鄭州熱電廠670t/h鍋爐原低穩(wěn)燃負荷為160MW，1994年改為船體穩(wěn)燃器后可達140MW，根據(jù)調(diào)度要求200MW機組調(diào)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。由于我國燃油氣資源緊缺，價格上漲，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荷下煤粉的穩(wěn)燃技術(shù)，提高低負荷穩(wěn)燃能力及運行的安全性和經(jīng)濟性。

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國產(chǎn)670t/h鍋爐普遍存在低負荷穩(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)峰負荷時穩(wěn)燃的生產(chǎn)實際要求。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)計煤種，并且煤質(zhì)變化較大，對鍋爐運行帶來很大困難，煤質(zhì)差時，低負荷穩(wěn)燃能力差；煤質(zhì)好時高負荷著火過于提前，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，特別是在低負荷時，要投油穩(wěn)定燃燒，雖經(jīng)努力使鍋爐可以120MW斷油運行，達到了船體的好水平，但仍不能滿足調(diào)峰需要，影響了機組安全經(jīng)濟運行。
我廠經(jīng)過廣泛調(diào)研后，決定采用浙江大學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)在低負荷時采用濃縮煤粉及翼形穩(wěn)燃器，在高負荷及煤質(zhì)變好時，調(diào)節(jié)煤粉濃淡比，直至不濃縮，并采用中心調(diào)節(jié)風防止噴口結(jié)焦及燒壞，同時配以噴口超溫報警系統(tǒng)。
設(shè)備概況
型號：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(進口/出口)：2.63/2.38MPa；蒸汽溫度(出口/進口)：312/540℃。
配套汽輪發(fā)電機額定功率：200MW。
制粉系統(tǒng)：4套鋼球磨中間儲倉制熱風送粉系統(tǒng)。
排渣方式：固態(tài)排渣。
設(shè)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(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，逆時針旋轉(zhuǎn)，燃燒器分上下2組，共4只一次風口(一、三層為船體燃燒器)，6只二次風口和2只三次風口，燃燒器采用均等配風方式，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。當氣粉混合物流過導(dǎo)向擋板時，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)試驗結(jié)果，濃淡側(cè)煤粉濃度比例可達10～12∶1，濃淡兩側(cè)速度基本均衡，當導(dǎo)塊高度改變時，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的著火溫度和著火點，可縮短一次風著火時間并可以提高火焰的傳播速度，因此可以起到強化著火和穩(wěn)定燃燒的目的；

另外因為水平濃淡在爐內(nèi)形成水平方向上的分級燃燒也有利于降低NOx的排放量。為了進一步加強穩(wěn)燃效果，噴口設(shè)計成帶翼形穩(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，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：(1)調(diào)峰幅度大；(2)著火點位置可調(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%及以上負荷運行時燃燒穩(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(jù)燃燒原理，爐內(nèi)有1層一次風著火穩(wěn)定，將改善整個爐膛的著火穩(wěn)定狀態(tài)。因而改下組燃燒器的一層，可達到預(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(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)，以強化低負荷穩(wěn)燃性能，設(shè)計時按濃側(cè)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(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)，防止爐內(nèi)及噴口結(jié)焦。
在噴口兩側(cè)設(shè)計貼邊風以保護噴口，一側(cè)貼邊風引入穩(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)二次風箱去除，原側(cè)二次風箱位置改為貼邊風通道，貼邊風自二次風箱內(nèi)引出后在連接管道上加裝調(diào)節(jié)閥門，用來調(diào)節(jié)貼邊風量。
3.4 根據(jù)設(shè)計煤質(zhì)設(shè)計和計算噴口出口面積。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)空氣動力場試驗同時進行一次風調(diào)平工作。
4 實施改進方案
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)燃器迎風面貼防磨陶瓷，這次大修一、二、三次火嘴計48只全部要更新重裝，近幾年火嘴燒壞較多，這次重新安裝，對角度位置等進行了標定調(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)計煤質(zhì)設(shè)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，施工時由于位置不移，加高了60mm。
改造后的試驗
5.1 冷態(tài)調(diào)平試驗
試驗主要目的驗證燃燒器改后爐內(nèi)空氣動力情況，同時達到一、二次風風速和風量的調(diào)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(cè)風速差由于一次風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速差基本均衡，調(diào)節(jié)噴口中心風能有效地破壞回流區(qū)，達到保護噴口的作用。
5.2 熱態(tài)調(diào)平試驗
調(diào)平四角風量，確定佳爐內(nèi)工況，為運行人員組織燃燒提供依據(jù)，試驗進行了140MW和160MW2種工況，根據(jù)測量結(jié)果，爐內(nèi)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
為比較改造前后的鍋爐效率，試驗測定了滿負荷和中等負荷下的效率，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%，均達到鍋爐設(shè)計熱效率。
5.4 低負荷運行試驗
大修完畢投入生產(chǎn)運行后，于5月22～24日分別進行了3次低負荷試驗，每次試驗穩(wěn)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，火焰溫度采用紅外測溫儀測量，試驗時煤質(zhì)如下：Mar=9.1%，Aar=29.72%，Vdaf=17.10%，Qnet,ad=20376kJ/kg,試驗得出如下結(jié)論：(1)帶100MW負荷，運行下層8只火嘴，第2層二次風開度保持在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(yīng)使爐內(nèi)溫度分布均勻，并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(wěn)定，火檢指示明亮不閃動，汽壓汽溫穩(wěn)定，未發(fā)生一次風堵管、結(jié)焦等，但畢竟爐內(nèi)熱負荷大大降低爐內(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(nèi)燃燒，提高了鍋爐低負荷的穩(wěn)燃性能，使鍋爐能夠在低負荷下長期運行，并能承受切換制粉系統(tǒng)的干擾，抗干擾能力強。
燃燒穩(wěn)定性方面。煤粉著火良好，爐膛負壓波動較小，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 運行方面。燃燒器改進前，即使投油助燃時，也發(fā)生過燃燒波動情況。燃燒器改進后，調(diào)整手段豐富，在低負荷時燃燒也非常穩(wěn)定。
6.3 節(jié)約燃油方面。燃燒器改進前，調(diào)峰時帶120MW負荷，在140MW負荷下需投油助燃，平均調(diào)峰用油1.920t/h。改進后調(diào)峰時帶100MW負荷，不需投油穩(wěn)燃，平均調(diào)峰用油0.209t/h。
據(jù)統(tǒng)計調(diào)峰用油量每小時減少1.7t，按每年調(diào)峰120d，每天6h，每噸燃油2000元計，每年可節(jié)省燃油折合245萬元，考慮到助燃油量的減少，實際節(jié)油費還不止245萬元