能源利用

哈尔滨700兆瓦燃煤锅炉内，劣质煤粉在火焰中跳跃，却始终无法稳定燃烧——这是我国40%燃煤电厂面临的深度调峰困局。哈尔滨工业大学团队在《Frontiers in Energy》发表最新成果：通过改造燃烧器结构，成功让劣质煤机组在15%超低负荷下自主燃烧，无需燃油辅助，调峰响应速度提升至每分钟3%负荷。这项技术已在湖北赤壁电厂完成工业试验，为破解新能源并网导致的电网波动提供了关键装备支持。

「火焰发动机」升级：回流区形态随负荷自动调节
传统旋流燃烧器如同“老式柴油机”，依赖中央钝体制造高温回流区（RZ）引燃煤粉，但劣质煤挥发分低、燃点高，低负荷时极易“熄火”。研究团队给燃烧器做了“心脏搭桥手术”：取消中央钝体，首创间隙二次风旋流设计，让一次风煤粉与二次风形成“双螺旋气流”。实验显示，新型燃烧器（DPRB）在满负荷时生成直径0.58倍出口尺寸的中央回流区，当负荷降至15%时，回流区自动转为环形，直径稳定在0.39倍出口尺寸，如同“自适应涡轮”调节火焰形态。

这种结构突破带来惊人效果：在20%-30%负荷区间，DPRB升负荷速度达每分钟3%，是传统燃烧器的3倍，且全程无熄火。而原型燃烧器同等条件下30秒即“罢工”，依赖燃油续命。团队用粒子动态分析仪（PDA）捕捉到关键证据——煤粉体积通量在低负荷时仍保持高位，证明新设计能持续输送“点火能量包”。

温度场透视：1300℃火焰远离喷口，破解锅炉「慢性病」
工业锅炉长期面临两难：火焰太近烧毁喷口，太远又无法点燃煤粉。研究团队用数值模拟绘制了温度场“CT图”：传统燃烧器火焰集中在喷口周边，局部超1300℃易导致结渣变形；而DPRB的火焰核心迁移至喷口外0.65-0.70米，形成“安全距离带”。在15%负荷下，燃烧器监测点温度仍达750℃（劣质煤燃点阈值），而原型燃烧器仅609℃。

“这就像给火焰加了导航系统，”论文通讯作者李正齐解释，“间隙二次风充当‘导流栅’，既防止高温伤及设备，又将热量精准送达煤粉流。”湖北赤壁电厂测试数据显示，改造后锅炉最低稳燃负荷从50%降至15%，年节约助燃燃油超千吨。

技术解码

间隙二次风旋流：在煤粉气流外层制造旋转风幕，替代传统钝体的物理阻挡

三阶浓淡环：通过碰撞分离技术，将煤粉聚集在气流中心形成“高浓度燃料棒”

碳替换值（CRV）：燃烧器全生命周期碳排放指标，DPRB比原型降低22%

未来挑战

尽管DPRB已突破低负荷极限，但氮氧化物排放仍需优化。团队正联合广州能源所开发分级燃烧技术，目标2025年实现“超低负荷+超低排放”双达标。正如论文第一作者黄春潮所言：“我们要让每一克劣质煤都成为电网柔性调节的‘活性炭’。”

行业影响：该技术为煤电灵活性改造按下快进键——若全国40%机组应用DPRB，可释放200吉瓦调峰潜力，相当于新增三分之一三峡电站的调节能力。当全球聚焦储能技术时，我国燃煤电厂正通过“心脏级”改造，悄然转型为新能源时代的“电网稳压器”。

【我们尊重原创，也注重分享。版权原作者所有，如有侵犯您的权益请及时联系，我们将第一时间删除。分享内容不代表本网观点，仅供参考。】