了机组快速灵活变负荷、锅炉干湿态自动转换。通过细化调控各层燃烧器的系统动态煤量、一次风风量和风压、不同层二次风风量及最佳风煤比，有效降低了低负荷运行氧量，提升了锅炉效率，并解决了锅炉燃烧过程中壁温超温、偏烧等问题；同时优化给水控制，提升锅炉湿态汽水分离器水位控制性能，实现了湿态工况下不排水功能。 2）开展深调及快速变负荷条件下机组健康状态评估技术研究。完成深调及快速变负荷工况下锅炉、汽轮机、主要辅机的健康状态评估及安全保障技术研究，构建了故障预警-诊断-健康评估一体化智能平台，实现锅炉厚壁部件应力监测平台内应力监测异常工况、径向温差应力监测异常工况全覆盖，三大风机、大型水泵、小汽机等设备状态参数变化趋势实时评估，为机组深度调峰、快速变负荷及启停提供安全保障。 3）开展低负荷“柔性回热”技术研究。针对深度调峰下机组效率下降及供电煤耗上升问题，首创低负荷“柔性回热”节能技术。通过能量优化匹配，提升锅炉主/再热汽温及热二次风温度，既降低了机组供电煤耗，同时也提升机组稳燃能力及燃烧效率。并且充分利用“柔性回热”系统，制定了低负荷汽动引风机汽源代替方案，解决了低负荷时汽动引风机汽源压力不足，需切换电动引风机运行，影响机组灵活性、增加运行工作量的问题，实现了低负荷下热电解耦。 4）开展锅炉燃烧动力场优化及20%深调稳燃能力提升研究和应用。开发外置式浓淡分离装备，将煤粉浓度从传统技术的7:3提高至8:2，并在不改造水冷套的前提下，通过一次风隔板内设计使用导流板装置，将一次风的切圆设计角度由6°改为2°，同步调整二次风角度及通流面积，成功实现锅炉18.53%BMCR不投油稳定燃烧。 5）开展灵活深调下热力系统集成优化研究。开展深调下工质干/湿态转换机理及锅炉变负荷特性影响因素、灵活深调下主辅机匹配及热力系统集成优化研究，以适应电网灵活调峰要求，并成功完成了热力系统集成和示范机组建设-核心技术：核心技术 1.机组宽负荷快速灵活调峰智能控制技术 2.深调及快速变负荷条件下机组健康状态评估技术 3.低负荷“柔性回热”节能技术 4.锅炉燃烧动力场优化及深调稳燃能力提升技术 5.适应宽负荷快速灵活调峰的快速蓄供能技术受理发明专利 1.一种用于火电机组宽负荷运行的自动巡航系统 202411827012.1 2.一种用于燃煤锅炉的 AGC 协调控制系统 202411827656.0 3.一种用于燃煤锅炉的精准燃烧调控系统 202411827973.2 4.基于能源协同优化技术的锅炉环保岛系统 202411829072.7 5.一种用于燃煤锅炉的热电耦合控制系统202411830090.7 6.基于白鲸优化算法和随机森林的轴承故障分类方法202411972005.0 7.一种滚动轴承故障诊断方法、装置、电子设备及储存介质202411951059.9 8.一种基于PCNN-BILSTM的轴承故障诊断方法202411951054.6 9.一种基于小样本数据的滚动轴承故障诊断方法及系统202411834037.4 10.降低锅炉低负荷供电煤耗的系统202410716833.1 11.提高电站锅炉低负荷主蒸汽温度和给水温度的系统202410716836.5 12.电站锅炉低负荷运行的节能系统202410716830.8

转化现有基础

获奖情况：无-落地应用：项目已在国家能源集团谏壁发电厂#14机组落地应用，实施后示范机组实现14.88%Pe深度调峰，机组负荷调节范围15%-100%Pe，平均升负荷速率2.64%Pe/min，平均降负荷速率2.75%Pe/min；机组变负荷锅炉干湿态自动转换，转态时间＜19min43s，全过程各项参数控制稳定，锅炉受热面不超温，污染物排放不超标，改造后机组20%Pe工况降低供电煤耗21.86g/kWh，各项指标优异。

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摘要

项目针对频繁参与宽负荷快速灵活调峰的机组面临着灵活性、经济性、安全性三方面突出问题，在燃煤机组灵活发电关键核心技术和集成创新上不断突破，开发了适合我国国情的超超临界燃煤机组宽负荷快速灵活调峰成套装备，在谏壁公司14号1000MW超超临界机组上实现了机组负荷调节范围15%-100%Pe，平均升负荷速率2.64%Pe/min，平均降负荷速率2.75%Pe/min，机组变负荷锅炉干湿态自动转换，锅炉受热面全过程不超温，污染物排放不超标。20%额定负荷下机组供电煤耗降低21.86g/kWh，并获得电网14.88%Pe深度调峰能力认证，创下国内1000MW超超临界机组深度调峰多项新纪录。