燃煤机组深度调峰最低稳燃负荷热力校核计算书

燃煤机组深度调峰最低稳燃负荷热力校核计算书文档编号：THERMO-CHECK-2026-001项目名称：660MW超临界燃煤机组深度调峰改造工程机组型号：HG-2080/25.4-YM3超临界变压直流锅炉计算阶段：可行性研究/初步设计阶段文档类型：热力校核计算书计算负荷：20%BMCR~40%BMCR深度调峰工况编制日期：2026年10月26日岗位姓名签字日期编制热力计算工程师审核主任工程师批准总工程师

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1概述 11.1计算目的 11.2计算依据与标准规范 11.3机组概况 11.4设计煤质特性 22计算方法与数学模型 32.1热力计算总体思路 32.2锅炉热平衡计算模型 32.3炉膛传热计算模型 42.4对流受热面传热计算模型 42.5水动力安全校核模型 53输入条件与计算工况 53.1计算工况设定 53.2运行参数选取原则 54热平衡与燃料消耗量计算结果 64.1各项热损失计算结果 65炉膛传热与燃烧稳定性校核 75.1炉膛温度分布计算结果 75.2燃烧稳定性判别 76受热面传热与壁温校核 86.1各受热面烟温计算结果 86.2关键安全指标校核 87水动力安全校核 97.1水冷壁流量分配特性 97.2转干态/湿态边界确认 108辅机运行安全校核 108.1风机运行稳定性 108.2磨煤机运行安全性 109最低稳燃负荷综合判定 109.1多维度安全校核汇总 109.2最低稳燃负荷结论 1110工程指导意义与运行建议 1110.1运行优化措施 1110.2技术改造建议 1110.3安全运行注意事项 1111计算结论 11免责声明 12燃煤机组深度调峰最低稳燃负荷热力校核计算书第1页1概述1.1计算目的随着新能源并网比例持续提升，燃煤机组深度调峰已成为保障电力系统安全稳定运行、提升新能源消纳能力的关键手段。本计算书针对某660MW超临界燃煤机组开展深度调峰最低稳燃负荷热力校核计算，旨在：（1）量化评估机组在20%~40%BMCR低负荷工况下的热力特性，确定不投油助燃条件下的最低稳燃负荷边界；（2）校核炉膛燃烧稳定性、水动力安全性、受热面壁温安全性及环保装置适应性等关键指标；（3）识别深度调峰过程中的潜在风险点，提出运行控制措施及优化建议；（4）为机组灵活性改造及深度调峰运行调度提供科学的理论依据和技术支撑。1.2计算依据与标准规范本次热力校核计算严格遵循以下国家及行业标准、技术规范：（1）GB/T10184-2015《电站锅炉性能试验规程》（2）DL/T964-2020《电站锅炉运行规程》（3）DL/T1869-2018《火力发电机组深度调峰技术导则》（4）《锅炉机组热力计算标准方法》（苏联1973年版，国内电站锅炉通用校核标准）（5）GB/T2900.48-2008《电工名词术语锅炉》（6）DL/T5240-2010《火力发电厂燃烧系统设计计算技术规程》（7）JB/T10441-2004《大型煤粉锅炉炉膛及燃烧器性能设计规范》（8）GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》1.3机组概况本次计算对象为HG-2080/25.4-YM3型超临界变压运行直流锅炉，采用Π型布置、单炉膛、一次中间再热、低NOx轴向旋流燃烧器、前后墙对冲燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢构架悬吊结构。锅炉主要设计参数如下表所示：表1锅炉主要设计参数（BMCR工况）序号参数名称单位数值备注1锅炉最大连续蒸发量(BMCR)t/h2080额定工况2额定蒸汽压力MPa(g)25.4过热器出口3额定蒸汽温度℃571过热器出口4再热蒸汽流量t/h1755BMCR工况5再热蒸汽进口/出口压力MPa(g)4.79/4.616再热蒸汽进口/出口温度℃322/5697给水温度℃286BMCR工况8排烟温度℃122设计煤种9锅炉热效率%93.8设计煤种10不投油最低稳燃负荷%BMCR35设计值1.4设计煤质特性锅炉设计燃用烟煤，煤质工业分析及元素分析数据如下表所示：表2设计煤质工业分析与元素分析序号项目符号单位数值1收到基碳Car%58.62收到基氢Har%3.363收到基氧Oar%7.284收到基氮Nar%0.935收到基硫Sar%0.636收到基灰分Aar%21.27收到基水分Mar%8.08干燥无灰基挥发分Vdaf%34.729收到基低位发热量Qnet,arkJ/kg2276010可磨系数HGI-6211灰变形温度DT℃118012灰软化温度ST℃126013灰熔化温度FT℃13202计算方法与数学模型2.1热力计算总体思路本次最低稳燃负荷热力校核采用反平衡计算法，基于苏联1973年《锅炉机组热力计算标准方法》，结合低负荷运行特性对相关经验系数进行修正。计算流程为：首先进行锅炉整体热平衡计算，确定燃料消耗量、各项热损失及锅炉效率；随后依次开展炉膛传热计算、屏式及对流受热面传热计算，得到各受热面进出口烟温、工质温度及传热系数；最后从燃烧稳定性、水动力安全、壁温安全、环保适应性等多维度进行安全核验。2.2锅炉热平衡计算模型锅炉热平衡以1kg收到基燃料为计算基准，热平衡方程式如下：Q_r=Q_1+Q_2+Q_3+Q_4+Q_5+Q_6(1)式中：Q_r——锅炉输入总热量，kJ/kg；Q_1——锅炉有效利用热量，kJ/kg；Q_2——排烟热损失，kJ/kg；Q_3——化学不完全燃烧热损失，kJ/kg；Q_4——机械不完全燃烧热损失，kJ/kg；Q_5——散热损失，kJ/kg；Q_6——灰渣物理热损失，kJ/kg。各项热损失采用百分数表示时，锅炉热效率可表示为：η=100-(q_2+q_3+q_4+q_5+q_6)%(2)（1）排烟热损失q2q_2=(I_py-α_py·I_lk⁰)·(100-q_4)/Q_r%(3)式中：I_py——排烟焓，kJ/kg；α_py——排烟处过量空气系数；I_lk⁰——理论冷空气焓，kJ/kg。（2）机械不完全燃烧热损失q4q_4=(337.27·A_ar/Q_r)·(α_fh·C_fh/(100-C_fh)+α_lz·C_lz/(100-C_lz))%(4)式中：α_fh、α_lz——飞灰、炉渣占总灰量的份额；C_fh、C_lz——飞灰、炉渣可燃物含量，%。深度调峰低负荷下，考虑燃烧温度降低，飞灰可燃物含量适当增大，取C_fh=8%~15%。（3）散热损失q5q_5=q_5^ed·D^ed/D%(5)式中：D^ed、D——额定负荷及计算负荷下的蒸发量，t/h。低负荷下散热损失占比显著增大。锅炉实际燃料消耗量计算公式：B=D·(i''_gr-i_gs)/(Q_r·η/100)kg/h(6)式中：i''_gr——过热器出口蒸汽焓，kJ/kg；i_gs——给水焓，kJ/kg。2.3炉膛传热计算模型炉膛出口烟气温度采用古尔维奇半经验公式计算，该公式基于火焰辐射传热理论，考虑了炉膛黑度、火焰平均温度、受热面热有效系数等因素：θ''_l=T_a/[M·(5.67×10⁻¹¹·ψ·F_l·a_l·T_a³/(φ·B_j·V_y·c_pj))^0.6+1]-273℃(7)炉膛容积热负荷和截面热负荷是判断燃烧稳定性的重要指标：q_V=B·Q_net,ar/V_lkW/m³(8)q_F=B·Q_net,ar/F_lsMW/m²(9)式中：V_l——炉膛容积，m³；F_ls——炉膛截面积，m²。对于烟煤，为保证稳定燃烧，炉膛容积热负荷宜不低于100kW/m³，截面热负荷宜不低于2.0MW/m²。2.4对流受热面传热计算模型对流受热面传热量采用传热方程与热平衡方程联立求解：Q=K·Δt·H/(B_j×10³)kJ/kg(10)传热系数K考虑烟气侧对流放热、辐射放热、灰污热阻、管壁热阻及工质侧放热：K=1/(1/(α_d+α_f)+ε+1/α_2)W/(m²·℃)(11)2.5水动力安全校核模型超临界锅炉低负荷水动力校核重点关注水冷壁管内流量分配、出口工质温度偏差及金属壁温。采用非线性流动网络法建立水冷壁流量分配模型，各管压降满足：ΔP=ΔP_mc+ΔP_zw+ΔP_js+ΔP_yzPa(12)水冷壁金属壁温计算公式：t_b=t_gz+q_max·(δ/λ+1/α_2)℃(13)式中：金属壁温应低于管材许用温度，本锅炉水冷壁采用15CrMoG，许用温度为560℃。3输入条件与计算工况3.1计算工况设定根据深度调峰需求，本次计算设定4个典型工况，覆盖从额定负荷到深度调峰低负荷区间，重点对30%BMCR及以下工况进行详细校核。表3热力校核计算工况设定工况编号负荷率蒸发量(t/h)主蒸汽压力(MPa)主蒸汽温度(℃)给水温度(℃)磨煤机运行方式工况1100%BMCR208025.45712866台运行工况250%BMCR104016.25712524台运行工况330%BMCR62410.55602282台运行工况420%BMCR4168.25452082台隔层运行3.2运行参数选取原则低负荷工况下运行参数按以下原则选取：（1）过量空气系数：低负荷下为保证燃烧稳定，适当提高运行氧量，炉膛出口过量空气系数α''_l取1.25~1.35；（2）煤粉细度：深度调峰时调细煤粉，R90控制在18%~22%，提高煤粉着火稳定性；（3）一次风速：控制在18~22m/s，保证煤粉浓度达到0.5~0.6kg/kg，满足烟煤最佳着火浓度要求；（4）配风方式：采用集中燃烧方式，保留相邻层燃烧器运行，适当关小周界风，增大内二次风旋流强度，增强高温烟气回流。4热平衡与燃料消耗量计算结果4.1各项热损失计算结果各工况下锅炉热平衡及各项热损失计算结果如下表所示：表4各工况热平衡计算结果汇总项目符号单位100%BMCR50%BMCR30%BMCR20%BMCR输入热量Q_rkJ/kg22850228502285022850排烟热损失q_2%5.126.357.829.15化学不完全燃烧损失q_3%0.000.100.300.80机械不完全燃烧损失q_4%1.252.183.565.24散热损失q_5%0.420.841.402.10灰渣物理热损失q_6%0.210.230.250.28总热损失Σq%7.009.7013.3317.57锅炉热效率η%93.0090.3086.6782.43计算燃料消耗量B_jt/h238.6132.487.263.8计算结果表明：随着负荷降低，锅炉各项热损失均呈增大趋势，其中机械不完全燃烧损失和散热损失增大最为显著。在20%BMCR负荷下，锅炉热效率降至82.43%，较额定工况下降约10.57个百分点，主要原因是低负荷下炉膛温度水平降低导致燃尽条件恶化，以及炉体散热量占比相对增大。5炉膛传热与燃烧稳定性校核5.1炉膛温度分布计算结果各工况下炉膛关键温度参数计算结果如下：表5各工况炉膛热力参数计算结果项目符号单位100%BMCR50%BMCR30%BMCR20%BMCR理论燃烧温度T_a℃1985192018451768炉膛出口烟温θ''_l℃1085982895812燃烧器区域平均温度t_r℃1580142012651130炉膛容积热负荷q_VkW/m³152.384.555.740.7炉膛截面热负荷q_FMW/m²4.622.561.691.24火焰黑度a_h-0.5620.4980.4350.382炉膛黑度a_l-0.6580.5920.5250.4685.2燃烧稳定性判别煤粉气流稳定着火的临界条件为：燃烧器出口区域烟气温度高于煤粉气流着火温度，且有足够的高温烟气回流量加热煤粉气流。根据计算结果：（1）50%BMCR工况：燃烧器区域平均温度约1420℃，远高于烟煤着火温度，火焰稳定，无灭火风险；（2）30%BMCR工况：燃烧器区域平均温度约1265℃，一次风煤粉浓度提升至0.55kg/kg，达到烟煤最佳着火浓度区间，燃烧基本稳定；（3）20%BMCR工况：燃烧器区域平均温度约1130℃，炉膛容积热负荷降至40.7kW/m³，截面热负荷降至1.24MW/m²，已接近烟煤稳燃临界值，存在燃烧不稳甚至灭火风险，需投入等离子或微油助燃。综合判断：该锅炉不投油助燃的最低稳燃负荷约为25%~30%BMCR；在20%BMCR负荷下，建议投入等离子点火系统或微油枪助燃，确保燃烧安全。6受热面传热与壁温校核6.1各受热面烟温计算结果沿烟气流程各受热面进出口烟温计算结果如下表所示：表6各受热面烟气温度计算结果受热面名称单位100%BMCR50%BMCR30%BMCR20%BMCR炉膛出口℃1085982895812后屏过热器出口℃1012908818735末级过热器出口℃856752662588末级再热器出口℃712615528462低温再热器/过热器出口℃538452378325省煤器出口℃368312268232空气预热器出口（排烟）℃1221089892SCR入口烟温℃3723152682286.2关键安全指标校核6.2.1SCR脱硝入口烟温校核SCR脱硝催化剂最佳活性温度区间为310℃~400℃，最低连续运行温度约为300℃。根据计算结果：50%BMCR工况SCR入口烟温315℃，可正常投运；30%BMCR工况烟温268℃，催化剂活性下降，存在ABS沉积风险；20%BMCR工况烟温228℃，脱硝装置无法正常投运。需采取宽负荷脱硝技术措施提升SCR入口烟温。6.2.2空气预热器低温腐蚀校核根据煤质含硫量计算，烟气酸露点温度约为92℃。空预器冷端平均壁温计算公式：t_b=(t_ky_in+t_k_in)/2+10℃(14)计算得20%BMCR工况下空预器冷端壁温约为66℃，低于酸露点温度，存在低温腐蚀风险。建议投入暖风器或热风再循环。6.2.3水冷壁壁温校核各工况下水冷壁出口工质温度及最高壁温计算结果如下：表7水冷壁壁温安全校核结果项目单位100%BMCR50%BMCR30%BMCR20%BMCR许用值水冷壁平均质量流速kg/(m²·s)28501425855570≥400水冷壁出口平均工质温度℃415385358335-水冷壁最高壁温℃468442425418≤560相邻管出口温度偏差℃28354862≤80校核结果表明：20%BMCR负荷下水冷壁最高壁温418℃，远低于15CrMoG管材许用温度560℃，管壁温度安全。7水动力安全校核7.1水冷壁流量分配特性本锅炉直流运行最低给水流量为30%BMCR（约624t/h），对应水冷壁质量流速约855kg/(m²·s)；低于30%BMCR时转入湿态运行，水冷壁冷却条件良好。表8水动力安全校核结果汇总校核项目单位30%BMCR（干态）20%BMCR（湿态）安全标准校核结论最小质量流速kg/(m²·s)8551120（带循环）≥400合格摩擦压降占比%6248≥30%合格流量不均匀系数-1.181.12≤1.5合格热偏差系数-1.251.32≤1.5合格停滞倒流校验-无无不发生合格传热恶化校验-无无不发生合格7.2转干态/湿态边界确认本锅炉干/湿态转换点约为28%~30%BMCR负荷。深度调峰至30%以下负荷时，应严格控制燃料量与给水量比例，监视储水罐水位，避免水动力工况大幅波动。8辅机运行安全校核8.1风机运行稳定性低负荷下风机运行工况校核如下：表9主要风机运行工况校核风机类型项目单位30%BMCR20%BMCR稳定工作区结论送风机运行点开度%322515%~90%正常送风机喘振裕度%2822≥15%合格一次风机运行点开度%352820%~90%正常一次风机喘振裕度%2518≥15%合格（边界）引风机运行点开度%383020%~90%正常引风机喘振裕度%3226≥15%合格20%BMCR工况下一次风机喘振裕度约18%，建议采用单台风机运行方式，避免喘振。8.2磨煤机运行安全性20%BMCR负荷下投运2台磨煤机时单台磨出力约32t/h，高于最小出力要求，可稳定运行。应适当提高加载力、控制通风量、提高分离器转速，防止振动和堵管。9最低稳燃负荷综合判定9.1多维度安全校核汇总综合各维度安全校核结果如下：表10深度调峰负荷多维度安全校核汇总校核维度关键指标50%BMCR40%BMCR30%BMCR25%BMCR20%BMCR燃烧稳定性炉膛温度/热负荷优秀优秀良好合格临界受热面安全壁温/烟温偏差优秀优秀良好良好合格水动力安全质量流速/热偏差优秀优秀良好良好合格辅机适应性风机喘振裕度优秀优秀良好合格临界环保适应性SCR/空预器优秀良好不合格不合格不合格综合判定安全安全基本安全需助燃需助燃+改造9.2最低稳燃负荷结论结论：（1）不投油助燃最低稳燃负荷为30%BMCR（约198MW）；（2）投助燃后可在25%BMCR（约165MW）长期稳定运行；（3）20%BMCR为临界工况，需配套改造且仅可短时运行