哈工大李争起教授：一种新型低负荷稳燃燃烧器的气固流动特性

针对现有燃用劣质煤锅炉最低稳燃负荷难以满足深度调峰需求的问题，开发了一种新型低负荷稳燃燃烧器。该燃烧器通过耦合中心给粉技术和引入旋流缝隙风，优化预混段和扩口结构，在最低30%负荷下仅依靠自身回流区实现稳燃。实验室气固两相试验结果表明，缝隙风量对燃烧器的气固流动特性有显著影响，可调控回流区形态和尺寸，优化燃烧效率和稳定性。该技术为劣质煤锅炉的深度调峰提供了有效的解决方案。一种新型低负荷稳燃燃烧器的气固流动特性■ 作者黄椿朝1,2，李争起1,2，路跃1,2，王誉霏1，陈智超1■ 单位1. 哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院；2. 哈尔滨工业大学 郑州研究院■ 引用格式黄椿朝，李争起，路跃，等.一种新型低负荷稳燃燃烧器的气固流动特性[J].洁净煤技术，2025，31（6）：218−228.HUANG Chunchao，LI Zhengqi，LU Yue，et al. Gas-solid flow characteristics of a new low-load stable combustion burner[J].Clean Coal Technology，2025，31（6）：218−228.创新点通过引入旋流缝隙风和优化燃烧器结构，显著提升了燃烧器在低负荷下的稳燃性能。该技术无需更换整个燃烧器，仅需对一次风结构进行改造并引入旋流缝隙风，改动范围小，成本低，效果显著。试验结果表明，该技术能够有效降低燃用劣质煤锅炉的最低稳燃负荷至30%，满足深度调峰需求，具有广阔的应用前景和重要的实际意义。研究背景随着我国对环境和生态可持续性的日益重视，火电机组的作用逐渐从传统的主要供电角色演变为维护供电可靠性和提供备用容量。这意味着火电发电装置需要更具灵活性，尤其是在深度调峰方面。目前，我国燃用劣质煤锅炉的最低稳燃负荷率仅为50%左右，难以满足深度调峰的需求。因此，开发新型稳燃技术以提高燃用劣质煤锅炉的深度调峰能力显得尤为重要。研究内容开发了一种新型低负荷稳燃技术，并将其应用于一台350MW劣质煤锅炉的LNASB燃烧器，得到低负荷稳燃LNASB燃烧器（SLNASB）。该技术保留了原有燃烧器的二次风结构，通过耦合中心给粉技术，引入旋流缝隙风，并结合对预混段和扩口的优化，可在最低30%负荷下实现稳燃。通过实验室气固两相试验，分析了缝隙风量对新型燃烧器气固流动的影响，包括回流区形态、速度分布、湍流特性及颗粒体积流量分布等。研究结论（1）缝隙风量对燃烧器的回流区形态和尺寸具有显著调控作用。当缝隙风量为内二次风量的66%时，回流区为大环形，长度为1.0d，直径为0.48d，下边界距离中心轴线仅0.075d，接近中心回流区，显著增强了燃烧器的稳燃性能。而当缝隙风量为44%时，回流区变为中央回流区，长度为0.7d，直径为0.60d，进一步优化了燃烧效率。在30%负荷下，66%和44%缝隙风量的工况能够实现稳定的燃烧，而无需额外的助燃手段。（2）缝隙风量对燃烧器的气固流动特性有显著影响。在r=0~50 mm范围内，66%和44%缝隙风量的轴向速度明显低于22%和0缝隙风的工况，这有助于增加煤粉与高温烟气的接触时间，促进煤粉的快速点燃。同时，66%和44%缝隙风量时，湍流强度和湍流动能较大，有助于气固两相的充分混合，提升燃烧效率和稳定性。（3）实验结果表明，新型低负荷稳燃燃烧器在30%负荷下能够实现稳定的燃烧，且无需额外的助燃手段。这表明该燃烧器在低负荷运行时具有良好的稳燃性能，能够有效降低燃用劣质煤锅炉的最低稳燃负荷，满足深度调峰需求。重要图表图1 350MW锅炉炉膛及燃烧器布置图2 不同缝隙风量下的回流区边界图3 不同缝隙风量下的气固两相流的轴向速度分布图4 不同缝隙风量下的湍流强度通讯作者简介李争起，教授、博士生导师，任职于哈尔滨工业大学，2023年度中国工程院有效院士候选人。兼任中国工程院院刊Frontiers in Energy 编委、中国煤炭学会煤粉锅炉委员会委员、哈尔滨锅炉厂有限责任公司首席技术专家。作为“头雁”获黑龙江省首批（2019）头雁创新团队支持，获教育部首批新世纪优秀人才计划资助。长期从事煤燃烧研究，发明了覆盖所有煤粉燃烧方式及煤种的三个系列浓淡燃烧技术，并在300余台300MW~1000MW等级锅炉上成功应用，发表SCI论文193篇，出版有关煤燃烧技术的中文专著1部和英文专著2部，授权中国发明专利132项，美国、英国、德国专利3 项。开发的煤粉燃烧技术获国家技术发明二等奖2项（2015年度排名1、2000年度排名4）、黑龙江省技术发明一等奖2项（2014和2020年度均排名1）、黑龙江省科技进步一 等奖1项（2011年度排名4），连续十年入选爱思唯尔中国高被引学者榜单。课题组简介哈尔滨工业大学能源科学与工程学院碳中和研究所李争起教授课题组师承秦裕琨院士，是国内较早从事燃煤电站锅炉稳燃、低NOx排放方向研究的团队之一。目前，课题组以深度调峰为主要研究方向，定位工程应用，通过实验室单相、气固两相冷态模化试验、中试试验和示范合作的模式，打通从理论研究到产业过程的技术路径。课题组先后承担承担国家自然科学基金20余项、973子课题3项、863计划项目9项、国家攻关（支撑）项目6项，均通过验收。开发的“风控浓淡煤粉燃烧技术”在上百台电站锅炉上成功应用，获2000年国家技术发明二等奖；“高性能中心给粉旋流煤粉燃烧技术”在30多台电站锅炉上成功应用，获2015年国家技术发明二等奖；“立体分级低氮燃烧技术”在国内外170多台电站锅炉上成功应用，获2010年黑龙江省科学技术（进步类）一等奖；“W火焰锅炉多次引射分级燃烧技术”在30多台电站锅炉上成功应用，获2020年黑龙江省科学技术（发明）一等奖。在锅炉燃烧器的设计、调试及监测方面经验丰富。哈尔滨工业大学能源科学与工程学院碳中和研究所李争起老师团队哈尔滨工业大学能源科学与工程学院碳中和研究所兆瓦级中试试验台■ 阅读原文https://www.chinacaj.net/JJMS/doi/10.13226/j.issn.1006-6772.24062501

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