张孝勇：满足“运维降本、效率提升、安全强化”三大核心诉求的煤粉锅炉点火稳燃调峰技术最新进展

春潮涌动上党城，智改数转启新程。2026年3月25-27日，2026第四届热力发电数智化升级与智慧运维技术交流会在山西长治隆重召开。本次会议以热力发电数智化升级与智慧运维为核心主题，汇聚行业顶尖专家、政企领导、企业精英齐聚一堂，聚焦政策解读、技术创新、实践落地等关键维度，共话热电行业绿色低碳、智能高效发展新路径，为全国热力发电产业转型升级注入智慧动能。

本次交流会在中国节能协会指导下，由中国节能协会热电产业专业委员会主办、武汉敢为科技有限公司联合主办，得到了长治市市委、市政府，市能源局及各区县能源局的大力指导与支持，长治市市委常委、副市长呼亚民，国家能源集团首席科学家、俄罗斯自然科学院外籍院士朱法华、国务院原参事、国家能源局原局长徐锭明等众多行业重磅嘉宾出席会议，中国节能协会热电产业专业委员会秘书长张东胜担任本次会议主持，来自全国各地的热电企业代表、产业链相关单位及媒体嘉宾共170余人参加了交流会。

大唐华北电力试验研究院一级专家、博士、正高级工程师张孝勇，以《满足 “运维降本、效率提升、安全强化” 三大核心诉求的煤粉锅炉点火稳燃调峰技术最新进展》为题，分享煤粉锅炉核心技术的最新研究成果，为电厂锅炉安全高效运行提供关键技术支撑。

演讲主题：满足 “运维降本、效率提升、安全强化” 三大核心诉求的煤粉锅炉点火稳燃调峰技术最新进展》

演讲嘉宾：大唐华北电力试验研究院一级专家、博士、正高级工程师张孝勇

演讲内容：

一、煤粉锅炉面临的新形势

1. 电力生产供应的巨大变化

根据国家能源局和国家统计局发布的最新数据，截至2025年底，全国发电装机容量达到38.9亿千瓦。其中，风电装机6.4亿千瓦（同比增长22.9%），太阳能发电装机12.0亿千瓦（同比增长35.4%），生物质发电装机0.47亿千瓦（约4743万千瓦）。包括风电和太阳能在内的可再生能源装机规模增长迅速，截至2025年底，全国可再生能源装机总量已达23.4亿千瓦，约占全国电力总装机的60%。

2. 煤电运维方式的巨大变化

煤电运维方式面临快速变负荷、深度（启停）调峰、宽负荷高效、高度自动化、智能化控制、监盘、巡检等一系列新要求。

3. 国家政策密集出台

近年来，国家发展改革委、国家能源局陆续发布多项政策文件：

2024年6月24日：《煤电低碳化改造建设行动方案（2024—2027年）》（发改环资〔2024〕894号）

2024年7月25日：《加快构建新型电力系统行动方案（2024—2027年）》（发改能源〔2024〕1128号）

2024年12月20日：《电力系统调节能力优化专项行动实施方案（2025—2027年）》（发改能源〔2024〕1803号）

2025年2月9日：《关于深化新能源上网电价市场化改革 促进新能源高质量发展的通知》（发改价格〔2025〕136号）

2025年3月25日：《关于加快推进虚拟电厂发展的指导意见》（发改能源〔2025〕357号）

2025年3月26日：《新一代煤电升级专项行动实施方案（2025-2027年）》（发改能源〔2025〕363号）

4. 传统煤电面临的多重约束

煤电企业面临着低碳化、智能化、可靠性、灵活性等多重要求：

低碳化：低负荷率下仍要保持低煤耗。

智能化：实现自动调节（AGC），从粗放控制转向精细控制。

可靠性：降低非计划停运次数，目标为0.3次/台年。

灵活性：深度调峰最低出力达到20%~25%，并具备高负荷变化率。

根据《新一代煤电升级专项行动实施方案》的具体技术要求：

深度调峰：现役机组最小发电出力达到25%~40%额定负荷；新建燃用烟煤的煤粉炉机组在纯凝工况下力争达到25%或更低。

负荷变化速率：现役机组负荷变化速率达到0.8%~2.5%额定功率/分钟；新建机组50%及以上负荷力争达到2.2%额定功率/分钟，30%~50%负荷力争达到1%额定功率/分钟；新一代煤电试点示范机组在50%及以上负荷区间达到4%额定负荷/分钟，30%~50%负荷区间达到2%额定负荷/分钟。

智能运行：现役机组通过改造实现干湿态转换点以上负荷调节自动控制，无人工干预完成AGC指令占比不低于90%；新一代煤电试点示范机组应实现全负荷工况（含干湿态转换点及以下）负荷调节自动控制，无人工干预完成AGC指令占比不低于95%。

降碳效果：2025年建成投产的煤电低碳化改造项目，度电碳排放较2023年同类机组平均碳排放水平降低20%左右；2027年建成投产的项目，度电碳排放降低50%左右，接近天然气发电机组碳排放水平。

二、煤粉锅炉燃烧侧调峰的主要技术方案

燃烧侧调峰的主要技术途径包括：

1.优化锅炉运行方式

2.燃烧设备改造

主燃烧器改造：直流燃烧器稳燃喷口改造、新型旋流煤粉燃烧器改造

点火稳燃烧烧器改造：等离子点火、微油点火、富氧微油点火、激光点火、自稳燃燃烧

本次重点介绍新型风冷等离子点火、大功率激光点火和自稳燃燃烧三项技术。

三、新型风冷等离子点火技术及其优势

1. 与常规等离子点火技术的比较

常规等离子点火稳燃燃烧器需要配备冷却水系统，存在漏水风险，且等离子发生器体积大、维护不便。

新型风冷等离子点火稳燃燃烧器取消了冷却水系统，采用高效逆变器替代隔离变压器，等离子发生器微型化设计。

2. 技术优势

电源系统：采用高频逆变开关电源，功率因数可达0.95~0.99，而传统可控硅电源功率因数仅为0.7~0.8。高频逆变方案体积小、重量轻、动态响应快（微秒级），模块化设计可靠性高。

点火能力更强：在汉川煤粉实验中，一次风速24m/s、煤粉浓度0.3kg/kg的条件下，点火成功率100%，点火功率100kW/角，冷炉启动时间缩短30分钟。

运行成本更低：取消了冷却水系统，不再需要运行11kW以上的冷却水泵，运行成本较常规技术节约40%。

安装维护方便：常规等离子点火枪重约90kg，需要机务、电气多人参与检修，耗时超过2小时；新型风冷等离子点火枪仅重8kg，管径约50mm，长度小于500mm，单人可在10分钟内完成更换，整体维护工作量减少80%。阴极寿命200小时，阳极寿命600小时（常规阳极寿命500小时），多枪互为补充，寿命叠加。

燃烧器结构简化：取消了水冷管路，系统更加简单。

可靠性更高：风冷结构从根本上杜绝了水冷系统的漏水隐患。多点火枪联动，单个点火枪或电源模块故障不影响系统整体运行，实现100%故障冗余覆盖。

四、大功率激光点火技术及其优势

1. 技术简介与原理

锅炉激光点火的基本原理，是利用高能量激光束直接照射燃料，通过光热效应使其温度迅速升至燃点，进而引发稳定的燃烧。激光是目前工程可实现的最高功率密度的高能束，工业加工应用通常达到10MW/cm²功率密度，可点燃一切可燃之物。

激光点火作为一种颠覆性技术，通过高能量密度激光束直接作用于风粉流，“光+热复合高温”致煤粉着火，同时高密度激光能量轰击煤粉颗粒析出可燃挥发分进一步促进着火，再通过激光能量的“束状”特点结合煤粉颗粒造成的前、后向散射强化燃烧发展，形成“桶状”燃烧火焰，经多级放大塑造设定出力的主燃烧火焰。

能量聚焦：通过透镜或反射镜，将高功率激光束聚焦到燃烧室的微小区域（如煤粉颗粒上），采用纳秒级短脉冲，能量在极短时间内高度集中。

粒子点火：燃料颗粒吸收光子能量后急剧升温，达到燃点时被点燃，形成初始火源。

链式反应：单个燃料燃烧释放的热量迅速加热周围更多燃料，形成“多点火”的链式反应，最终在瞬间建立稳定燃烧的火焰。

激光与煤粉的作用机制包括：

光热转换效应：煤粉吸收光子能量后温度急剧升高，达到热解温度时释放大量挥发分气体，与空气混合后极易被点燃。

非热效应：在高强度激光照射下，直接打断分子化学键产生大量自由基，极大加速化学反应，降低着火温度。

2. 技术优势

极速响应：激光脉宽可控在10~100ns，实现微秒级精准点火，响应速度比传统方式快几个数量级。

高效节能：能量利用率可达70%以上，无需消耗燃油，彻底消除了点火及稳燃用油。单枪耗电量低，低负荷运行耗电量极低。

多煤种适应：可稳定点燃挥发分低至12%的贫煤，对煤粉细度要求放宽至R90=25%。

清洁环保：无燃油燃烧，从源头上减少了NOx、SO2等污染物的生成。

长寿命低维护：非接触式点火方式，无电极、无易损件，系统寿命长，日常维护工作极少。

3. 系统组成

系统包括激光器单元（核心，采用电光转换效率高、体积紧凑的光纤激光器）、光束传输系统（耐高温特种光纤）、聚焦与点火单元（位于燃烧器内部）、控制系统（监测输出功率、点火时序及系统状态）以及辅助系统（冷却与保护）。

4. 工程应用实践

2025年10月，大功率热力燃烧激光点火、稳燃项目在某热电厂2号机开展应用。该锅炉为四角切圆燃烧方式，额定蒸发量390t/h，实现了冷炉点火和低负荷稳燃运行。

五、自稳燃燃烧技术及其优势

1. 预燃室式自稳燃技术

预燃室自稳燃烧器包括两部分：第一部分主要由预燃室、中心一次风管、钝体、内旋流二次风叶片、油枪、点火枪、火检及吹灰炮等组成；第二部分包含分级燃烧筒和弯头，逐级点燃煤粉。自稳燃燃烧器安装方式与等离子点火燃烧器和微油点火燃烧器相同，均在一次粉管弯头处插入。

2. 稳燃机理

预燃室式自稳燃燃烧技术集逆向射流、旋流、钝体、预燃室四种稳燃机理于一体，改变了传统燃烧器燃料给入方式。煤粉通过预燃室进行多级预热，保证无外加热源工况下稳定着火燃烧。

具体机理：

浓淡分离：浓相煤粉着火引燃淡相。

多级预热：稳定燃烧。

分级燃烧：稳定燃烧，降低NOx。

钝体回流：稳定着火核心。

预燃室稳燃：高温蓄热。

内直流中心一次风煤粉通过中心粉管进入预燃室，经过三级预热后使燃料快速升温，显著延长煤粉在预热区的停留时间，提高着火与稳燃性能。逆喷式自稳燃燃烧器可强化高温烟气回流，稳燃腔内“紊流”混合程度达到稀相燃烧的10倍，显著加快燃烧速度，出喷口进炉膛前燃烧进程已达到40%~60%，为后续主煤粉气流稳燃和燃尽创造了有利条件。

3. 核心原理：“三高两强”

基于“三高两强”自维持稳燃器——强化预热（一次风管、初级火焰、嵌套式高温回流区三级预热）、强化着火（超高煤粉浓度、高温、高烟气回流），形成高温、高煤粉浓度、高氧浓度的火焰喷入燃烧器喷口。

4. 系统组成

系统分为中间仓储式和直吹式两种方案。中间仓储式包括卸料阀、小粉仓、罗茨风机等；直吹式通过文丘里装置实现煤粉在线提浓。超浓煤粉气流提取器不增加阻力，采用风机提供动力抽取煤粉送入稳燃器。煤粉/空气固气比可从0.3kg/kg提升至1~2kg/kg。在原有一次风管道90°弯头处改造，改造难度小、施工方便。

5. 工程应用实践

某电厂10号锅炉A2、A4角安装自稳燃燃烧器，燃用煤质为：收到基水分1.60%，收到基灰分43.21%，收到基挥发分仅11.07%，收到基固定碳44.12%，收到基低位发热量17284kJ/kg。在如此高灰分、低挥发分的劣质煤条件下，仅分别消耗燃油45kg与22kg，便成功实现超低负荷稳定运行，壁面温度稳定维持在900~1200℃，火焰形态明亮集中，无需持续伴烧。

投运效果显示，自稳燃燃烧器显著提高了锅炉低负荷稳燃能力，降低了启停和调峰过程中的燃油消耗。

六、总结与展望

煤粉锅炉点火稳燃技术经历了从大油枪点火、常规等离子点火、微油点火、富氧微油点火多个阶段。目前，多数电厂采用的是常规等离子点火、微油点火技术。

随着技术进步，激光点火技术、自稳燃燃烧技术也得到了积极推广。

上述每一项技术的进步，都紧扣“运维降本、效率提升、安全强化”的核心诉求。

鉴于现有煤炭市场的实际情况，每一项技术都有发挥作用的巨大空间。每个电厂可以根据自身实际情况，选用一种或两种可行、可靠、安全稳定、高效的技术，满足新型电力系统对火电机组的苛刻要求。

特别要强调的是：实现跨代升级的新型风冷等离子点火技术最有希望实现全煤种的无油点火与稳燃，为灵活性调峰提供强有力的技术支撑；相信该技术也将为燃煤电厂完全取消燃料油系统做出应有贡献。