[0001] 本发明属于粉煤锅炉低负荷稳燃技术领域，具体涉及为一种用于电厂粉煤锅炉超低负荷的稳燃装置及方法。

[0002] 随着中国电力结构的不断优化，水电、光电等可再生能源在发电领域的占比逐步提升，这一趋势为能源结构的绿色转型提供了有力支撑。然而，可再生能源的固有特性，包括其受天气、季节及昼夜变化影响的间歇性、波动性和随机性，使得其消纳与调峰能力相较于传统的火力发电存在明显短板。为了有效破解新能源消纳难题，保障电力供应的稳定性，火电机组必须具备更为卓越的深度调峰能力。

[0003] 传统的火电机组在深度调峰过程中，面临低负荷运行时炉膛进煤量锐减、燃煤发热量大幅下降、炉膛温度显著降低等挑战，这直接导致煤粉着火延迟，燃烧稳定性显著下降，甚至可能引发锅炉灭火等安全问题。因此，低负荷稳燃技术成为火电机组技术革新的重要方向。

[0004] 目前，燃煤锅炉低负荷稳燃技术主要包括辅助燃料稳燃、等离子体稳燃、富氧稳燃及空气预热稳燃等多种技术手段。通过查阅现有技术文献及专利资料，我们发现了一系列相关技术的具体实施方案。例如，申请号为201410467276.0及201010244692.6的专利分别揭示了燃油和燃气点火稳燃系统的创新设计；而申请号为201710109787.9、201721294248.9、201810192558.2、201810867626.0、201820453959.4及201710931919.6的专利则聚焦于燃烧器、进风方式、进煤方式及煤粉浓淡分离等方面的技术改进，以提升锅炉的燃烧效率。

[0005] 此外，等离子体点火稳燃技术也备受关注，如申请号为201920041637.3及201810595813.8的专利分别提出了不同结构及工作方式的等离子体点火稳燃系统，通过等离子体技术有效点燃煤粉气流，实现稳燃目标。同时，还有一系列专利如申请号为
201210083504.5、201710661801.6、201710483595.4、201910584293.5、201920008532.8及
201920454263.8，它们采用了预热煤粉、提高一次风温度、提升磨煤机出口温度及优化煤粉细度等多种手段，旨在改善煤粉的燃烧效果。

[0006] 然而，尽管上述技术在一定程度上提升了锅炉的低负荷稳燃能力，但仍存在运行成本高、安全性不足及煤种适应性差等问题，特别是对于高阶低活性煤种的燃烧稳定性改善效果有限，难以实现大规模工业应用。

[0007] 针对这一现状，申请号为202210541607.5的中国专利提出了一种创新的煤气化耦合粉煤锅炉低负荷稳燃技术。该技术通过煤粉在气化燃烧器内的部分燃烧气化产生高温燃气，进而利用这些高温燃气补充炉膛火焰区的热量，实现锅炉的超低负荷稳燃。然而，该技术在实际应用中仍面临低负荷下煤粉浓度低、输送不稳定等挑战，且需要额外投资建立稳燃进料系统，这在现有电厂中难以实现。

[0008] 综上所述，虽然已有多种低负荷稳燃技术被提出并应用于实践，但均存在不同程度的局限性。因此，持续探索并优化低负荷稳燃技术，提高火电机组的深度调峰能力，对于保障我国电力系统的稳定运行具有重要意义。

[0030] 为了进一步阐述本发明的技术方案，下面结合附图1至4，根据设计方案及现场改造实施情况，我们通过5个实施例对本发明进行进一步说明。

[0031] 一种用于电厂粉煤锅炉超低负荷的稳燃装置，包括有煤粉输送系统与煤粉稳燃系统两部分。

[0032] （一）所述煤粉输送系统由煤粉浓淡分离器2、转子计量秤3、电动锁气器4以及引流喷射泵5组成，所述煤粉浓淡分离器2的粉煤进口201与煤粉输送管道相连，且其粉煤出口202与粉煤锅炉1的炉膛相连，所述煤粉浓淡分离器2的外侧分支口209依次通过转子计量秤
3、电动锁气器4并与引流喷射泵5的物料进口相连；所述煤粉稳燃系统包括气化燃烧器6及相配套的DCS控制系统，DCS控制系统用于控制所述气化燃烧器6的运行工况，所述引流喷射泵5的物料出口与气化燃烧器6的中心煤粉通道相连，所述引流喷射泵5用于将物料稳定输送至气化燃烧器6，二次风输送单元7与气化燃烧器6的外环二次风通道相连，蒸汽输送单元
8与气化燃烧器6底部的保护气通道相连，所述蒸汽输送单元8根据实际工况向所述气化燃烧器6内输送蒸汽和空气混合气实现炉内煤粉燃烧气化的稳定运行，所述气化燃烧器6安装在锅炉燃烧器中心，粉煤在引流喷射泵5作用下进入所述气化燃烧器6发生部分燃烧气化，气化后的气固两相流产物通过锅炉燃烧器喷入所述粉煤锅炉1的炉膛中进行燃烧。

[0033] 进一步，所述煤粉浓淡分离器2由四个连续变弯的45°弯头及两侧直管段组成，所述煤粉浓淡分离器2的全段管道内侧均设置有陶瓷防磨层，煤粉进口201为左侧直管段，煤粉出口202为右侧直管段，导流组件207位于第一个45°弯头203，煤粉输送至导流组件207时流体流动方向发生改变，流动方向沿管道切线方向，分离组件208位于第二45°弯头204，煤粉经前面第一个45°弯头203的导向作用，在第二个45°弯头204会产生分流，使得管道外侧形成煤粉浓相流，管道内侧形成煤粉稀相流，外侧分支口209位于第三个45°弯头205处，且其轴线方向与第一个45°弯头203的切线方向一致，外侧分支口209伸入管道内的连接部分内外侧均设置有陶瓷防磨层，所述煤粉浓淡分离器2的外侧分支口管径209与其进出口管径之比为1/5～1/3，分离的煤粉浓相流沿着外侧分支口209排出，稀相流沿管道内侧经第四个45°弯头206的导向作用后从直管段煤粉出口202排出。

[0034] （二）所述气化燃烧器6由三通道喷嘴和炉体组成，其中炉体由金属壳体、隔热材料和耐火浇注料组成，三通道喷嘴由柴油烘炉系统、中心煤粉通道和外环二次风通道组成，柴油烘炉系统由柴油加压雾化枪和高能点火器组成；所述气化燃烧器6的炉体分为预热段、气化段和出口段三段，出口段筒直径为气化段筒直径的1/5～1/2倍，预热段为偏心锥口，且其中心线位置向上偏离，渐缩角度90～180°，气化段为圆筒结构，底部设有蒸汽与空气混合气的保护气通道，出口段为偏心锥口，且其中心线位置向下偏离，渐缩角度30～90°。所述气化燃烧器6包括卧式/立式两种安装方式，所述气化燃烧器6的底部通过钢结构支架进行固定连接，且其顶部通过弹簧吊架进行吊装连接。

[0035] 进一步，耐火材料的允许使用温度>1200℃，耐压强度≥60MPa；隔热材料导热系数≤0.5 W/m·k。

[0036] 如图3和4所示，所述气化燃烧器6可以针对不同燃烧方式的锅炉灵活配置安装，具体的，对于对冲燃烧方式的粉煤锅炉，配置4～8套气化燃烧器，均匀布置于锅炉前墙及后墙的底层/中间层燃烧器中心位置；对于四角切圆燃烧方式的粉煤锅炉，配置4套气化燃烧器，按照四角切圆方式均匀配置在锅炉炉膛四周主燃烧器中心位置。由此可见，根据上述布置方式灵活配置。布置单层需1组4套气化燃烧器，布置双层需2组8套气化燃烧器。我们通过5个实施例对现有粉煤锅炉运行系统进行以下不同实施方式改造。实施例1

[0037] 本实施例所涉及的一种适用于电厂燃煤锅炉超低负荷的稳燃方法，以四角切圆亚临界350MW燃煤锅炉为例，以低活性的醍醐煤为原料，4台气化燃烧器以四角切圆形式布置在锅炉底部A层燃烧器中心位置，采用本发明方法可以实现燃煤锅炉在负荷105MW（30%工况）下的稳定燃烧，操作步骤如下：步骤1，气化燃烧器冷态启动，烘炉至工作温度750～950℃。具体的，气化燃烧器中的高能点火器点燃喷嘴柴油通道内经柴油枪雾化的柴油，控制燃烧器温度在600～900℃范围，并维持3～4h烘炉；
步骤2，锅炉负荷降至120～140MW（35%～40%工况）时，D磨、C磨、B磨磨煤机按顺序依次减磨并逐渐停磨，A磨进煤量控制在40～45t/h。具体的，煤粉从浓淡分离器煤粉进口进入，经分离器分离后浓相流从分离器外侧分支口流出，浓相流经转子计量秤和电动锁气器调控，控制浓相流空气与煤粉的质量比为3～3.5:1，在引流喷射泵作用下经燃烧器喷嘴的煤粉通道喷入燃烧器炉膛，控制喷嘴出口气体流速为30～45m/s；
步骤3，煤粉进入燃烧器炉膛发生部分燃烧气化，燃烧器顶部热电偶温度分别在
750～950℃、770～975℃、740～940℃范围，燃烧器内部压力控制在－0.1～＋0.1 KPa范围。热一次风温度80℃，压力1.5～2.9KPa，调节阀开度20%～40%，压差维持在700～800KPa。
3
热二次风温度234℃，压力9～14KPa，调节阀开度0～15%，流量维持在40～250m/h。

[0038] 步骤4，从蒸汽进口通入180～250℃高温水蒸气与空气的混合气，水蒸气体积含量3
20％，根据步骤3中热电偶温度灵活调控混合气流量0～50m/h，控制蒸汽进口的气体流速为15～25m/s；
步骤5，锅炉炉膛压力－150～－50Pa，燃烧器中生成的气固两相流产物喷入锅炉炉膛，喷入炉膛的速度为35～45m/s。锅炉燃用贫瘦煤醍醐煤，负荷从120～140MW（35%～40%工况）降至105MW（30%工况）并维持稳定。
实施例2

[0039] 本实施例所涉及的一种适用于电厂燃煤锅炉超低负荷的稳燃方法，以四角切圆亚临界350MW燃煤锅炉为例，以低活性的醍醐煤为原料，4台气化燃烧器以四角切圆形式布置在锅炉底部A层燃烧器中心位置，采用本发明方法可以实现燃煤锅炉在负荷88MW（25%工况）下的稳定燃烧，操作步骤如下：步骤1，气化燃烧器冷态启动，烘炉至工作温度750～950℃。具体的，气化燃烧器中的高能点火器点燃喷嘴柴油通道内经柴油枪雾化的柴油，控制燃烧器温度在700～900℃范围，并维持3～4h烘炉；
步骤2，锅炉负荷降至105～120MW（30%～35%工况）时，D磨、C磨、B磨磨煤机按顺序依次减磨并逐渐停磨，A磨进煤量控制在35～40t/h。具体的，煤粉从浓淡分离器煤粉进口1进入，经分离器分离后浓相流从分离器外侧分支口流出，浓相流经转子计量秤和电动锁气器调控，控制浓相流空气与煤粉的质量比为2.5～3:1，在引流喷射泵作用下经燃烧器喷嘴的煤粉通道喷入燃烧器炉膛，控制喷嘴出口气体流速为25～40m/s；
步骤3，煤粉进入燃烧器炉膛发生部分燃烧气化，燃烧器顶部热电偶温度分别在
780～960℃、800～980℃、760～950℃范围，燃烧器内部压力控制在－0.15～＋0.05 KPa范围。热一次风温度79℃，压力1.4～1.8KPa，调节阀开度20%～45%，压差维持在600～700KPa。
热二次风温度238℃，压力7～10KPa，调节阀开度0～7%，流量维持在50～200m3/h。

[0040] 步骤4，从蒸汽进口通入180～250℃高温水蒸气与空气的混合气，水蒸气体积含量3
15％，根据步骤3中热电偶温度灵活调控混合气流量0～40m/h，控制蒸汽进口的气体流速为15～20m/s；
步骤5，锅炉炉膛压力－150～－50Pa，燃烧器中生成的气固两相流产物喷入锅炉炉膛，喷入炉膛的速度为30～40m/s。锅炉燃用贫瘦煤醍醐煤，负荷从105～120MW（30%～35%工况）降至88MW（25%工况）并维持稳定。
实施例3

[0041] 本实施例所涉及的一种适用于电厂燃煤锅炉超低负荷的稳燃方法，以四角切圆亚临界350MW燃煤锅炉为例，以低活性的醍醐煤为原料，4台气化燃烧器以四角切圆形式布置在锅炉底部A层燃烧器中心位置，采用本发明方法可以实现燃煤锅炉在负荷70MW（20%工况）下的稳定燃烧，操作步骤如下：步骤1，气化燃烧器冷态启动，烘炉至工作温度750～950℃。具体的，气化燃烧器中的高能点火器点燃喷嘴柴油通道内经柴油枪雾化的柴油，控制燃烧器温度在750～900℃范围，并维持3～4h烘炉；
步骤2，锅炉负荷降至88～105MW（25%～30%工况）时，D磨、C磨、B磨磨煤机按顺序依次减磨并逐渐停磨，A磨进煤量控制在30～35t/h。具体的，煤粉从浓淡分离器煤粉进口进入，经分离器分离后浓相流从分离器外侧分支口流出，浓相流经转子计量秤和电动锁气器调控，控制浓相流空气与煤粉的质量比为2～2.5:1，在引流喷射泵作用下经燃烧器喷嘴的煤粉通道喷入燃烧器炉膛，控制喷嘴出口气体流速为20～35m/s；
步骤3，煤粉进入燃烧器炉膛发生部分燃烧气化，燃烧器顶部热电偶温度分别在
800～960℃、820～980℃、780～940℃范围，燃烧器内部压力控制在－0.18～＋0.08KPa范围。热一次风温度65℃，压力0.9～1.1KPa，调节阀开度30%～60%，压差维持在500～600KPa。
3
热二次风温度220℃，压力6～9KPa，调节阀开度0～5%，流量维持在30～130m/h。

[0042] 步骤4，从蒸汽进口通入180～250℃高温水蒸气与空气的混合气，水蒸气体积含量3
10％，根据步骤3中热电偶温度灵活调控混合气流量0～30m/h，控制蒸汽进口的气体流速为14～18m/s；
步骤5，锅炉炉膛压力－150～－50Pa，燃烧器中生成的气固两相流产物喷入锅炉炉膛，喷入炉膛的速度为25～30m/s。锅炉燃用贫瘦煤醍醐煤，负荷从88～105MW（25%～30%工况）降至70MW（20%工况）并维持稳定。
实施例4

[0043] 本实施例所涉及的一种适用于电厂燃煤锅炉超低负荷的稳燃方法，以四角切圆亚临界350MW燃煤锅炉为例，以低活性的北辛窑煤为原料，4台气化燃烧器以四角切圆形式布置在锅炉底部A层燃烧器中心位置，采用本发明方法可以实现燃煤锅炉在负荷70MW（20%工况）下的稳定燃烧，操作步骤如下：步骤1，气化燃烧器冷态启动，烘炉至工作温度750～950℃。具体的，气化燃烧器中的高能点火器点燃喷嘴柴油通道内经柴油枪雾化的柴油，控制燃烧器温度在750～900℃范围，并维持3～4h烘炉；
步骤2，锅炉负荷降至88～105MW（25%～30%工况）时，D磨、C磨、B磨磨煤机按顺序依次减磨并逐渐停磨，A磨进煤量控制在32～36t/h。具体的，煤粉从浓淡分离器煤粉进口进入，经分离器分离后浓相流从分离器外侧分支口流出，浓相流经转子计量秤和电动锁气器调控，控制浓相流空气与煤粉的质量比为2～2.5:1，在引流喷射泵作用下经燃烧器喷嘴的煤粉通道喷入燃烧器炉膛，控制喷嘴出口气体流速为21～36m/s；
步骤3，煤粉进入燃烧器炉膛发生部分燃烧气化，燃烧器顶部热电偶温度分别在
820～960℃、840～970℃、810～950℃范围，燃烧器内部压力控制在－0.15～＋0.05KPa范围。热一次风温度67℃，压力0.8～1.2KPa，调节阀开度25%～50%，压差维持在400～550KPa。
3
热二次风温度225℃，压力7～9.5KPa，调节阀开度0～6%，流量维持在40～140m/h。

[0044] 步骤4，从蒸汽进口通入180～250℃高温水蒸气与空气的混合气，水蒸气体积含量3
10％，根据步骤3中热电偶温度灵活调控混合气流量0～35m/h，控制蒸汽进口的气体流速为15～20m/s；
步骤5，锅炉炉膛压力－150～－50Pa，燃烧器中生成的气固两相流产物喷入锅炉炉膛，喷入炉膛的速度为26～32m/s。锅炉燃用贫瘦煤北辛窑煤，负荷从88～105MW（25%～
30%工况）降至70MW（20%工况）并维持稳定。
实施例5

[0045] 本实施例所涉及的一种适用于电厂燃煤锅炉超低负荷的稳燃方法，以前后墙对冲式超临界350MW燃煤锅炉为例，以低活性的北辛窑煤为原料，8台气化燃烧器采用前后墙对称布置方式，前墙布置4台，同层后墙布置4台，采用本发明方法可以实现燃煤锅炉在负荷88MW（25%工况）下的稳定燃烧，操作步骤如下：
步骤1，气化燃烧器冷态启动，烘炉至工作温度800～980℃。具体的，气化燃烧器中的高能点火器点燃喷嘴柴油通道内经柴油枪雾化的柴油，控制燃烧器温度在850～950℃范围，并维持3～4h烘炉；
步骤2，锅炉负荷降至105～120MW（30%～35%工况）时，上部前墙3号磨、上部后墙6号磨、底部前墙1号磨、底部后墙5号磨磨煤机依次减磨并停磨，减磨过程中前后墙对应磨煤机保持同步出力，控制中间层前墙2号磨、中间层后墙4号磨进煤量在20～25t/h。具体的，煤粉从浓淡分离器煤粉进口进入，经分离器分离后浓相流从分离器外侧分支口流出，浓相流经转子计量秤和电动锁气器调控，控制浓相流空气与煤粉的质量比为2.5～3:1，在引流喷射泵7作用下经燃烧器喷嘴的煤粉通道喷入燃烧器炉膛，控制喷嘴出口气体流速为25～
35m/s；
步骤3，煤粉进入燃烧器炉膛发生部分燃烧气化，燃烧器顶部热电偶温度分别在
840～960℃、860～980℃、830～940℃范围，燃烧器内部压力控制在－0.15～＋0.05 KPa范围。热一次风温度270℃，压力8～11KPa，调节阀开度25%～50%，压差维持在60～100KPa。热
3
二次风温度360℃，压力0.5～1.5KPa，调节阀开度0～5%，流量维持在40～170m/h。

[0046] 步骤4，从蒸汽进口通入180～250℃高温水蒸气与空气的混合气，水蒸气体积含量3
8％，根据步骤3中热电偶温度灵活调控混合气流量0～25m/h，控制蒸汽进口的气体流速为
12～17m/s；
步骤5，锅炉炉膛压力－30～－80Pa，燃烧器中生成的气固两相流产物喷入锅炉炉膛，喷入炉膛的速度为40～45m/s。锅炉燃用贫瘦煤北辛窑煤，负荷从105～120MW（30%～35%工况）降至88MW（25%工况）并维持稳定。

[0047] 综上所示，经过改造投入使用，粉煤锅炉运行工况降低至机组负荷的20%以下，煤粉燃尽率高，满足超低负荷调峰要求。

[0048] 在煤粉燃烧系统中，除了气化燃烧器的设计优化外，煤粉量及浓度的精确调控对于保证锅炉的稳定运行同样至关重要。

[0049] 如附图1所示，我们在煤粉浓淡分离器的外侧分支口上特别设置了调节阀9。通过精细调节调节阀9，我们可以有效控制外侧分支口的截面大小，进而实现对煤粉量及浓度的精确调控。这一设计使得系统能够根据实时工况变化，灵活调整煤粉的供给，确保气化燃烧器内煤粉燃烧气化的稳定性和高效性。

[0050] 本实施例通过引入煤粉量及浓度调控机制和优化气化燃烧器的配置方式，进一步提高了粉煤锅炉的运行效率和稳定性，满足了超低负荷调峰要求。这一成果不仅展示了我们在煤粉燃烧技术领域的创新实力，也为燃煤锅炉的节能减排和高效运行提供了有力的技术支持。

[0051] 以上显示和描述了本发明的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明的具体实施方式并不仅限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明的创造思想和设计思路，应当等同属于本发明技术方案中所公开的保护范围。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

[0052] 此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。