華北電力大學杜小澤、龐力平教授團隊日前成功研發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控裝置和系統，并在華電新疆五彩灣發電有限公司2#機組投入現場運行。
該裝置是國家重點研發計劃項目“超（超）臨界機組寬負荷快速靈活調峰關鍵技術”的標志性成果，通過鍋爐厚壁部件的溫度場調控和應力補償，保障燃煤發電機組的安全、高效快速啟停和變負荷運行。
煤電是我國的主要發電形式，2023年仍占全國總發電量近6成，居主導地位，并將長期作為基礎保障電源發揮兜底作用。同時，隨著我國能源轉型深入推進和新型電力系統建設，煤電作為電力生產“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承擔靈活調節電源的功能。
“遠程電力輸送需要穩定性，而太陽能、風能由于不穩定性，無法提供持續穩定的電量。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部產生熱應力，造成厚壁部件的壽命損耗，甚至可能引發機組安全事故風險。
龐力平解釋說：“就像一根鐵絲，經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，則會有效降低發電過程對設備的壽命損耗。這項技術中溫度調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。‘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，溫度調控裝置使設備以較低能耗維持在‘待機狀態’。需要運行時，處于熱備用狀態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控裝置，是在原有鍋爐部件基礎上進行改造，不影響后續的設備更新升級。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，“目前正在實驗研發中，投用后有望達到更安全、更快速、更節能的調控效果”。
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