湖北赤壁电厂的控制室里，监控屏幕上的负荷曲线突然跳水至15%——这是燃煤机组应对新能源波动的极限挑战。哈尔滨工业大学团队在《Frontiers in Energy》发布突破性研究：通过重构燃烧器内部气流动力学，全球首次实现劣质煤机组在15%超低负荷下自主稳定燃烧，调峰响应速度提升至每分钟3%负荷，相当于传统机组的3倍。这项技术已在700兆瓦机组完成工业验证，每年可节约助燃燃油超千吨，为煤电灵活性改造按下加速键。

燃烧器「心脏搭桥」：取消钝体重构气流双螺旋
传统旋流燃烧器依赖中央钝体制造高温回流区（RZ），如同用“挡风板”强行制造火焰漩涡。但劣质煤挥发分低、燃点高，低负荷时钝体反而成为“绊脚石”——煤粉流速下降，回流区崩溃导致熄火。研究团队对燃烧器进行“微创手术”：取消中央钝体和一次风叶片，引入间隙二次风旋流设计。实验显示，新型燃烧器（DPRB）在满负荷时生成直径0.58倍出口的中央回流区，当负荷骤降至15%时，回流区自动转为直径0.39倍的环形结构，如同“智能涡轮”动态调节火焰形态。

这种结构创新带来颠覆性效果：在20%-30%负荷区间，DPRB升负荷速度达每分钟3%，而传统燃烧器30秒即熄火。团队用粒子动态分析仪（PDA）捕捉到关键证据——低负荷时煤粉体积通量峰值仍达40%额定值，证明新设计能持续输送“点火能量包”。“这就像把火焰引擎从机械挡升级为无极变速。”论文通讯作者李正齐比喻道。

温度场「安全距离」：750℃高温带外移0.65米
工业锅炉长期面临两难困境：火焰太近烧毁喷口，太远无法引燃煤粉。数值模拟显示，传统燃烧器的1300℃高温区紧贴喷口，导致结渣变形；而DPRB通过间隙二次风引导，将高温核心外推至喷口外0.65-0.70米，形成“安全缓冲区”。在15%负荷下，燃烧器监测点温度仍达750℃（劣质煤燃点阈值），而原型机仅609℃。湖北电厂实测数据显示，改造后锅炉最低稳燃负荷从50%降至15%，氮氧化物排放同步降低18%。

更令人瞩目的是负荷响应能力——当电网需求以3%/分钟速率拉升负荷时，DPRB火焰温度波动小于5%，而传统机组在同等条件下30秒内熄火。团队通过激光追踪发现，新型燃烧器的煤粉轨迹在低负荷时仍高度集中，三阶浓淡环设计将煤粉聚集度提升70%，形成持续点火所需的“高能燃料棒”。

技术解码

间隙二次风旋流：在煤粉流外层制造旋转风幕，替代钝体物理阻挡

气固两相流建模：用1:9缩比模型复现真实流动，误差小于5%

碳替换值（CRV）：燃烧器全生命周期碳排放指标，DPRB比原型降低22%

未来挑战

尽管DPRB突破低负荷极限，但氮氧化物排放仍需优化。团队正联合中国科学院广州能源所开发分级燃烧技术，目标2025年实现“15%负荷+超低排放”双达标。正如第一作者黄春潮所言：“我们要让每一克劣质煤都成为电网柔性调节的‘活性炭’。”

行业启示：若全国40%煤电机组应用该技术，可释放200吉瓦调峰潜力，相当于新增1.5个三峡电站的调节能力。当全球聚焦电池储能时，我国燃煤电厂正通过“心脏级”改造，悄然转型为新能源时代的“电网减震器”。

来源: FIE能源前沿期刊