電站鍋爐少油點火燃燒裝置的應(yīng)用

電站鍋爐少油點火燃燒裝置的應(yīng)用

1點火控制項目由于兩臺機(jī)組的2號爐的前體積大，變化速度快，鍋爐的運行，尤其是低負(fù)荷運行的燃燒穩(wěn)定性差，因此需要大量的燃料投資和燃燒。為使該爐低負(fù)荷調(diào)峰斷油穩(wěn)燃、節(jié)約點火用油,2003年8月的大修中,將原來的一次風(fēng)直流燃燒器全部改為少油點火、濃淡加熱回流穩(wěn)燃型煤粉燃燒器。2燃料消耗少，燃料加熱回火穩(wěn)定，燃料測定系數(shù)高，點燃油和穩(wěn)定燃燒2.1油燃燒少2.1.1少油點火燃燒裝置電站鍋爐的點火油槍一般是布置在二次風(fēng)噴嘴內(nèi),即所謂“大油槍”。對于單一的煤粉噴嘴來說,大油槍中大約1/4的發(fā)熱量參與其一次風(fēng)煤粉射流的對流換熱,所以大油槍點火的效率不高。這種點火方式點火時間長、耗油量大。據(jù)資料介紹:一臺125MW機(jī)組鍋爐從點火到帶滿負(fù)荷,時間不短于9h,其中燒油時間7～8h,啟動一次耗油量約30t。一臺200MW機(jī)組鍋爐點火一次耗油70t以上。少油點火燃燒裝置將油槍布置在一次風(fēng)的噴嘴中,該油槍的發(fā)熱量全部用于一次風(fēng)煤粉氣流的升溫,這樣的油槍穩(wěn)燃效果最好,油槍的容量可以比放在二次風(fēng)噴嘴中的大油槍小得多,稱之為“小油槍”。這種燃燒裝置在鍋爐的啟動階段或穩(wěn)燃階段用小油槍火炬點燃一次風(fēng)煤粉射流燃燒。由于油火焰燃燒穩(wěn)定,小油槍熱負(fù)荷的設(shè)計滿足煤粉氣流的著火熱,煤粉氣流就可以穩(wěn)定充分著火,這樣形成了煤粉火焰與油火焰的相互支持,從而產(chǎn)生了以煤代油的燃燒效果。少油點火燃燒裝置的燃油熱負(fù)荷僅占一次風(fēng)煤粉噴嘴熱負(fù)荷的6%～13%,不會引起燃燒器的燒壞與結(jié)渣。少油點火燃燒裝置已成功應(yīng)用于全國200臺電站鍋爐(150～2008t/h)直流煤粉燃燒器技術(shù)改造上,具有節(jié)油效果顯著(冷爐啟動計算節(jié)油率大于30%～72%),附加阻力不大,改造工作量小和安全可靠等優(yōu)點。2.1.2煤粉與煤粉混合物所需的一次風(fēng)射流的熱反應(yīng)以貧煤為例,燃燒1kg煤粉的理論空氣量:V0=0.238Qnet,ar+2500900V0=0.238Qnet,ar+2500900(1)式中Qnet,ar—煤粉的低位發(fā)熱量,kJ/kg。一次風(fēng)率取20%,燃燒器的過量空氣系數(shù)為1.15,空氣密度為1.293kg/m3,則1kg煤粉所對應(yīng)的一次風(fēng)射流的空氣質(zhì)量用式(2)計算:Ma=0.2×1.15×1.293V0=0.297V0(2)設(shè)煤粉濃度μ為0.5kg/kgair,煤粉的著火溫度Ti取750℃,點火時一次風(fēng)粉混合溫度Tmf取50℃,空氣的比熱ck取1.028kJ/(kg·℃),煤粉的比熱cmf取1.09kJ/(kg·℃),則1kg煤粉對應(yīng)的一次風(fēng)粉混合物所需的著火熱Q1為:Q1=maQi=327.4V0Qi=(ck+μcmf)(Ti-Tmf)式中Qi—對應(yīng)1kg空氣的煤粉氣流的著火熱,kJ/kg。燃燒器的熱功率為Wr,燃煤的發(fā)熱量為Qnet,ar,燃油的發(fā)熱量為Qynet,ar,設(shè)小油槍的容量滿足一次風(fēng)風(fēng)粉混合物的著火熱,則冷爐點火時少油點火燃燒裝置的容量A1為:A1=Q1WrQnet,arQynet,arA1=Q1WrQnet,arQnet,ary2.2碳熱粉燃燒法的穩(wěn)阻2.2.1含煤粉量較低的風(fēng)粉氣流在爐稈水冷壁內(nèi)隨燃燒,有利于穩(wěn)燃和燃盡料在四角切向燃燒煤粉鍋爐中,通過安裝于煤粉燃燒器前一次風(fēng)送粉管道上的的煤粉濃縮器,把濃度約為0.4～0.5kg/kg的一次風(fēng)煤粉氣流在水平方向上分成濃淡兩股煤粉氣流,其中一股為高濃度煤粉氣流,濃煤粉氣流的煤粉濃度可以達(dá)到0.7～0.9kg/kg,含一次風(fēng)粉中大部分煤粉,這股氣流位于向火側(cè)。另一股的煤粉濃度很低,淡煤粉氣流的煤粉濃度可以達(dá)到0.2～0.1kg/kg,以空氣為主,位于背火側(cè)。在背火側(cè)布置側(cè)二次風(fēng)的一種新型煤粉燃燒器。濃一次風(fēng)煤粉氣流在向火側(cè)的著火區(qū)域形成了高溫、高濃度區(qū)域,煤粉濃度的提高,可以降低著火點的溫度,減少著火熱,火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?有利于穩(wěn)燃。濃一次風(fēng)煤粉氣流著火后,淡一次風(fēng)煤粉氣流逐漸混入,符合隨燃燒進(jìn)行供風(fēng)的原則,有利于煤粉的燃盡。淡一次風(fēng)煤粉氣流和側(cè)二次風(fēng)在背火側(cè)噴入,從而在爐膛水冷壁附近形成氧化性氣氛和較低的溫度環(huán)境,可以防止結(jié)渣。另外,由于濃淡兩股氣流偏離化學(xué)當(dāng)量比燃燒,因此有利于降低NOx的排放量。2.2.2回流區(qū)范圍的變化在噴口處布置水平V形擴(kuò)錐鈍體,出口外緣有翻邊。一次風(fēng)煤粉氣流混合物繞流V形擴(kuò)錐鈍體后,由于一次風(fēng)的卷吸作用,在V形擴(kuò)錐鈍體后方造成一定的負(fù)壓梯度,使高溫?zé)煔夥聪蛄骰貒娮旄?從而在一次風(fēng)內(nèi)形成一個高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū),見圖1。一次風(fēng)煤粉氣流在出口處受到回流區(qū)內(nèi)回流煙氣的加熱,使煤粉氣流迅速達(dá)到著火溫度。試驗表明:V形擴(kuò)錐鈍體出口處的翻邊增大了回流區(qū)的尺寸和回流煙氣量,增強(qiáng)了燃燒器的穩(wěn)燃性能。由于V形擴(kuò)錐鈍體為波浪形,在波浪形的凸處和凹處,氣流速度分布呈明顯交錯,見圖1。這種速度交錯增大了煤粉氣流和回流煙氣的接觸面積。與無翻邊的直線形擴(kuò)錐相比,波形擴(kuò)錐后方回流區(qū)邊界的紊流交換系數(shù)提高了80%～100%,這種強(qiáng)烈的紊流交換,強(qiáng)化了一次風(fēng)與回流區(qū)的熱量和質(zhì)量交換,對著火極為有利。試驗得出,回流區(qū)長度L、最大寬度B與擴(kuò)錐厚度D之比分別為:L/D=2.1、B/D=1.1,回流區(qū)回流量Q回與一次風(fēng)量Q1之比為Q回/Q1=0.1。擴(kuò)錐的阻塞率較小,約為30%,且由于錐體橫向布置,氣流剛性強(qiáng),不易偏轉(zhuǎn)貼墻,可避免結(jié)渣。3少油燃燒型強(qiáng)加熱和回火炮的應(yīng)用3.1煤粉爐燃燒時間某發(fā)電廠2號鍋爐是東方鍋爐廠設(shè)計制造的DG-670/13.7-8A型亞臨界自然循環(huán)、單爐膛、一次中間再熱汽包煤粉爐,四角切圓燃燒,中儲式熱風(fēng)送粉制粉系統(tǒng)。鍋爐設(shè)計煤種為晉中貧煤,直流燃燒器四角布置,煤粉燃燒器中心線在爐內(nèi)形成的假想切圓直徑為?736mm。3.2燒器分級標(biāo)準(zhǔn)鍋爐爐膛截面尺寸為11920mm×10880mm,高度為42500mm。煤粉燃燒器布置在爐膛四周,火焰在爐膛中心形成假想切圓,其直徑為?736mm。鍋爐原先的燃燒器為夾心風(fēng)直流燃燒器。燃燒器分上下兩組布置,下組燃燒器噴口自下而上依次為:底部二次風(fēng)(AA)、一次風(fēng)(A)、一次風(fēng)(B)、二次風(fēng)(BB)、油二次風(fēng)(BC);上組燃燒器噴口自下而上依次為:二次風(fēng)(CC)、一次風(fēng)(C)、一次風(fēng)(D)、二次風(fēng)(DD)、二次風(fēng)(EE-LNOFA)、三次風(fēng)(XX)、三次風(fēng)(YY)。假想切圓直徑為?736mm,三次風(fēng)(XX)、三次風(fēng)(YY)反切12°。燃燒器改造后,4層一次風(fēng)火嘴改為濃淡加熱回流煤粉燃燒器。煤粉燃燒器設(shè)計參數(shù)見表1。3.3次風(fēng)試驗及燃燒裝置根據(jù)電廠的煤質(zhì)特性與燃燒系統(tǒng)設(shè)計特點,提出如下技術(shù)改造措施:(1)一次風(fēng)噴口全部改為濃淡加熱回流煤粉燃燒器噴口由立隔板將氣流分為濃淡兩股,其中濃側(cè)裝有V形擴(kuò)錐鈍體,與噴口為焊接連接。噴口和V形擴(kuò)錐鈍體的材質(zhì)為耐熱耐磨鑄鋼。改造后的燃燒器設(shè)計一次風(fēng)速為25m/s;側(cè)二次風(fēng)風(fēng)量一般不超過二次風(fēng)量的10%,側(cè)二次風(fēng)風(fēng)速為35.0m/s。側(cè)二次風(fēng)的好處在于可以防止可能產(chǎn)生的燃燒器區(qū)嚴(yán)重結(jié)渣或高溫腐蝕。(2)煤粉濃縮器的設(shè)計濃縮器為百葉窗式煤粉濃縮器,主要由葉片、濃縮器殼體組成。每個濃縮器內(nèi)裝有4只葉片。從濃縮器入口開始,第一級葉片為手動可調(diào)式葉片,葉片為耐磨鑄鋼,可調(diào)位置分三檔,分別為0°、15°和30°。該級葉片的設(shè)計角度為30°。另外三只葉片固定。部分葉片做成可調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)葉片,根據(jù)需要,可以控制濃淡兩側(cè)的煤粉濃度和兩股氣流的風(fēng)量?？梢詫⒌蛽]發(fā)分燃料濃側(cè)的煤粉濃度提高1倍。水平濃淡風(fēng)煤粉濃縮器設(shè)計參數(shù)如下:葉片數(shù)為4,濃縮比RC為4.5,濃淡風(fēng)比RQ為2/3,濃煤粉氣流濃度為0.85kg/kg,空截面風(fēng)速為20.5m/s,阻力損失為300Pa。結(jié)構(gòu)見圖2。(3)少油點火燃燒裝置的容量計算在最下層一次風(fēng)口加少油點火燃燒裝置(即小油槍),主要是將小油槍經(jīng)一次風(fēng)管斜插入到噴口,油槍噴出的油霧應(yīng)與噴口出口的濃側(cè)一次風(fēng)氣流相混合,這樣小油槍的穩(wěn)燃效果會更好,小油槍的出力在350kg/h左右。計算結(jié)果見表2。3.4改造效果3.4.1內(nèi)回流區(qū)、爐硫酸區(qū)根據(jù)等溫冷態(tài)?；?調(diào)整好一、二次風(fēng)速。一次風(fēng)在流經(jīng)V形擴(kuò)錐鈍體時收縮,在噴口附近形成內(nèi)、外回流區(qū)。內(nèi)回流區(qū)的長度約為400mm,寬度約為240mm,內(nèi)回流區(qū)呈橢圓錐狀,具有強(qiáng)烈的渦流作用。爐膛中心不是無風(fēng)區(qū),而是有一個3.0～3.2m/s的弱風(fēng)區(qū),見圖3。在爐膛中心形成的一個長軸為8400mm,短軸為7800mm的強(qiáng)風(fēng)環(huán)。強(qiáng)風(fēng)環(huán)的最大速度為9.3～10m/s。3.4.2小油槍點火燃燒少油點火燃燒裝置配4只350kg/h點火小油槍,當(dāng)鍋爐啟動送、引風(fēng)機(jī)正常,一次風(fēng)壓調(diào)整好后,即可點燃小油槍。調(diào)整一次風(fēng)量使小油槍燃燒正常,待對流過熱器煙溫達(dá)到220℃時投1～2臺給粉機(jī)運行,投粉后注意調(diào)整一次風(fēng)壓,適時開啟下二次風(fēng)擋板,保證爐膛燃燒穩(wěn)定。某發(fā)電廠2號鍋爐經(jīng)過1年多的運行試驗證明,小油槍點火燃燒裝置的應(yīng)用具有點火速度快、操作簡單、升溫、升壓速度快、節(jié)油效果明顯、低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒性能提高等優(yōu)點。采用小油槍點火燃燒裝置節(jié)油率可達(dá)45%以上。3.4.3固定負(fù)荷下鍋爐的效率由表3可以看出:改造后鍋爐在額定負(fù)荷下效率達(dá)90.9%。3.4.4次風(fēng)投運方式鍋爐低負(fù)荷斷油穩(wěn)燃特性試驗時的煤質(zhì)為:Mt=6.4%,Aar=43.95%,Vdaf=17.36%,Qnet,ar=21032kJ/kg。投運一套制粉系統(tǒng)。低負(fù)荷試驗是從150MW負(fù)荷開始,降負(fù)荷幅度小于1.5%額定負(fù)荷/分鐘,測定一次風(fēng)出口氣流溫度及爐膛火焰中心溫度,投粉的四角一次風(fēng)噴口氣流溫度為850～950℃,火焰中心溫度為1380～1450℃。降低上二排給粉機(jī)轉(zhuǎn)速,側(cè)邊風(fēng)擋板開度關(guān)小,約為15%～20%。機(jī)組負(fù)荷降到330t/h時,給粉機(jī)投運方式為:一、二層給粉機(jī)全部投運,三層投運1號、3號,四層投運2號,投粉的一次風(fēng)噴口氣流溫度800～900℃,火焰中心溫度為1320～1380℃。機(jī)組負(fù)荷繼續(xù)降到300t/h時,機(jī)組的電負(fù)荷為100MW,50%ECR。投粉的四角一次風(fēng)噴口氣流溫度為700～750℃,火焰中心溫度為1200～1300℃。鍋爐低負(fù)荷斷油穩(wěn)燃工況運行結(jié)果見表4。4汽參數(shù)穩(wěn)定減水溫流量某發(fā)電廠DG670/13.7-8A型鍋爐采用濃淡加熱回流煤粉燃燒器改造