循环流化床锅炉负荷快速调节技术现状及发展趋势

在碳达峰、碳中和目标背景下,我国正加快构建新能源占比逐渐提高的新型电力系统,目前煤电正是消纳可再生能源大规模并网的最经济调节电源。循环流化床锅炉机组因自身天然优势在煤电深度灵活调峰中担任重要角色,但其独特的结构和运行方式导致变负荷速率偏低,消纳高比例新能源并网的能力亟待提高。分析了制约循环流化床锅炉变负荷速率的影响因素,包括气固两相流动的惯性、炉侧水侧传热的惯性、固体颗粒燃烧的惯性、水动力安全性、机炉动态匹配问题等,并解释了产生惯性的物理机制。归纳了提高循环流化床机组快速变负荷能力的关键技术,通过加快流动参数、提高传热系数、减小炉侧热容、增强炉侧水侧间的传热、强化燃烧反应、优化控制策略等方法,考虑工业尺寸锅炉的可行性,提出了一套综合优化技术方案,即“智能吞吐”系统的设想。在1台135 MW循环流化床锅炉上进行验证,结果表明,锅炉平均变负荷变化率可提升16%,最大负荷变化率短时间内可持续达到4%/min左右。在此基础上,对宽负荷灵活运行的循环流化床锅炉机组的设计思路进行展望,用数据驱动热力系统动态模型,融合创新技术的热力系统多时空匹配运行技术,构建“三自一体”的先进协同控制系统,并参考成熟的煤粉炉蓄能利用技术,为将来实际工业应用提供理论指导。

解开CFB锅炉惯性产生之谜:一种全回路动态模型方法

“双碳”目标背景下,循环流化床机组亟需加快变负荷速率,而目前尚缺乏对变负荷过程中惯性生成机理的准确阐释。基于质量平衡、能量平衡、化学反应平衡,并考虑气固流动特性的差异,构建了炉侧全回路动态模型,以描述变负荷过程中流动、传热、燃烧的物理机制。模型应用于一台135 MW循环流化床锅炉机组进行验证,结果表明该模型能较为准确地预测稳态、变负荷工况的运行参数,相对误差不超过3%。探讨了锅炉的固有动态响应特性,揭示了变负荷过程中三大惯性的耦合机制,确立了流动惯性的主导地位,为提出加快变负荷速率的策略奠定基础。