0 前言
鄭州熱電廠670t/h鍋爐原最低穩燃負荷為160MW，1994年改為船體穩燃器后可達140MW，根據調度要求200MW機組調峰能力要達到25%～45%。在此負荷下機組運行極不安全，同時又要耗費大量助燃用油。由於我國燃油氣資源緊缺，價格上漲，為降低發電成本，節約助燃用油，電廠也一直在尋求低負荷下煤粉的穩燃技術，提高低負荷穩燃能力及運行的安全性和經濟性。
國產670t/h鍋爐普遍存在低負荷穩燃能力差的情況，從鍋爐廠出廠的鍋爐配套燃燒器大多經過改造，曾改造過預燃室、大速差、鈍體、雙通道等，雖在一段時期內取得過良好的效果，但現已不能滿足更低調峰負荷時穩燃的生產實際要求。目前，各科研單位正在研製各種新型燃燒器，以滿足低負荷穩燃、高效、低NOx燃燒，然而，我國目前電站鍋爐燃用煤種往往偏離設計煤種，並且煤質變化較大，對鍋爐運行帶來很大困難，煤質差時，低負荷穩燃能力差；煤質好時高負荷著火過於提前，造成燃燒器出口溫度偏高，以致引起燃燒器噴口結焦，甚至燒壞，因而要求燃燒器具有廣泛的煤種適應性。
我廠4號爐投產後，煤種變化頻繁，隨之帶來燃燒調整困難，穩定性差的問題，並常發生噴口燒壞情況，特別是在低負荷時，要投油穩定燃燒，雖經努力使鍋爐可以120MW斷油運行，達到了船體的最好水平，但仍不能滿足調峰需要，影響了機組安全經濟運行。
我廠經過廣泛調研后，決定採用浙江大學熱能工程研究所研製的雙穩燃寬調節濃淡煤粉燃燒器，雙穩燃可調濃淡煤粉燃燒技術在低負荷時採用濃縮煤粉及翼形穩燃器，在高負荷及煤質變好時，調節煤粉濃淡比，直至不濃縮，並採用中心調節風防止噴口結焦及燒壞，同時配以噴口超溫報警系統。
1 設備概況
型號：WGZ670/13.7-2型，中間再熱、自然循環、燃煤汽包爐；汽包壓力：15.33MPa。
過熱蒸汽流量：670t/h；出口蒸汽壓力：13.7MPa；出口蒸汽溫度：540℃。
再熱蒸汽流量：587t/h；蒸汽壓力(進口/出口)：2.63/2.38MPa；蒸汽溫度(出口/進口)：312/540℃。
配套汽輪發電機額定功率：200MW。
制粉系統：4套鋼球磨中間儲倉制熱風送粉系統。
排渣方式：固態排渣。
設計煤種(70%新密貧煤、30%義馬煙煤)：Car=54.41%、Har=2.74%、Oar=6.17%、Nar=0.84%、Sar=0.40%、Aar=26.3%、War=9.14%、Vdaf=25.79%、Qnet.ar=20385.5kJ/kg。
設備布置：爐膛四角布置直流式煤粉燃燒器，爐膛寬深為11920/10800(mm)，採用雙切圓直徑為?542mm和?792mm，逆時針旋轉，燃燒器分上下2組，共4隻一次風口(一、三層為船體燃燒器)，6隻二次風口和2隻三次風口，燃燒器採用均等配風方式，爐膛上方布置前屏過熱器，后屏過熱器，水平煙道中依次布置高溫過熱器和高溫再熱器，其後的尾部煙道豎井，分別布置了低溫再熱器、省煤器和低溫過熱器、省煤器，在省煤器的下方裝設了煙氣調溫檔板以調節再熱汽溫，管式空氣預熱器布置在省煤器后的尾部煙道中。
2 雙穩燃寬調節煤粉燃燒技術原理
雙穩燃寬調節煤粉燃燒技術由可調濃度撞擊式濃淡分離器和帶翼形穩燃器的噴口組成，圖1為可調濃度撞擊式濃淡分離器的示意圖。當氣粉混合物流過導向擋板時，由於慣性及離心力作用，煤粉顆粒在一側濃集，而另一側形成淡粉氣流，根據試驗結果，濃淡側煤粉濃度比例可達10～12∶1，濃淡兩側速度基本均衡，當導塊高度改變時，濃淡兩側煤粉濃度發生變化，以適應煤種變化的要求(見圖2)，在保證煤粉輸送所需一次風率的前提下，將濃煤粉布置於向火側而將淡煤粉布置在背火側。在一定範圍內，提高煤粉濃度可以降低一次風的著火溫度和著火點，可縮短一次風著火時間並可以提高火焰的傳播速度，因此可以起到強化著火和穩定燃燒的目的；另外因為水平濃淡在爐內形成水平方向上的分級燃燒也有利於降低NOx的排放量。為了進一步加強穩燃效果，噴口設計成帶翼形穩燃器(見圖3)，依靠濃淡分離器和翼形穩燃器在噴口下游產生三維分佈的多個煤粉濃集帶(向火側垂直面，迴流邊界水平面)，向火面煙氣加強，很快著火。它們相互引燃，從而大幅度提高穩燃效果，該技術還可通過調節濃淡分離效率，控制煤粉著火點距離，防止著火過近或局部溫度過高而帶來的噴口燒壞或爐內結渣問題。
撞擊式煤粉濃淡分離器示意圖
濃縮分離效果隨撞擊塊高度的變化曲線
噴口結構簡圖
本技術具有以下優點：(1)調峰幅度大；(2)著火點位置可調節，煤種適應性廣。
3 制訂改造方案
合同要求下組第1層改為濃淡燃燒器，在50%及以上負荷運行時燃燒穩定，不投助燃油槍，改造后鍋爐效率要有所提高。改造設計煤種按可燃基揮發份14%～20%、灰分38%以下考慮，為適應煤種變化，濃淡燃燒器應有一定的調節範圍。於1998年4～5月4號爐大修期間進行了具體的改造實施。
噴燃器改造方案：
3.1 只對下組燃燒器第1層一次風進行改造。具體理由為：(1)對200MW鍋爐，當鍋爐在100MW負荷運行時，一般停用上組燃燒器；(2)根據燃燒原理，爐內有1層一次風著火穩定，將改善整個爐膛的著火穩定狀態。因而改下組燃燒器的一層，可達到預期的穩然目的，現第2層燃燒器要改為節油燃燒器，故只有改下組燃燒器的第1層。
3.2 對下組第1層一次風，自彎頭后直段至噴口全部進行改造，該層改造的主要技術措施為：(1)採用可調導向式濃淡分離器將煤粉分成濃淡兩股，濃側引向向火側，淡側引向背火側，以強化低負荷穩燃性能，設計時按濃側煤粉濃度：淡測煤粉濃度為10～12∶1。對更易燒的煤種則通過調節分離器擋塊高度來降低分離效果。(2)在噴口內加內置穩燃器，以保證低負荷穩燃性能。(3)內置穩燃器橫置，以提高氣流剛性，優化迴流區結構，防止爐內及噴口結焦。
3.3 在噴口兩側設計貼邊風以保護噴口，一側貼邊風引入穩燃體中心以調節煤粉著火距離，防止噴口和爐內結渣，將原鍋爐的側二次風箱去除，原側二次風箱位置改為貼邊風通道，貼邊風自二次風箱內引出后在連接管道上加裝調節閥門，用來調節貼邊風量。
3.4 根據設計煤質設計和計算噴口出口面積。為保證噴口壽命，噴口部分採用興化市鑄鋼廠生產的HH2材料(引進美國鋼種，耐溫1100～1300℃)，厚度採用15mm，並在噴口上加裝熱電偶，用來監測噴口溫度。
3.5 不改變噴燃器假想切圓直徑。改造后，在冷態空氣動力場試驗同時進行一次風調平工作。
4 實施改進方案
為保證噴口使用壽命，噴口部分採用耐熱合金鑄鋼，厚度為15mm，可調部分易損面和穩燃器迎風面貼防磨陶瓷，這次大修一、二、三次火嘴計48隻全部要更新重裝，近幾年火嘴燒壞較多，這次重新安裝，對角度位置等進行了標定調整，從而保證了安裝質量，為減少火焰中心偏差創造了條件。
根據設計煤質設計和計算噴口出口面積，通過計算，將下層二次風噴口加高80mm，施工時由於位置不移，加高了60mm。
5 改造后的試驗
5.1 冷態調平試驗
試驗主要目的驗證燃燒器改后爐內空氣動力情況，同時達到一、二次風風速和風量的調平，通過試驗得知底層一次風口裝濃淡分離器后濃淡兩相風速差基本均衡，甲、乙角的濃淡側風速差由於一次風管彎頭與分離器的作用而較大，在熱態調試中通過降低擋塊高度的方法使風速差基本均衡，調節噴口中心風能有效地破壞迴流區，達到保護噴口的作用。
5.2 熱態調平試驗
調平四角風量，確定最佳爐內工況，為運行人員組織燃燒提供依據，試驗進行了140MW和160MW2種工況，根據測量結果，爐內溫度均勻性比改造前有所改善，試驗確定了試驗工況下的推薦風速、濃度和風門開度。
5.3 熱效率試驗
為比較改造前後的鍋爐效率，試驗測定了滿負荷和中等負荷下的效率，結果表明，改造前後2種工況下的效率分別為89.80%、91.88%和89.33%、91.89%，分別提高了2.08%和2.56%，均達到鍋爐設計熱效率。
5.4 低負荷運行試驗
1998年5月大修完畢投入生產運行后，於5月22～24日分別進行了3次低負荷試驗，每次試驗穩定運行時間約為6～7h，負荷在95～108MW之間，試驗觀察了燃燒器出口著火情況，在10～25m層對爐膛進行了燃燒火焰的測量，火焰溫度採用紅外測溫儀測量，試驗時煤質如下：Mar=9.1%，Aar=29.72%，Vdaf=17.10%，Qnet,ad=20376kJ/kg,試驗得出如下結論：(1)帶100MW負荷，運行最下層8隻火嘴，第2層二次風開度保持在50%，以充分發揮濃淡燃燒器作用。(2)制粉系統2套或1套運行。(3)下層給粉機，風速保持在20m/s左右，濃度在0.5～0.9kg/kg。(4)配風時應使爐內溫度分佈均勻，並及時補充燃燒所需氧量。
試驗表明，在50%額定負荷時，鍋爐工作正常，燃燒室負壓穩定，火檢指示明亮不閃動，汽壓汽溫穩定，未發生一次風堵管、結焦等，但畢竟爐內熱負荷大大降低爐內火焰比投油助燃稍稍拉長一些也是正常的，已經滿足了機組50%負荷不投助燃油的需要，改造是成功的。
6 改造后的運行效果
半年多的運行實踐表明，燃燒器能較好地組織爐內燃燒，提高了鍋爐低負荷的穩燃性能，使鍋爐能夠在低負荷下長期運行，並能承受切換制粉系統的干擾，抗干擾能力強。
6.1 燃燒穩定性方面。煤粉著火良好，爐膛負壓波動較小，汽溫汽壓穩定，未出現明顯結焦現象，至今未發生滅火，偶爾還有燃燒不穩現象，這一般發生在煤質突變之際。
6.2 運行方面。燃燒器改進前，即使投油助燃時，也發生過燃燒波動情況。燃燒器改進后，調整手段豐富，在低負荷時燃燒也非常穩定。
6.3 節約燃油方面。燃燒器改進前，調峰時帶120MW負荷，在140MW負荷下需投油助燃，平均調峰用油1.920t/h。改進后調峰時帶100MW負荷，不需投油穩燃，平均調峰用油0.209t/h。
據統計調峰用油量每小時減少1.7t，按每年調峰120d，每天6h，每噸燃油2000元計，每年可節省燃油摺合245萬元，考慮到助燃油量的減少，實際節油費還不止245萬元，經濟效益顯著。
