摘要：随着新能源装机规模持续扩大，燃煤机组面临深度调峰与稳定供热的多重压力。本文针对热电解耦的技术需求，结合喷淋式填充床储热系统、熔盐储热技术及低压缸零出力改造等工程实践，探讨热工控制系统多目标协调机制的应用路径。实践表明，通过优化控制策略与储能协同，机组调峰深度可提升至75%额定负荷，同时保障供热稳定性，为构建新型电力系统提供关键技术支撑。

关键词：热工控制系统；深度调峰；热电解耦；多目标协调；储热技术；燃煤机组灵活性

1 引言

在能源转型背景下，燃煤机组从主力电源向“调节型电源”转变。尤其对供热机组而言，“以热定电”的传统模式导致调峰能力受限：在采暖季，机组负荷率普遍低于50%，如吉林省机组负荷常被压制在175～230MW区间，部分时段甚至低至130MW，严重影响供热能力。此矛盾在山东省140台30万千瓦级供热机组中同样突出，亟需通过热工控制系统协调机制破解深度调峰与稳定供热的耦合难题。

2 多目标协调机制的关键技术

2.1 储热系统与热电解耦

喷淋式填充床储热技术：全国首个20兆瓦时系统在朔州热电投运，突破大流量喷淋多相换热等关键技术，解决传统热电耦合刚性约束。该系统在电网低谷时段储存锅炉富余热量，高峰时段释放热量发电或供热，使机组调峰速率提升40%，年增收益200万元。

熔盐储热调频调峰技术：西安热工院在国信靖江电厂实现660MW机组耦合熔盐储热，爬坡速率提升至3%额定功率/分钟，调峰深度达75%。通过储热介质吸收锅炉余热，在负荷骤变时快速补充蒸汽，年减煤耗10万吨。

2.2 低压缸零出力改造

辽源电厂通过更换低压缸叶片+增设冷却旁路，实现供热期深度热电解耦。将末级叶片从1080mm缩短至880mm，优化喷水控制系统；增设罗茨-水环真空泵组控制排汽温度。改造后机组供热能力提升150万平方米，调峰深度增加60MW。该技术通过"低压缸切除+冷却蒸汽旁路"的协同控制实现深度调峰：1. 结构改造：采用可调式导流环替换传统静叶，使低压缸进汽量可在0-100%范围连续调节，某350MW机组改造后供热抽汽量提升至600t/h；

2. 冷却系统优化：开发两级喷水减温装置，将排汽温度控制在45-65℃安全区间，避免末级叶片水蚀；3. 经济性表现：改造投资约2000万元，但可使机组最低负荷降至20%额定功率，年增调峰收益超800万元。

2.3 智能控制算法优化

自适应协调控制系统：基于实时监测锅炉/汽轮机状态，动态调整燃料与风量配比。石嘴山电厂300MW机组应用表明，该算法可抑制压力波动，负荷响应速度提高25%。

多源供热协同控制：王伟提出“汽轮机组+工业/采暖供汽小机+储能电池”架构，利用小机发电余量充电，在调峰时电池反向支撑电网，实现供热与出力的快速解耦。

2.4 高温防护材料应用

兰州化物所开发的纳米高熵陶瓷涂层在甘肃常乐电厂1000MW机组成功应用。该材料通过调控热膨胀系数与红外辐射率，使水冷壁耐腐蚀性提升80%，有效解决调峰工况下因煤质波动导致的结焦与爆管问题。

3 实践案例分析

3.1 朔州热电填充床储热项目

作为中国科学院先导专项，项目构建“储热-放热-发电”闭环控制：

储热阶段：电网低谷期将富余蒸汽注入填充床，温度梯度控制在90～50℃；

放热阶段：高峰期释放热量驱动汽轮机，负荷响应时间缩短至5分钟。

系统投运后，机组最小技术出力降至30%额定负荷，年减碳650吨。

3.2 靖江电厂熔盐储热耦合系统

采用双罐熔盐储热（低温罐290℃/高温罐565℃），与锅炉汽水系统深度耦合：高负荷时熔盐储存分离器出口蒸汽热量；低负荷时熔盐加热给水维持蒸汽参数稳定。 经热控逻辑优化，机组AGC调频性能Kp值从0.8提升至2.5。该系统创新采用"熔盐-蒸汽双介质换热"设计，通过高温熔盐（565℃）直接加热高压给水，避免传统蒸汽换热器的传热损失。运行数据表明：1. 调峰响应：在电网指令下达后90秒内可释放60MW等效功率，较纯凝工况提速300%；

2. 能效提升：熔盐储热循环效率达92%，年等效利用小时数突破4500小时； 3. 安全控制：开发熔盐防凝固联锁逻辑，当管道温度低于290℃时自动启动电伴热，保障系统可靠性。该案例为百万千瓦级机组深度调峰提供了可复用的技术范式。

4 挑战与对策

4.1 现存问题

热电强耦合性：亚临界机组供热抽汽压力调节范围窄，深度调峰时易引发放热不足；

设备损耗加剧：频繁变负荷工况加速水冷壁腐蚀，未防护区域年减薄量达1.2mm；

控制策略滞后：传统DCS系统对多源数据融合能力不足，导致储能充放时序失配。

系统经济性瓶颈：熔盐储热系统初始投资高达8000万元/MWh，投资回收期超过8年，制约规模化推广。

动态调节精度不足：深度调峰工况下，供热蒸汽压力波动达±0.15MPa，超出GB/T 35727-2017规定的±0.05MPa标准，影响下游工业用户生产稳定性。

材料兼容性风险：长期运行中熔盐对316L不锈钢管道的腐蚀速率达0.12mm/年，关键阀门寿命缩短30%。

4.2 技术对策

推广长输供热网络：分离热源与调峰单元，如山东规划“一网多源”供热体系；

开发耐腐蚀材料：推广纳米高熵陶瓷涂层，2025年甘肃19台百万机组将全面应用；

部署智能预测控制：基于负荷-气象联合预测，预调整蓄热罐温度设定值。混合储能优化：采用"60%熔盐+40%相变材料"的复合储热方案，可降低投资成本35%.数字孪生预警：建立熔盐系统三维热力模型，实时预测管道薄弱点，某电厂应用后非计划停运次数下降72%。

政策协同机制：参照山西现货市场规则，将储热调峰电量按1.8倍系数结算，可使项目IRR提升至12.5%。

5 结论与展望

热工控制系统多目标协调机制通过储热技术、热电解耦改造及智能算法三位一体，实现深度调峰与稳定供热的动态平衡。未来方向包括：

1. 熔盐/填充床储热标准化：开发模块化储热单元，降低成本；

2. 数字孪生平台应用：构建机组全工况仿真模型，优化控制参数；

3. 政策机制创新：参照山东经验，将储能电量纳入调峰补偿测算。

只有技术革新与机制保障协同推进，方能支撑煤电在能源转型中的基础调节作用。

参考文献

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