为分析深度调峰时超临界燃煤机组锅炉的灵活性改造能力，针对某350 MW超临界锅炉的结构特征，基于流动网格系统法，结合三大守恒定律和传热关系式建立了求解超临界锅炉水动力特性计算模型。在实炉测试的基础上，反推计算26.3% BMCR（92 MW）负荷下的实际吸热偏差分布，计算得出20% BMCR（70 MW）深度调峰负荷时水冷壁的回路质量流速分布、出口汽温偏差和管壁温度等水动力特性参数均在合理范围内，保证了20% BMCR深度调峰负荷运行时的水动力安全可靠。
宋园园，郭泽瑞，安宁，杨冬
西安交通大学 动力工程多相流国家重点实验室
宋园园，郭泽瑞，安宁，等. 350MW超临界锅炉低负荷深度调峰水动力实炉测试与计算分析[J].洁净煤技术，2024，30(9):33-42.
SONG Yuanyuan，GUO Zerui，AN Ning，et al. Analysis of real furnace test and calculation of hydrodynamic power for low load deep peaking of 350 MW supercritical boiler[J].Clean Coal Technology，2024，30(9):33-42.
1）由于锅炉在深度调峰低负荷运行时燃烧不稳定、给煤量不均匀、一次风与二次风风量变化等原因，锅炉沿炉膛宽度方向的实际吸热偏差与设计热偏差存在一定差异。基于实炉测量得到的上炉膛出口汽温、压力和工质流量等参数计算出了沿炉膛宽度方向的实际热偏差分布，可以更加准确计算锅炉水冷壁的水动力特性。
2）在实炉测试研究的基础上，研究分析了20% BMCR（70 MW）深度调峰负荷时水冷壁的节点压力和回路质量流速分布、工质出口汽温偏差和管壁温度沿炉高方向的变化趋势，全面分析和评估该锅炉的深度调峰灵活性改造能力。
随着我国双碳目标的提出，以风能和太阳能为代表的可再生能源发电装机容量不断增大，新能源发电大规模并入电力系统时需要燃煤机组进行灵活性调节来支撑消纳，火电机组进行深度调峰和灵活性升级改造是保证碳达峰、碳中和目标如期实现的重要手段，因此燃煤机组的灵活性深度调峰对于推动煤电节能降碳改造具有重要意义。
针对某350 MW超临界锅炉的结构特征，采用流动网络系统法，建立了适用于复杂水冷壁系统的水动力计算模型。在实炉测试基础上，计算锅炉在26.3% BMCR深度调峰负荷时的实炉热偏差和系统压降，并比较程序计算所得上炉膛出口汽温和系统压降与实炉数据，验证了模型的准确性和可靠性。利用反推出的实炉热偏差对该锅炉在20% BMCR深度调峰负荷运行时的水动力特性进行研究，并对流动不稳定性进行校核计算，全面分析和评估该锅炉的深度调峰灵活性改造能力。
1）针对某350 MW超临界锅炉的结构特征，根据实炉测量数据，计算出26.3% BMCR负荷下的实炉热偏差分布，且计算出的上炉膛出口汽温值与实炉测量值分布规律非常吻合，并将实炉热偏差下程序计算所得系统总压降与DCS画面中总压降比较，验证了本模型的准确性和可靠性。
2）基于该超临界螺旋管圈锅炉的实炉测试，计算得出在20% BMCR深度调峰负荷下，水冷壁系统总压降为0.603 7 MPa。上炉膛最大质量流量偏差17.19%。上炉膛出口四面墙最大汽温偏差为29.4 ℃。水冷壁管最大外壁温度为381.1 ℃，最大鳍端温度为383.4 ℃。相关水动力特性参数均在合理范围内，可保证锅炉在20% BMCR深度调峰负荷下安全可靠运行。
3）在20% BMCR深度调峰负荷干态运行时，对下炉膛9回路和上炉膛47回路进行动态不稳定性分析，研究发现2个受热最强的水冷壁回路施加热负荷扰动后，进出口流量均出现脉动，最终恢复到进出口流量相等的状态，表明工况流动均稳定，不会发生流动不稳定的情况。
4）该350 MW超临界锅炉进行制粉系统优化调整、燃烧侧精细优化调整和宽负荷调峰优化控制等改造后，在20% BMCR深度调峰负荷运行时水动力安全，为其他燃煤机组进行灵活性升级改造和完善调峰技术提供了重要的参考依据。
图1 26.3% BMCR负荷反推热偏差后上炉膛出口汽温分布
表1 20% BMCR负荷时水冷壁系统压力分布
宋园园，西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室硕士研究生，主要从事锅炉水动力特性与流动不稳定性研究。
杨冬，西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室教授，博士生导师。长期从事多相流与传热、超（超）临界锅炉水动力、大容量火电机组启动与运行优化等研究工作，主持“十四五”国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、“十三五”国家重点研发计划子课题、“十二五”国家科技支撑计划子课题、“十二五”中国科学院战略性先导科技项目专项研究课题、“十一五”国家科技支撑计划子课题、国家“十五”863二级子课题、国家“十五”科技攻关专题等纵向课题10多项。主持企业委托横向课题30多项。
编辑丨李莎
审核丨常明然
