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鄭州熱電廠670t/h鍋爐原低穩(wěn)燃負(fù)荷為160MW，1994年改為船體穩(wěn)燃器后可達(dá)140MW，根據(jù)調(diào)度要求200MW機(jī)組調(diào)峰能力要達(dá)到25%～45%。在此負(fù)荷下機(jī)組運(yùn)行極不安全，同時(shí)又要耗費(fèi)大量助燃用油。由于我國燃油氣資源緊缺，價(jià)格上漲，為降低發(fā)電成本，節(jié)約助燃用油，電廠也一直在尋求低負(fù)荷下煤粉的穩(wěn)燃技術(shù)，提高低負(fù)荷穩(wěn)燃能力及運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

濟(jì)寧國弘機(jī)械科技有限公司

國產(chǎn)670t/h鍋爐普遍存在低負(fù)荷穩(wěn)燃能力差的情況，從鍋爐廠出廠的鍋爐配套燃燒器大多經(jīng)過改造，曾改造過預(yù)燃室、大速差、鈍體、雙通道等，雖在一段時(shí)期內(nèi)取得過良好的效果，但現(xiàn)已不能滿足更低調(diào)峰負(fù)荷時(shí)穩(wěn)燃的生產(chǎn)實(shí)際要求。目前，各科研單位正在研制各種新型燃燒器，以滿足低負(fù)荷穩(wěn)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(shè)計(jì)煤種，并且煤質(zhì)變化較大，對(duì)鍋爐運(yùn)行帶來很大困難，煤質(zhì)差時(shí)，低負(fù)荷穩(wěn)燃能力差；煤質(zhì)好時(shí)高負(fù)荷著火過于提前，造成燃燒器出口溫度偏高，以致引起燃燒器噴口結(jié)焦，甚至燒壞，因而要求燃燒器具有廣泛的煤種適應(yīng)性。
我廠4號(hào)爐投產(chǎn)后，煤種變化頻繁，隨之帶來燃燒調(diào)整困難，穩(wěn)定性差的問題，并常發(fā)生噴口燒壞情況，特別是在低負(fù)荷時(shí)，要投油穩(wěn)定燃燒，雖經(jīng)努力使鍋爐可以120MW斷油運(yùn)行，達(dá)到了船體的好水平，但仍不能滿足調(diào)峰需要，影響了機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
我廠經(jīng)過廣泛調(diào)研后，決定采用浙江大學(xué)熱能工程研究所研制的雙穩(wěn)燃寬調(diào)節(jié)濃淡煤粉燃燒器，雙穩(wěn)燃可調(diào)濃淡煤粉燃燒技術(shù)在低負(fù)荷時(shí)采用濃縮煤粉及翼形穩(wěn)燃器，在高負(fù)荷及煤質(zhì)變好時(shí)，調(diào)節(jié)煤粉濃淡比，直至不濃縮，并采用中心調(diào)節(jié)風(fēng)防止噴口結(jié)焦及燒壞，同時(shí)配以噴口超溫報(bào)警系統(tǒng)。
設(shè)備概況
型號(hào)：WGZ670/13.7-2型，中間再熱、自然循環(huán)、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(jìn)口/出口)：2.63/2.38MPa；蒸汽溫度(出口/進(jìn)口)：312/540℃。
配套汽輪發(fā)電機(jī)額定功率：200MW。
制粉系統(tǒng)：4套鋼球磨中間儲(chǔ)倉制熱風(fēng)送粉系統(tǒng)。
排渣方式：固態(tài)排渣。
設(shè)計(jì)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(shè)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)，采用雙切圓直徑為542mm和792mm，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，燃燒器分上下2組，共4只一次風(fēng)口(一、三層為船體燃燒器)，6只二次風(fēng)口和2只三次風(fēng)口，燃燒器采用均等配風(fēng)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，其后的尾部煙道豎井，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(shè)了煙氣調(diào)溫檔板以調(diào)節(jié)再熱汽溫，管式空氣預(yù)熱器布置在省煤器后的尾部煙道中。

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雙穩(wěn)燃寬調(diào)節(jié)煤粉燃燒技術(shù)原理
雙穩(wěn)燃寬調(diào)節(jié)煤粉燃燒技術(shù)由可調(diào)濃度撞擊式濃淡分離器和帶翼形穩(wěn)燃器的噴口組成，圖1為可調(diào)濃度撞擊式濃淡分離器的示意圖。當(dāng)氣粉混合物流過導(dǎo)向擋板時(shí)，由于慣性及離心力作用，煤粉顆粒在一側(cè)濃集，而另一側(cè)形成淡粉氣流，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，濃淡側(cè)煤粉濃度比例可達(dá)10～12∶1，濃淡兩側(cè)速度基本均衡，當(dāng)導(dǎo)塊高度改變時(shí)，濃淡兩側(cè)煤粉濃度發(fā)生變化，以適應(yīng)煤種變化的要求(見圖2)，在保證煤粉輸送所需一次風(fēng)率的前提下，將濃煤粉布置于向火側(cè)而將淡煤粉布置在背火側(cè)。在一定范圍內(nèi)，提高煤粉濃度可以降低一次風(fēng)的著火溫度和著火點(diǎn)，可縮短一次風(fēng)著火時(shí)間并可以提高火焰的傳播速度，因此可以起到強(qiáng)化著火和穩(wěn)定燃燒的目的；

另外因?yàn)樗綕獾跔t內(nèi)形成水平方向上的分級(jí)燃燒也有利于降低NOx的排放量。為了進(jìn)一步加強(qiáng)穩(wěn)燃效果，噴口設(shè)計(jì)成帶翼形穩(wěn)燃器(見圖3)，依靠濃淡分離器和翼形穩(wěn)燃器在噴口下游產(chǎn)生三維分布的多個(gè)煤粉濃集帶(向火側(cè)垂直面，回流邊界水平面)，向火面煙氣加強(qiáng)，很快著火。它們相互引燃，從而大幅度提高穩(wěn)燃效果，該技術(shù)還可通過調(diào)節(jié)濃淡分離效率，控制煤粉著火點(diǎn)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(nèi)結(jié)渣問題。
本技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)調(diào)峰幅度大；(2)著火點(diǎn)位置可調(diào)節(jié)，煤種適應(yīng)性廣。
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(fù)荷運(yùn)行時(shí)燃燒穩(wěn)定，不投助燃油槍，改造后鍋爐效率要有所提高。改造設(shè)計(jì)煤種按可燃基揮發(fā)份14%～20%、灰分38%以下考慮，為適應(yīng)煤種變化，濃淡燃燒器應(yīng)有一定的調(diào)節(jié)范圍。于1998年4～5月4號(hào)爐大修期間進(jìn)行了具體的改造實(shí)施。

噴燃器改造方案：
3.1 只對(duì)下組燃燒器第1層一次風(fēng)進(jìn)行改造。具體理由為：(1)對(duì)200MW鍋爐，當(dāng)鍋爐在100MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，一般停用上組燃燒器；(2)根據(jù)燃燒原理，爐內(nèi)有1層一次風(fēng)著火穩(wěn)定，將改善整個(gè)爐膛的著火穩(wěn)定狀態(tài)。因而改下組燃燒器的一層，可達(dá)到預(yù)期的穩(wěn)然目的，現(xiàn)第2層燃燒器要改為節(jié)油燃燒器，故只有改下組燃燒器的第1層。
對(duì)下組第1層一次風(fēng)，自彎頭后直段至噴口全部進(jìn)行改造，該層改造的主要技術(shù)措施為：(1)采用可調(diào)導(dǎo)向式濃淡分離器將煤粉分成濃淡兩股，濃側(cè)引向向火側(cè)，淡側(cè)引向背火側(cè)，以強(qiáng)化低負(fù)荷穩(wěn)燃性能，設(shè)計(jì)時(shí)按濃側(cè)煤粉濃度：淡測(cè)煤粉濃度為10～12∶1。對(duì)更易燒的煤種則通過調(diào)節(jié)分離器擋塊高度來降低分離效果。(2)在噴口內(nèi)加內(nèi)置穩(wěn)燃器，以保證低負(fù)荷穩(wěn)燃性能。(3)內(nèi)置穩(wěn)燃器橫置，以提高氣流剛性，優(yōu)化回流區(qū)結(jié)構(gòu)，防止?fàn)t內(nèi)及噴口結(jié)焦。
在噴口兩側(cè)設(shè)計(jì)貼邊風(fēng)以保護(hù)噴口，一側(cè)貼邊風(fēng)引入穩(wěn)燃體中心以調(diào)節(jié)煤粉著火距離，防止噴口和爐內(nèi)結(jié)渣，將原鍋爐的側(cè)二次風(fēng)箱去除，原側(cè)二次風(fēng)箱位置改為貼邊風(fēng)通道，貼邊風(fēng)自二次風(fēng)箱內(nèi)引出后在連接管道上加裝調(diào)節(jié)閥門，用來調(diào)節(jié)貼邊風(fēng)量。
3.4 根據(jù)設(shè)計(jì)煤質(zhì)設(shè)計(jì)和計(jì)算噴口出口面積。為保證噴口壽命，噴口部分采用國弘鑄鋼廠生產(chǎn)的ZG35Cr26Ni12耐熱鑄鋼材料(引進(jìn)美國鋼種，耐溫1100～1300℃)，厚度采用15mm，并在噴口上加裝熱電偶，用來監(jiān)測(cè)噴口溫度。
不改變噴燃器假想切圓直徑。改造后，在冷態(tài)空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行一次風(fēng)調(diào)平工作。
4 實(shí)施改進(jìn)方案
為保證噴口使用壽命，噴口部分采用耐熱合金鑄鋼，厚度為15mm，可調(diào)部分易損面和穩(wěn)燃器迎風(fēng)面貼防磨陶瓷，這次大修一、二、三次火嘴計(jì)48只全部要更新重裝，近幾年火嘴燒壞較多，這次重新安裝，對(duì)角度位置等進(jìn)行了標(biāo)定調(diào)整，從而保證了安裝質(zhì)量，為減少火焰中心偏差創(chuàng)造了條件。
根據(jù)設(shè)計(jì)煤質(zhì)設(shè)計(jì)和計(jì)算噴口出口面積，通過計(jì)算，將下層二次風(fēng)噴口加高80mm，施工時(shí)由于位置不移，加高了60mm。
改造后的試驗(yàn)
5.1 冷態(tài)調(diào)平試驗(yàn)
試驗(yàn)主要目的驗(yàn)證燃燒器改后爐內(nèi)空氣動(dòng)力情況，同時(shí)達(dá)到一、二次風(fēng)風(fēng)速和風(fēng)量的調(diào)平，通過試驗(yàn)得知底層一次風(fēng)口裝濃淡分離器后濃淡兩相風(fēng)速差基本均衡，甲、乙角的濃淡側(cè)風(fēng)速差由于一次風(fēng)管彎頭與分離器的作用而較大，在熱態(tài)調(diào)試中通過降低擋塊高度的方法使風(fēng)速差基本均衡，調(diào)節(jié)噴口中心風(fēng)能有效地破壞回流區(qū)，達(dá)到保護(hù)噴口的作用。
5.2 熱態(tài)調(diào)平試驗(yàn)
調(diào)平四角風(fēng)量，確定佳爐內(nèi)工況，為運(yùn)行人員組織燃燒提供依據(jù)，試驗(yàn)進(jìn)行了140MW和160MW2種工況，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，爐內(nèi)溫度均勻性比改造前有所改善，試驗(yàn)確定了試驗(yàn)工況下的推薦風(fēng)速、濃度和風(fēng)門開度。
5.3 熱效率試驗(yàn)
為比較改造前后的鍋爐效率，試驗(yàn)測(cè)定了滿負(fù)荷和中等負(fù)荷下的效率，結(jié)果表明，改造前后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(dá)到鍋爐設(shè)計(jì)熱效率。
5.4 低負(fù)荷運(yùn)行試驗(yàn)
大修完畢投入生產(chǎn)運(yùn)行后，于5月22～24日分別進(jìn)行了3次低負(fù)荷試驗(yàn)，每次試驗(yàn)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間約為6～7h，負(fù)荷在95～108MW之間，試驗(yàn)觀察了燃燒器出口著火情況，在10～25m層對(duì)爐膛進(jìn)行了燃燒火焰的測(cè)量，火焰溫度采用紅外測(cè)溫儀測(cè)量，試驗(yàn)時(shí)煤質(zhì)如下：Mar=9.1%，Aar=29.72%，Vdaf=17.10%，Qnet,ad=20376kJ/kg,試驗(yàn)得出如下結(jié)論：(1)帶100MW負(fù)荷，運(yùn)行下層8只火嘴，第2層二次風(fēng)開度保持在50%，以充分發(fā)揮濃淡燃燒器作用。(2)制粉系統(tǒng)2套或1套運(yùn)行。(3)下層給粉機(jī)，風(fēng)速保持在20m/s左右，濃度在0.5～0.9kg/kg。(4)配風(fēng)時(shí)應(yīng)使?fàn)t內(nèi)溫度分布均勻，并及時(shí)補(bǔ)充燃燒所需氧量。
試驗(yàn)表明，在50%額定負(fù)荷時(shí)，鍋爐工作正常，燃燒室負(fù)壓穩(wěn)定，火檢指示明亮不閃動(dòng)，汽壓汽溫穩(wěn)定，未發(fā)生一次風(fēng)堵管、結(jié)焦等，但畢竟?fàn)t內(nèi)熱負(fù)荷大大降低爐內(nèi)火焰比投油助燃稍稍拉長一些也是正常的，已經(jīng)滿足了機(jī)組50%負(fù)荷不投助燃油的需要，改造是成功的。
6 改造后的運(yùn)行效果
半年多的運(yùn)行實(shí)踐表明，燃燒器能較好地組織爐內(nèi)燃燒，提高了鍋爐低負(fù)荷的穩(wěn)燃性能，使鍋爐能夠在低負(fù)荷下長期運(yùn)行，并能承受切換制粉系統(tǒng)的干擾，抗干擾能力強(qiáng)。
燃燒穩(wěn)定性方面。煤粉著火良好，爐膛負(fù)壓波動(dòng)較小，汽溫汽壓穩(wěn)定，未出現(xiàn)明顯結(jié)焦現(xiàn)象，至今未發(fā)生滅火，偶爾還有燃燒不穩(wěn)現(xiàn)象，這一般發(fā)生在煤質(zhì)突變之際。
6.2 運(yùn)行方面。燃燒器改進(jìn)前，即使投油助燃時(shí)，也發(fā)生過燃燒波動(dòng)情況。燃燒器改進(jìn)后，調(diào)整手段豐富，在低負(fù)荷時(shí)燃燒也非常穩(wěn)定。
6.3 節(jié)約燃油方面。燃燒器改進(jìn)前，調(diào)峰時(shí)帶120MW負(fù)荷，在140MW負(fù)荷下需投油助燃，平均調(diào)峰用油1.920t/h。改進(jìn)后調(diào)峰時(shí)帶100MW負(fù)荷，不需投油穩(wěn)燃，平均調(diào)峰用油0.209t/h。
據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)峰用油量每小時(shí)減少1.7t，按每年調(diào)峰120d，每天6h，每噸燃油2000元計(jì)，每年可節(jié)省燃油折合245萬元，考慮到助燃油量的減少，實(shí)際節(jié)油費(fèi)還不止245萬元