鍋爐深度調峰穩燃技術與運行策略

“雙碳”目標背景下，可再生能源并網容量大幅提升，對電力系統調節能力提出新需求。燃煤機組作為支撐環節，其深度調峰運行頻率與負荷波動強度顯著加劇。相比中高負荷穩態工況，鍋爐在低負荷運行下呈現出典型非線性動態響應，熱力場、燃料反應路徑及風粉輸送結構均發生明顯改變，傳統穩燃控制邏輯不再適用。因此，須圍繞深度調峰運行特征，重構鍋爐深度調峰穩燃技術與運行策略。

1.鍋爐深度調峰運行中的燃燒特性變化

在電力系統低碳化發展的進程中，火電機組進行深度調峰成為保障電網穩定的關鍵環節。鍋爐作為實現熱力轉換的核心設備，其在低負荷運行時的燃燒表現出復雜多變的動態響應。這種運行狀態的改變，不僅涉及燃料熱量匹配問題，更體現在爐膛內燃燒組織形式、熱量釋放速度以及氣固兩相流動形態的協同變化上。

當鍋爐負荷大幅下降，爐內熱力場會出現明顯的不均勻分布。燃燒區域的溫度差異增大，主燃區面臨更高的局部熄火風險，火焰穩定性受到嚴重影響。燃料著火時間延遲，揮發分的釋放與燃燒階段不同步，導致燃料無法充分燃燒。同時，風煤配比的調節范圍變窄，單位空間內空氣過剩系數升高，可能造成局部富氧或貧氧燃燒，進而引發氮氧化物排放增加或爐膛腐蝕等問題[1]。

不同結構類型的鍋爐在深度調峰運行時，燃燒響應機制存在差異。以直流式鍋爐為例，因其水冷壁對溫度變化反應迅速，熱慣性較小，火焰偏移容易引發瞬間熱負荷的劇烈波動，而自然循環型鍋爐由于熱量傳遞存在延遲，會出現燃燒中心下移、尾部煙溫快速降低的現象，導致高溫區域位置改變和煤粉燃燒不充分。如果爐膛結構沒有進行針對性優化，隨著調峰深度的增加，鍋爐穩定燃燒的安全余量會不斷減少，極易進入不穩定燃燒狀態。

在深度調峰工況下，煤粉的粒徑大小、揮發分含量、水分含量以及灰分分布等燃料特性，會對燃燒過程產生更為顯著的影響。較大粒徑的煤粉在低溫環境中點火困難，燃燒時顆粒運動軌跡容易偏離火焰中心。較高的水分含量會增加蒸發吸熱，抑制燃燒初期的溫度上升速度，使得火焰分布分散，燃料燃盡率降低。此外，灰分分布會改變爐內的輻射傳熱過程，在深度調峰時這種影響更為敏感。因此，在燃料搭配使用時需要提前進行篩選和適配。

2.鍋爐深度調峰穩燃技術及其運行策略

2.1多級燃燒器濃淡分配切換控制技術在深度調峰運行條件下，要保持火焰結構的穩定，燃燒器必須具備快速響應和精確調節的能力。多級燃燒器濃淡分配切換控制技術的核心，是根據負荷變化情況，靈活調整一次風中煤粉濃度的分布和噴射順序，以此實現對火焰形態、主燃區溫度分布以及燃燒過程的精確控制。該技術需要建立負荷閾值的動態分級調控模型，在控制系統中預先設定多種不同的濃淡燃料配比模式，分別對應不同運行負荷區間的穩定燃燒邊界條件。

在實際工程應用中，燃燒器應采用分級分組布置方式，每組配備獨立的風粉輸送管道和調節裝置。當鍋爐負荷下降到額定負荷的 40% 至 50% 區間時，系統會自動關閉非主燃區域的稀相風粉輸送通道，僅保留爐膛中心附近的高濃度煤粉火焰，以增強火焰的穿透能力和穩定性。與此同時，風粉輸送系統要同步調整送粉速度、引射比例和混合風系數，確保火焰根部穩定，避免出現脫火或回火現象。為了保證燃燒分布的均勻性，運行控制邏輯中應引入火焰圖像識別反饋系統，對火焰形態進行實時監測。一旦檢測到火焰長度、亮度或根部形態出現異常，系統立即啟動調節程序，精確調整濃淡配比。此外，該技術還需綜合考慮爐膛內壁溫度分布、出口煙溫變化速率等多個參數，形成復合閉環調節系統，提高在復雜工況下的穩定燃燒能力。為進一步提升系統的響應速度和抗干擾能力，建議將濃淡切換策略與電控執行機構進行優化集成，實現配比調節的毫秒級響應，保障全負荷范圍內的穩定燃燒控制[2]。2.2基于煤粉實時質量監測的智能燃料配適系統

煤粉燃料質量在調峰運行中呈現出不確定性強、波動頻繁的特性，傳統靜態配煤策略難以保障低負荷條件下的燃燒連續性。解決此類問題，須構建一個具備實時響應能力的煤粉質量監測與燃料配適系統，該系統應能捕捉煤粉粒徑分布、含水率、揮發分比例、灰分含量等關鍵燃燒參數，并以此為依據，動態調整燃料供應策略，進而保證燃燒熱值與著火穩定性相匹配。具體實施過程中，建議在煤粉制備與輸送鏈路中配置在線激光粒度分析儀、近紅外水分檢測儀及煤質光譜識別裝置，通過多點取樣與連續監測方式，形成實時煤粉品質畫像。在此基礎上，構建基于模糊神經網絡的燃料適配算法模型，將煤粉特性與爐膛燃燒狀態數據進行交叉建模，計算出最優摻混比例、噴煤時序及對應的風粉比調控曲線。而在配煤系統設計上，應配備至少兩種物理性質差異顯著的煤種，并設定獨立輸煤路徑[3。依據煤粉質量動態信息，系統將自動控制摻混比與切換時序，使得在負荷劇烈波動或燃料波動劇烈時，仍可維持燃燒穩定性不被破壞。該系統還應與運行人員交互界面進行聯動，提供實時煤質變化提示及操作建議，以實現人為判斷與算法邏輯的雙向強化。系統長期運行后，其數據積累亦可用于建立基于地區煤種特性的燃料波動數據庫，為不同類型鍋爐的燃料選擇與運行策略提供前瞻性參考。

2.3分區式空氣分級耦合動態配風系統

在深度調峰運行中，爐膛內氧氣分布不均容易導致局部富氧燃燒、火焰離焦或不完全燃燒等問題。構建一套分區式空氣分級耦合動態配風系統，是實現低負荷穩燃的關鍵路徑。設計方案中，須對鍋爐燃燒區域進行功能性劃分，例如點火區、主燃區、尾焰穩定區等，每一區域配備獨立風量調節機構。同時，部署高速壓差傳感器與熱敏測點，實現爐膛不同高度及橫截面上的氧濃度、氣流速度與溫度的實時監測。基于測量數據，控制系統將匹配預設風量分布模型，動態優化每一分區的空氣供應結構，使火焰在空間上呈現集中且穩定的立體分布態勢。運行中，當檢測系統發現主燃區氧濃度偏高、火焰中心上移等不利征兆時，系統將迅速降低該區域二次風供給，并同時增強點火區域一次風壓力，以壓制火焰漂移趨勢。若尾焰區域出現CO上升或火焰脫落，控制系統將適度增加三次風輸入，延長火焰停留時間，提升燃盡率。另外，還建議在整體風機系統中引入變頻器與風量分配執行單元，輔以風場數值模擬結果進行動態調參。

3.實踐案例分析

受益于中國科學院戰略性先導科技專項支持，某化學研究所研發的煤氣化耦合煤粉鍋爐低負荷穩燃技術在工程實踐中獲得關鍵性突破。

該技術核心在于采用煤粉氣化過程中的高熱值燃氣，作為火焰核心區的能量補給源，以強化局部高溫區的形成，并增強燃料著火點的空間一致性。火焰結構隨之趨于緊湊，穩定裕度明顯提升，尤其適用于貧瘦煤等低揮發分燃料的超低負荷燃燒場景。在污染物控制方面，借助局部氣氛調節，可抑制高溫條件下的熱力型氮氧化物生成反應，兼顧環保性能。在典型應用中，某分公司基于1205t/h三菱MB-FRR型亞臨界鍋爐，構建了面向深度調峰運行需求的工業化穩燃示范平臺。該平臺采用四角切圓燃燒方式配置，并嵌入四套獨立運行的低負荷穩燃模塊。單套系統煤處理量為1t/h，具備在線調控能力和高壓縮比反應腔結構。在為期72小時的穩定運行考核中，機組實現 20% 最大連續出力條件下的安全穩定燃燒，充分驗證該技術對深調負荷下爐膛溫場的控制力。在運行策略方面，結合示范平臺的實際數據，該單位同步部署了部分空氣分級動態配風系統，并配備局部高濃度風粉切換通道，確保燃燒核心區形成集中熱力島，有效避免火焰漂移與脫焰現象。控制系統與DCS實現聯動優化，燃燒器出口風速與配風比參數可實現實時微調，增強了低負荷工況下的操作容錯能力。

4.結束語

鍋爐在深度調峰狀態下呈現出高度非穩態燃燒特征，涉及火焰結構擾動、氧量分布失衡與燃料適應性退化等多重復雜因素。本文結合實際，從燃燒機制層面剖析了低負荷運行對燃燒系統的影響路徑，指出傳統風粉比控制與靜態配煤模式在當前工況下已難以滿足穩定運行要求。在此基礎上，構建了多級濃淡調節系統、基于煤粉實時質量的智能配適機制及分區式空氣耦合配風策略三項核心技術及其運行路徑。未來，需進一步融合人工智能識別、邊緣數據決策與低階耦合建模技術，提升穩燃策略的智能化水平。

參考文獻：

[1]李智。燃煤機組深度調峰技術及運用探析[J].電力設備管理，2024，（20）：95-97.

[2]郭寶群、岳嘉豪、叢茂展等。600MW超臨界低熱值褐煤八角切圓鍋爐低負荷穩燃技術[J/OL].發電技術，1-9[2025-06-09].

[3]葛憲福、張建生、辛勝偉等。超超臨界循環流化床鍋爐深度調峰技術可行性探討[J].鍋爐技術，2022，53（06）：34-40作者單位：北京國電電力有限公司大連開發區熱電廠