Concept and verification of the “C-configuration” temperature distribution of circulating fluidized bed boilers with deep peak shaving

循环流化床锅炉是煤炭高效清洁燃烧的重要装备, 循环流化床锅炉深度调峰是“双碳”目标下构建新型电力系统和建立低碳工业园区的关键技术. 低负荷的主蒸汽温度低和NOx排放超标是循环流化床锅炉深度调峰的共性技术难题. 本文变革循环流化床锅炉低负荷燃烧的炉膛温度自底向上单调递减的技术特征, 创新性提出循环流化床锅炉低负荷燃烧的“C构型”温度分布理念, 即创建炉膛底部炽热床层的高温区和炉膛上部用于提高主蒸汽温度和SNCR脱硝效率的高温区, 形成炉内上下两端温度高、中间温度低的“C构型”分布曲线, 改变锅炉低负荷的蒸发吸热量和过热吸热量配比关系, 提升过热吸热份额进而提升主蒸汽温度. 采用循环流化床锅炉耦入预热改性燃料方法, 循环流化床锅炉低负荷燃烧由常规的底部颗粒流态化燃烧革新为底部颗粒流态化燃烧与预热改性燃料上部空间燃烧耦合的新模态, 同时形成了预热自脱氮、预热改性燃料与炉内已生成NOx的高效均相还原和异相还原、以及炉膛上部因提升炉膛出口温度增加SNCR脱硝率的超低NOx控制新体系. 采用“C构型”温度分布创新理念, 结合热力计算, 改建了240t/h高温高压循环流化床锅炉, 研究表明锅炉负荷50%时, 炉膛温度已经呈现了“C构型”温度分布特征, 且随着锅炉负荷的进一步降低, 炉膛“C构型”特征愈加明显, 锅炉负荷50%时, 耦合预热改性燃料燃烧的主蒸汽温度提升了22℃, 35%-70%负荷范围内实现了零喷氨超低NOx原始排放, 锅炉负荷调节深度从原来的50%降低到20%, 实现了锅炉的深度调峰, 完成了循环流化床锅炉深度调峰“C构型”温度分布创新理念的工业验证. 研究结果有力支撑了循环流化床锅炉深度灵活调峰技术的发展和应用, 为平抑可再生能源波动性、提升可再生能源电力消纳比例提供可行方案.