循环流化床储热辅助负荷调节的燃烧与排放特性实验研究及其在灵活调峰中的应用

为提升燃煤CFB锅炉在新型电力系统中的调峰灵活性，研究人员创新性地提出储热辅助负荷调节技术，通过实验系统研究了不同负荷区间(100%→50%/30%、50%→30%)下温度分布、NOx/CO排放及燃烧效率的变化规律。结果表明，该方法可使负荷调节速率最高提升111%，同时提高燃烧效率并降低CO排放，为破解CFB锅炉热惯性大、变负荷速率低的技术瓶颈提供了新思路。

　　

随着中国"双碳"战略的深入推进，可再生能源装机占比已突破56%，但风电、光伏的间歇性和波动性对电网稳定性提出严峻挑战。作为重要的灵活调节电源，燃煤循环流化床(CFB)锅炉却受限于其固有的热惯性大、变负荷速率低等缺陷，难以满足高比例新能源并网下的快速调频需求。现有提升灵活性的技术路线如燃料预热改造存在系统复杂、成本高昂等问题，而传统熔盐储热技术又面临热惯性匹配难题。在此背景下，某高校研究团队创新性地提出了"循环灰储热快速释热"技术，通过在《Fuel Processing Technology》发表的研究成果，系统揭示了储热辅助调峰对CFB锅炉运行特性的影响规律。

研究团队自主搭建了CFB固体颗粒储热实验平台，采用310S不锈钢立管(Φ150×5690mm)配合倒"m"型返料阀等核心装置，通过K型热电偶实时监测五段温度分布，并利用Testo 350烟气分析仪在线检测NO_x/CO浓度变化。实验选取40-70目石英砂为床料，神木烟煤(0-1mm)为燃料，在恒定出口氧浓度3.5%条件下，对比分析了常规与储热辅助两种负荷调节模式的差异。

温度分布特性方面，研究发现储热辅助负荷调节时，随着负荷从100%降至50%，炉膛中上部温度(T3/T4)保持同步下降；而当负荷进一步降至30%时，中温区降温速率明显快于上部，形成"上高下低"的逆向分布。这种反常现象源于储热减少了床料存量，一次风穿透能力增强，使燃烧区上移扩展。相比之下，常规调负荷时50%→30%阶段反而出现炉底温度(T2)异常升高，这是循环流态化向鼓泡床转变的特征表现。

在变负荷调节特性上，数据表明储热辅助可使100%→50%和100%→30%负荷区间的调节速率分别提升23%和9%，但50%→30%阶段却降低62%。机理分析揭示：高负荷段储热通过减少床料热容，削弱了循环灰的储/释热惯性；而低负荷段因初始风量不足，导致储料速度受限。特别值得注意的是，当储料量增至34%时，100%→50%的变负荷速率可达1.39 %P_e/min，较常规方式提升111%。

排放特性研究取得突破性发现：与传统方式相比，储热辅助使100%→50%、100%→30%、50%→30%负荷段的NO_x排放分别增加6%、18%和249%，而CO排放则相应降低83%、97%和77%。这种"此消彼长"的排放特征与炉内燃烧区重构密切相关——储热导致的床料减少促进了一次风穿透，使燃烧区上移扩展，虽然缩短了NO_x还原反应时间，但显著改善了燃料燃尽度。

燃烧效率分析显示，储热辅助在100%→30%负荷区间表现最优，效率提升1.7%。飞炭含碳量测试证实，34%储料量工况下效率可达98.2%，这得益于床料减少带来的气固混合增强效应。但研究也发现，在50%→30%阶段因储料与调风时序不同步，反而出现飞炭携带量增加的现象。

该研究创新性地证实：固体颗粒储热技术能有效破解CFB锅炉的"热惯性困局"，特别是在高-中负荷区间表现突出。通过精准控制储料量(14%-34%)，可实现调峰速率与燃烧效率的协同提升，为传统煤电灵活性改造提供了"低改造成本、高调节性能"的解决方案。研究者建议未来可结合CFB深度空气分级技术，构建"储热调峰+高温后燃"的复合系统，有望在保障调频响应的同时实现NO_x超低排放。这些发现对推进煤电清洁低碳转型具有重要工程指导价值。