Постоянное увеличение доли установок новых источников энергии предъявляет более высокие требования к гибкости угольных электростанций, включая сверхкритические циркулирующие кипящие слоевые (circulating fluidized bed, CFB) котлы. В работе рассматривается 350 МВт CFB котел, для которого с использованием метода вычислительной частицевой гидродинамики (computational particle fluid dynamics, CPFD) проведено моделирование характеристик отклика внутренних процессов при изменяющихся нагрузках, а также изучено влияние вмешательств в сжигание и циркуляцию на скорость изменения нагрузки. Результаты показали, что при повышении нагрузки средняя скорость отклика теплового потока в низкой зоне нагрузки (30%-50% номинальной мощности установки) снижается примерно на 38% по сравнению с высокой зоной нагрузки (свыше 50% номинальной мощности). При рассмотрении только высокой зоны нагрузки скорость отклика теплового потока при снижении нагрузки выше примерно на 31%, чем при повышении. При различных диапазонах изменения нагрузки концентрация частицы вдыхаемого слоя и интенсивность конвективного теплообмена быстро реагируют, тогда как изменение температуры внутри котла несколько запаздывает, что указывает на то, что CFB котлы больше полагаются на изменение коэффициентов теплопередачи для быстрого регулятора теплопередачи. Использование вмешательств в сжигание, например замена 40% исходного топлива на мелкие частицы угля размером около 100 мкм, эффективно ускоряет изменение температуры топки, повышая среднюю скорость отклика теплового потока в высокой нагрузочной зоне при повышении загрузки примерно на 43%, а в низкой нагрузочной зоне примерно на 16%. Кроме того, циклическое вмешательство, а именно дополнительное добавление мелкого слоя при повышении нагрузки, может быстро увеличить концентрацию взвешенных частиц за короткое время, эффективно улучшая скорость отклика теплопередачи на нагреваемой поверхности; при дополнительном подаче горячих частиц (например, через систему возврата тепла циклической золы) средняя скорость отклика теплового потока при повышении нагрузки в высокой зоне может увеличиться примерно на 31%, а в низкой зоне примерно на 13%. Результаты исследования выявили механизмы отклика внутри топки CFB при изменениях нагрузки и подтвердили эффективность циклических и топочных интервенций в повышении скорости изменения нагрузки установки, предоставляя основы для дальнейшего развития гибкости и улучшения характеристик изменения нагрузки сверхкритических CFB котлов.

циркулирующий кипящий слой котла; внутренние процессы; характеристики отклика; вмешательство в сжигание; циклическое вмешательство; численное моделирование