燃煤電廠「心臟手術(shù)」成功！新型燃燒器實(shí)現(xiàn)15%極低負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行，調(diào)峰速度提升3倍

哈爾濱700兆瓦燃煤鍋爐內(nèi)，劣質(zhì)煤粉在火焰中跳躍，卻始終無法穩(wěn)定燃燒——這是我國40%燃煤電廠面臨的深度調(diào)峰困局。哈爾濱工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊在《Frontiers in Energy》發(fā)表最新成果：通過改造燃燒器結(jié)構(gòu)，成功讓劣質(zhì)煤機(jī)組在15%超低負(fù)荷下自主燃燒，無需燃油輔助，調(diào)峰響應(yīng)速度提升至每分鐘3%負(fù)荷。這項技術(shù)已在湖北赤壁電廠完成工業(yè)試驗(yàn)，為破解新能源并網(wǎng)導(dǎo)致的電網(wǎng)波動提供了關(guān)鍵裝備支持。

「火焰發(fā)動機(jī)」升級：回流區(qū)形態(tài)隨負(fù)荷自動調(diào)節(jié)
傳統(tǒng)旋流燃燒器如同“老式柴油機(jī)”，依賴中央鈍體制造高溫回流區(qū)（RZ）引燃煤粉，但劣質(zhì)煤揮發(fā)分低、燃點(diǎn)高，低負(fù)荷時極易“熄火”。研究團(tuán)隊給燃燒器做了“心臟搭橋手術(shù)”：取消中央鈍體，首創(chuàng)間隙二次風(fēng)旋流設(shè)計，讓一次風(fēng)煤粉與二次風(fēng)形成“雙螺旋氣流”。實(shí)驗(yàn)顯示，新型燃燒器（DPRB）在滿負(fù)荷時生成直徑0.58倍出口尺寸的中央回流區(qū)，當(dāng)負(fù)荷降至15%時，回流區(qū)自動轉(zhuǎn)為環(huán)形，直徑穩(wěn)定在0.39倍出口尺寸，如同“自適應(yīng)渦輪”調(diào)節(jié)火焰形態(tài)。

這種結(jié)構(gòu)突破帶來驚人效果：在20%-30%負(fù)荷區(qū)間，DPRB升負(fù)荷速度達(dá)每分鐘3%，是傳統(tǒng)燃燒器的3倍，且全程無熄火。而原型燃燒器同等條件下30秒即“罷工”，依賴燃油續(xù)命。團(tuán)隊用粒子動態(tài)分析儀（PDA）捕捉到關(guān)鍵證據(jù)——煤粉體積通量在低負(fù)荷時仍保持高位，證明新設(shè)計能持續(xù)輸送“點(diǎn)火能量包”。

溫度場透視：1300℃火焰遠(yuǎn)離噴口，破解鍋爐「慢性病」
工業(yè)鍋爐長期面臨兩難：火焰太近燒毀噴口，太遠(yuǎn)又無法點(diǎn)燃煤粉。研究團(tuán)隊用數(shù)值模擬繪制了溫度場“CT圖”：傳統(tǒng)燃燒器火焰集中在噴口周邊，局部超1300℃易導(dǎo)致結(jié)渣變形；而DPRB的火焰核心遷移至噴口外0.65-0.70米，形成“安全距離帶”。在15%負(fù)荷下，燃燒器監(jiān)測點(diǎn)溫度仍達(dá)750℃（劣質(zhì)煤燃點(diǎn)閾值），而原型燃燒器僅609℃。

“這就像給火焰加了導(dǎo)航系統(tǒng)，”論文通訊作者李正齊解釋，“間隙二次風(fēng)充當(dāng)‘導(dǎo)流柵’，既防止高溫傷及設(shè)備，又將熱量精準(zhǔn)送達(dá)煤粉流。”湖北赤壁電廠測試數(shù)據(jù)顯示，改造后鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷從50%降至15%，年節(jié)約助燃燃油超千噸。

技術(shù)解碼

間隙二次風(fēng)旋流：在煤粉氣流外層制造旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕，替代傳統(tǒng)鈍體的物理阻擋

三階濃淡環(huán)：通過碰撞分離技術(shù)，將煤粉聚集在氣流中心形成“高濃度燃料棒”

碳替換值（CRV）：燃燒器全生命周期碳排放指標(biāo)，DPRB比原型降低22%

未來挑戰(zhàn)

盡管DPRB已突破低負(fù)荷極限，但氮氧化物排放仍需優(yōu)化。團(tuán)隊正聯(lián)合廣州能源所開發(fā)分級燃燒技術(shù)，目標(biāo)2025年實(shí)現(xiàn)“超低負(fù)荷+超低排放”雙達(dá)標(biāo)。正如論文第一作者黃春潮所言：“我們要讓每一克劣質(zhì)煤都成為電網(wǎng)柔性調(diào)節(jié)的‘活性炭’?！?/p>

行業(yè)影響：該技術(shù)為煤電靈活性改造按下快進(jìn)鍵——若全國40%機(jī)組應(yīng)用DPRB，可釋放200吉瓦調(diào)峰潛力，相當(dāng)于新增三分之一三峽電站的調(diào)節(jié)能力。當(dāng)全球聚焦儲能技術(shù)時，我國燃煤電廠正通過“心臟級”改造，悄然轉(zhuǎn)型為新能源時代的“電網(wǎng)穩(wěn)壓器”。