《ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT》：Modeling of the condensate throttling system for variable load characteristic analysis of coal-fired units based on segmented self-adaption
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•为凝结水节流系统开发了精细化的动态模型。•自适应热-质量微元算法改进了除氧器喷淋区域内汽-滴传热的描述。•更高的节流比可增加峰值功率。•分析了不同节流比下的?储存特性。引言可再生能源渗透率的快速提升给电网的安全稳定运行带来了重大挑战，并加剧了风能和太阳能的弃风弃光问题[1]
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为凝结水节流系统开发了精细化的动态模型。
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自适应热-质量微元算法改进了除氧器喷淋区域内汽-滴传热的描述。
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更高的节流比可增加峰值功率。
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分析了不同节流比下的?储存特性。
引言
可再生能源渗透率的快速提升给电网的安全稳定运行带来了重大挑战，并加剧了风能和太阳能的弃风弃光问题[1]、[2]、[3]。截至2025年底，中国风电装机容量预计将达到6.4亿千瓦，光伏装机容量预计将达到12亿千瓦，两者合计约占总装机容量的47.3%。风电和光伏装机合计发电量预计将达到2.3万亿千瓦时，约占全国发电量的22%[4]、[5]。在全球能源转型和中国"双碳"目标的共同驱动下，可再生能源发电占比将继续攀升。因此，确保可再生能源电力的安全可靠消纳已成为一项核心研究课题。在可预见的未来，燃煤电厂仍将是我国电力供应的重要组成部分，但其角色正从传统的基荷发电向灵活调峰服务转变[6]、[7]、[8]、[9]。因此，提升火电厂的灵活运行能力对于电网安全和可再生能源高效消纳具有重要的理论和工程意义。
火电机组的灵活性从根本上取决于其快速变负荷的能力，传统上这通过调节燃煤给料速率来实现[10]。然而在实际中，制粉系统和锅炉引入了较大的时滞，仅靠调节给煤率无法提供足够快的响应[11]、[12]。因此，越来越多的关注转向了汽水系统中蕴含的热能和蓄能，这些能量可以快速调用以提升燃煤机组的短期运行灵活性[13]。在现有措施中，凝结水节流因其调节范围大、响应速度快且对主燃烧系统干扰有限而备受关注。本质上，凝结水节流暂时释放了再热系统和汽轮机中储存的内能，系统模型是分析这种灵活性机制的基础。然而，当前凝结水节流系统模型的构建采用的是集总参数法，无法分析混合式加热器的内部换热过程。这一局限性降低了模型复现机组变负荷特性的能力。
近年来，一些研究采用基于传热方程的混合式加热器分段模型来分析加热器内部汽-滴的相互作用[14]、[15]、[16]、[17]。由于混合式加热器中汽-滴之间的传热是凝结水加热的主要来源，因此准确表征这一过程对于分析凝结水节流的变负荷行为至关重要[17]。尽管这些模型改进了加热器内部传热条件的描述，特别是汽-滴相互作用，但现有文献中对相应传热系数的计算仍不够精确。这一不足限制了模型保真度的进一步提升。
关于超超临界电厂凝结水节流系统高精度建模的专门研究仍然有限，现有模型的适用性不足以支持精细化分析。与文献[13]中的集总凝结水系统模型相比，本研究解析了除氧器的内部传热与传质过程。与文献[17]中的固定热-质量微元法相比，本研究进一步引入了自适应微元处理，在节流过程中更新局部界面传热系数、液滴尺寸和分段边界条件。因此，本研究的目的是建立一个机理性的静态-动态模型，阐明除氧器的分段耦合策略，利用电厂运行数据验证模型，并评估不同节流比下的灵活性与热损之间的权衡关系。基于验证后的模型，系统地研究了不同节流比下机组功率的动态变化、允许的最大节流持续时间以及热能储存响应特性。
本研究的具体贡献和创新点如下。
（1）基于热回收系统架构，建立了凝结水节流系统的静态和动态模型，以研究不同节流比和工况下机组负荷的运行特性。
（2）为除氧器等混合式加热器开发了分段建模策略，并引入了自适应热-质量微元算法，以详细表征内部喷淋区域内的汽-滴传热，从而提高动态模型的预测精度。
（3）分析了不同节流比下机组运行的灵活性，并进一步研究了凝结水节流过程中热能储存的动态特性。
本文其余部分组织如下。第2节回顾了凝结水节流系统和混合式加热器建模方面的前人研究。第3节给出了凝结水节流系统的静态和动态模型，包括混合式加热器的分段建模策略和自适应热-质量微元算法。第4节利用一台660兆瓦热电联产机组对所提出的模型进行了验证。第5节讨论了运行条件和节流比对机组功率输出的影响，并考察了相关的热能储存特性。第6节给出了结论。
章节摘要
凝结水节流系统的建模与表征
1998年，Lausterer[18]提出了凝结水节流的 concept，即利用低压加热器和除氧器的特性来实现发电机组的快速变负荷。Han等人[10]、[13]建立了凝结水系统的机理性静态和动态模型，并利用一台350兆瓦热电联产机组进行了验证，随后考察了10种工况下凝结水流量对变负荷的影响。Zhao等人[19]建立了……
凝结水节流下的快速变负荷原理
凝结水节流的原理是在快速减小凝结水流量的同时，减少向低压加热器的抽汽，从而产生机组负荷的瞬时增加[10]、[13]。图1展示了新疆某调峰调频电厂一台660兆瓦超超临界机组的凝结水节流系统。再热系统由三台高压加热器、四台低压加热器和一台除氧器组成。在负荷……
模型验证
用于模型验证的数据取自新疆某660兆瓦超超临界燃煤电厂。该机组配备NJK660-27/600/600型汽轮机。对于静态模型，选取了八个代表性运行工况来评估机组功率输出随凝结水流量的变化。对于动态模型，将基于实测电厂数据计算的功率输出与对应的试验数据进行对比，以进一步验证模型性能。
静态特性分析
案例研究电厂是一台热电联产机组，同时供电和供热。本节评估了在不同纯凝和供热条件下凝结水节流比对机组输出的影响。相应的静态结果如图10、图11所示。
图10展示了常规纯凝条件下的功率增量。凝结水节流产生的功率增益随负荷变化而变化，在满负荷时达到最大……
结论
可再生能源的大规模并网对电力系统运行构成了严峻挑战。因此，提升燃煤电厂的调峰能力和运行灵活性对于维持系统安全稳定至关重要。有效利用汽轮机侧的汽水蓄热可以显著提高灵活性，凝结水节流因其响应速度快且对汽轮机影响有限而受到广泛关注……
CRediT作者贡献声明
张海洋：撰写——初稿，软件，方法论，形式化分析。安怡：撰写——审阅与编辑，监督，项目管理。刘宏伟：验证，形式化分析。王继伟：撰写——审阅与编辑，监督。侯彦勋：调查，数据整理。谢先礼：验证，数据整理。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的、可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢：
本研究由新疆维吾尔自治区重大科技专项资助，项目编号2023A01005-1。
张海洋|安怡|刘宏伟|王继伟|侯彦勋|谢先礼
