前言

进入新时代，习近平总书记提出“四个革命、一个合作”能源安全新战略，向世界作出实现“双碳”目标的中国承诺，为构建清洁高效安全可持续的现代能源体系指明科学方向，提供了根本遵循。实现“双碳”目标，能源是主战场，电力是主力军，新型电力系统是关键载体。《新型电力系统发展蓝皮书》明确指出，构建以新能源为主体的新型电力系统是以确保能源电力安全为基本前提。为此，中共中央、国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》和国家发展改革委、国家能源局印发《全国煤电机组改造升级实施方案》（发改运行〔2021〕1519号）（以下简称《方案》），要求进一步提升煤电机组清洁高效灵活性水平，优化升级煤电产业，助力全国碳达峰、碳中和目标如期实现。煤电是煤炭清洁高效低碳转型的推动者、先行者和引领者，作为电力能源工作者应坚决扛起责任担当，心无旁骛，努力为新时代赋予的新课题、新使命，多赋新动能，多做新作为。

一、煤电面临的新形势

（一）煤电保供压力凸现

“十四五”开局，地缘政治冲突增加了能源供应的不确定性，能源供需失衡导致一次能源价格大幅波动，直接增加了煤电保供的压力。我国以煤为主的能源资源禀赋现状尚未发生根本改变，新旧能源转型之路曲折，能源供应区域性、时段性紧张问题时有发生；2021年-2023年连续三年在夏、冬高峰均出现电力供应偏紧现象，局部地区甚至出现了较为严峻的电力供应紧张局面，对工业生产、居民生活造成了重大影响，关键时刻煤电把能源电力保供作为一项重要的政治任务，全力保障了能源电力稳定供应和经济社会稳定运行；数据表明，2021年煤电以不足50%的装机占比,生产了全国60%的电量,承担了70%的顶峰任务；2022年，煤电装机占比43.8%时，发电量占比58.3%；2023年，煤电装机占比39.9%时，发电量占比近57.9%；充分彰显了煤电在电力系统安全供应中“顶梁柱”“压舱石”“稳定器”的兜底保障作用。

（二）煤电助力新能源消纳使命艰巨

2024年是煤电开展“三改联动”的第四年，煤电企业持续通过强化设备管理、深化设备改造、优化设备运行、持续挖潜降耗，取得明显的节能降碳、灵活调节效果。

截至2022年底，可再生能源装机达12.13亿千瓦，超过全国煤电装机，其中，新能源累计装机容量达7.6亿千瓦；截至2023年底，新能源累计装机容量达10.51亿千瓦，增速远超煤电；受自然条件限制，新能源间歇性和波动性的电力特征，对供电保障能力、系统稳定运行带来前所未有的挑战，煤电也为新能源消纳承担着灵活性调节的巨大压力。加之，煤电容量电价机制的实施，碳排放“双控”的约束，可谓机遇和挑战并存，深化“三改联动”工作，将是“十四五”期间推动新能源消纳最重要的手段之一，也是当下煤电低碳转型，高质量发展的重要抓手。

（三）煤电“三改联动”现状

1.煤电“三改联动”目标要求持续提升

（1）煤电改造规模

2021年10月发布的《方案》中，不低于3.5亿千瓦，至2022底调整为6亿千瓦左右。

（2）机组调峰能力

《方案》中，现役机组灵活性改造应改尽改。纯凝工况调峰能力的一般要求为最小发电出力达到35%额定负荷，采暖热电机组在供热期运行时要通过热电解耦力争实现单日6h 最小发电出力达到40%额定负荷的调峰能力。而2024年1月发布的《国家发展改革委 国家能源局关于加强电网调峰储能和智能化调度能力建设的指导意见》中，则明确要求，深入开展煤电机组灵活性改造，到2027年存量煤电机组实现“应改尽改”。在新能源占比较高、调峰能力不足的地区，在确保安全的前提下探索煤电机组深度调峰，最小发电出力达到30%额定负荷以下。

截至2023年底，全国煤电“三改联动”已完成“十四五”目标的87%。尽管如此，但目标要求的提高，使任务更加艰巨。

2.煤电“三改联动”存在问题

（1）频繁深度调峰下，机组安全性问题凸显及能耗增加。深度调峰、频繁调峰工况下，增加了机组设备尤其是重要金属部件的老化和提早失效的风险，对于老旧机组风险隐患更加突出，影响了机组安全稳定运行；

（2）部分改造升级技术难度较大，关键技术遭遇瓶颈；

（3）改造项目投入产出差异较大，部分机组投资难在合理期回收；

（4）改造后机组运行优化不足，改造效果发挥不明显；

（5）机组改造升级目标及政策仍需进一步协同与优化；

（6）仍有部分煤电企业亏损，叠加煤质劣化等因素，企业经营和安全运行压力持续加大。

如何解决以上问题，将是稳步推进煤电“三改联动”的关键所在。

二、煤电机组“三改联动”技术研究

（一）锅炉提效改造技术

锅炉效率决定于煤质，配煤掺烧是制粉、燃烧系统提效的前提。通过机组深度能耗诊断，针对影响锅炉效率的锅炉排烟温度超设计值、灰渣含碳量高等问题，开展系统集成技术改造进行综合治理，提升锅炉运行效率。

1.提升机组蒸汽参数改造技术

目前已改造的均为亚临界机组，且不提升蒸汽压力仅提升蒸汽温度，技术有三种。内蒙岱海600MW亚临界机组，仅根据锅炉受热面的裕量增加受热面积，主、再蒸汽温度分别由541℃/541℃提升至571℃/569℃；华润徐州#3机300MW亚临界机组，先以锅炉受热面裕量增加受热面积为基础，再提升给水温度，主、再蒸汽温度分别由537℃/537℃提升至600℃/600℃；广东台山#2机600MW亚临界机组，先以提升给水温度至安全许可值为基础，再增加锅炉受热面积，主、再蒸汽温度分别由537℃/537℃提升至600℃/600℃；技术可行，效果明显。

2.制粉系统系列集成改造技术

通过开展制粉系统综合治理，提高制粉出力、干燥出力；改善煤粉细度、均匀性、浓度及各粉管分配均匀性，提高锅炉燃烧效率；延长磨煤机高效运行时间，提高磨煤机运行效率，降低制粉系统电耗。

（1）钢球磨制粉系统技术措施：采用高铬钢球；及时等耗量添加钢球、定期筛分不合格钢球；磨煤机钢球优化级配；减少钢球装载量技术；动态分离器技术；双轴向挡板分离器技术等。

（2）中速磨制粉系统技术措施：电机及磨煤机增速增容技术；优化旋转喷嘴、减小风环面积技术；陶瓷金属复合辊和衬板；中速磨电机改变频；动态分离器技术；双轴向挡板分离器技术；采用一次冷风替代密封风等。

（3）虾米弯原煤仓、中心给料机、旋切式原煤仓防堵机等原煤仓防堵技术；提高制粉系统热风温度技术；邻炉输粉、邻炉热一次风联络管道；原煤仓分仓或小煤仓技术等。

3.空气预热器系列集成技术改造

空气预热器重点关注降阻力、降排烟温度、降漏风问题。通过开展空气预热器综合治理，降低排烟温度，提高锅炉运行效率；降低阻力，降低三大风机电耗；降低漏风，提高一次风温，提高制粉出力和煤粉燃烧效率，降低引风机电耗等。主要技术措施：空气预热器冷端受热面金属综合温度控制；空预器分环升温技术，冷风加热、半侧升温清堵；热风再循环（四分仓技术）治堵；检修空预器拆包彻底清堵；换热片波形优选降堵；空预器柔性密封、双密封、接触式密封、疏导式密封降漏风；增加空预器直径及面积降排烟温度降阻力；合理选择吹灰方式降阻力；空预器扇形板移位提高一次风温；空预器改变转向提高一次风温；三维内外肋片管高效换热防堵防腐技术；烟气余热综合利用系列技术等。

4.锅炉辅机降电耗系列集成技术改造

降锅炉辅机电耗是改善转动设备低效运行状况，重点关注变速驱动、设备本体、降系统阻力提效技术，可实施锅炉风机电机降速降容、高效叶轮改造、汽动改造、汽电双驱改造、烟风系统阻力优化等系列集成技术改造。

（二）汽轮机提效改造技术

1.汽轮机本体综合提效治理

可实施汽封修复，更换新型汽封；修复或更换变形、受损部套及密封件；严控动静安装间隙；修复汽缸结合面漏汽；修复导汽管密封配合面漏汽等。

2.汽轮机通流提效改造

可实施先进通流技术三缸通流提效改造，升参数三缸通流改造，部分通流改造；结合缸体开孔、各抽汽口等工业抽汽通流改造；结合采暖供热的低压缸连通管抽汽，双转子、去部分叶片、短叶片、部分切缸、零出力、低位能等高背压改造技术。

3.热力系统优化

通过热力系统阀门冗余优化、泄漏治理，去掉多余阀门，合并疏放水管道，更换泄漏或升级高等级阀门等，消除外漏，减少内漏。

4.汽轮机冷端综合治理

（1）湿冷机组技术措施：凝汽器增容，凝汽器排汽通道优化，凝汽器冷凝管布置优化；凝汽器换管；凝汽器补水雾化改造；循环水系统扩大单元制改造，冬季两机一塔、夏季单机运行时一机两塔方式运行；双背压运行改造；冷却塔风水匹配技术；冷却塔逆向配水技术；冷却塔旋转式喷溅装置；循环水泵双速改造、叶轮优化；胶球清洗装置改造；在线机器人清洗；真空泵工作液冷却技术；凝汽器真空保持系统；循环水水质治理系列技术。

（2）空冷机组技术措施：空冷岛增容；空冷机组干湿联合冷却技术；空冷岛凝汽器蒸汽喷射真空系统；空冷岛尖峰喷淋降温技术；空冷风机超频运行；优化空冷岛冲洗方式；空冷岛在线测温技术。

（3）辅机降电耗系列集成技术改造

开展汽机电动给水泵变频改造，凝结水泵变频及叶轮高效化改造，凝结水泵深度调频控制逻辑优化，增加凝结水系统管道增压泵等，降低辅机电耗。

（三）供热改造技术路线（冷热电一体化）

供热改造前提是必须有热用户，近十几年供热技术迅速发展，从汽轮机本体抽汽减温减压到通过压力匹配器等调温调压，再到借助设备、系统提温提压，加之苏夏集团长输低能耗蒸汽热网技术的创新突破，使供热参数、供热距离均不存在技术问题，关键是如何优化能级匹配、梯级利用、热电解耦。

1.工业供汽类技术

采用主蒸汽供汽、冷再蒸汽供、热再蒸汽供汽、中排抽汽供汽、缸体非调整抽汽供汽、压力匹配器供汽、功热电（PHE）供汽等工业供热改造技术。

我国南方以工业供热为主，高压力等级有广西柳州12MPa、江苏连云港虹洋11.8MPa、江苏常州6MPa、福建泉州4MPa等；大流量有福建鸿山流量900-1200t/h、江苏江阴苏龙600t/h等；工业供汽热电解耦：江苏南通天生港，在汽轮机三缸通改基础上，增设三抽非调整抽汽汽源，与原冷、热再供热蒸汽接口，加上主汽、中排的抽汽口，在极端供热工况下，五个抽汽口组合，实现灵活供热。

2. 采暖供热类技术

采用中排抽汽供热、切除低压缸供热、功热电（PHE）供热、光轴供热、 凝抽背（NCB）供热、热泵供热、烟气余热回收供热、热压机供热等采暖供热改造技术。

我国北方以采暖供热为主，案例有采用大温差、大高差、长距离的山西古交供太原市区热网；采用低压缸零出力、高低压能级匹配、背压机、热泵等组合技术的灵武供宁夏市区热网，提供了世界上最大的供热面积，达7000多万平米；内蒙华能伊敏至海拉尔的最长采暖供热距离，达70.22公里。采暖热电解耦案例有：采用低压缸零出力、短叶片、中低压连通管缸打孔、高低旁、热泵、电锅炉、储热水罐等组合技术的辽宁大连大开、吉林江南等。

（四）机组灵活性调峰改造技术

难点主要是低负荷安全可靠性。关键在锅炉低负荷的水动力安全、稳燃和环保达标排放；供热机组则是热电解耦；超临界机组涉及干湿转态技术。

1.提升锅炉参与调峰和低负荷稳燃、锅炉制粉稳定运行、锅炉水动力安全、锅炉受热面安全、风机安全运行的技术改造。

2.提升汽机参与调峰和低负荷本体安全运行、小机汽源稳定、凝结水泵深度变频、冷却塔空冷岛冬季防冻的技术改造。

3.通过省煤器给水旁路改造、高温烟气旁路改造、省煤器分级改造、省煤器再循环改造、天然气补燃改造等确保低负荷脱硝系统安全稳定投入，环保指标达标排放。

4.通过优化机组协调控制策略、优化给水泵最小流量线性控制、凝结水节流响应AGC调整、高加给水旁路响应AGC调整等技术提高机组负荷响应速率。

5.采用低压缸零出力（切缸）、高低旁联合供热、蒸汽压缩机供汽、功热电（PHE）供汽等技术实现热电解耦。

6.通过外挂储能等手段进一步提高机组调峰调频能力。

设备方面外挂电极锅炉、熔盐储能、压缩空气储能、热水罐储能、电储能等，热控系统方面主要是外挂优化控制系统（INFIT），实现机组深度调峰和热电解耦。

三、深化煤电机组“三改联动”举措

（一）因地因厂因机推进“三改联动”

结合区域电网、热用户、机组现状及环境因素，依据煤电容量电价、调峰储能、能效限额等政策标准，明确机组功能定位及目标，一厂一策，一机一策，进一步深化“三改联动”工作。

（二）系统性、综合性、前瞻性开展集成技术改造

根据区域电力形势发展，系统性、综合性、前瞻性开展汽轮机本体、冷端、机组热力系统、制粉燃烧系统、空预器综合治理、环保设备系统、辅机降电耗提效等集成技术改造，实现机、炉能量深度耦合，提升机组全负荷安全性、灵活性及能耗水平。

（三）推进供热网源耦合一体化发展

采用多种工业供汽和采暖供热等冷热电多联供组合技术，根据用户需求和机组负荷，实施深度调峰工况下热电解耦及供热智慧调度；响应国家政策，推进供热网源耦合一体化发展；开展容量电价机制下供热经济性研究；为促进地区经济发展、改善民生供热提供有效支撑。

（四）耦合外挂设备、系统实现机组深度调峰和热电解耦

根据机组型式及外部供电、供热环境耦合储能设备；尤其重点开展热工控制系统的改造，从基础逻辑和保护优化、过程控制逻辑优化、低负荷稳燃控制、变负荷速率提升、环保排放全过程控制等方面外挂优化控制系统（INFIT），实施关键技术创新，突破瓶颈，实现机组深度调峰和热电解耦。

（五）打造区域生态共存综合能源服务模式

充分发挥大容量煤电机组高度集成化、自动化、高效化、清洁化的优势，推动能源供给革命，建立多元供应体系，深度推进“风光水火储热一体化”和“源网荷储一体化”多能互补的融合，因地制宜、因企制宜，实现“电、热、冷、压缩空气、蒸汽、淡水、氢、燃料耦合、石膏、粉煤灰”能源多品种之间能源利用和能源供应的一体化综合能源服务基地，形成区域生态共存模式，助力全社会实现低碳转型。

（六）推进数字化建设

打造智慧火电，实现数字化和信息化高度融合的数字化升级；提高煤电智能管理水平，增强煤电安全可靠性，以新质生产力赋能煤电，实现由高速发展到高质量发展的嬗变。

四、结束语

“双碳”目标是基于对构建人类命运共同体的国际担当与推动我国经济社会实现可持续发展的重大战略决策，是习近平总书记生态文明思想建设的重要组成部分。构建以新能源为主体的新型电力系统是实现“双碳”目标的重要途径，而煤电的压舱石、稳定器和托底保供作用又是建设新型能源体系不可或缺的重要一环。当下煤电“三改联动”已进入攻坚期，煤电灵活性改造是当前提高电力系统调节能力的最佳选择，新能源的迅猛发展，使煤电消纳新能源的使命艰巨。因此，要因地、因厂、因机深入推进“三改联动”做实做优，确保“三改联动”目标顺利完成，以新质生产力赋能煤电高质量发展，对确保“双碳”目标如期实现具有重大意义。

作者简介：
王双童，教授级高工。长期从事火电厂能源管理、能源审计及火电机组能耗诊断、节能评估监督等工作。国家发改委、能源局煤电“三改联动”工作专班成员。中电联专家库成员。
负责国家能源局《火电机组可靠性管理提升专题研究》（2023）、参加国家能源局《煤电机组状态评价与寿命管理政策研究》（2020）课题；负责编制电力行业标准《燃煤电厂能耗状况评价技术规范》（DL/T255）、参加《燃煤发电机组单位产品能源消耗限额》（GB 21258）修编；主持编写国家能源集团公司《集团火电机组运行优化导则》、《供热机组技术选型手册》、《节能技术监督导则》等多个技术标准规范；负责编写《国家能源集团煤电机组改造升级实施方案（2022-2025）》等。