超臨界壓力對(duì)沖燃燒鍋爐的運(yùn)行分析與性能評(píng)價(jià)

超臨界壓力對(duì)沖燃燒鍋爐的運(yùn)行分析與性能評(píng)價(jià)

0燃燒方式燃燒方式dg1900。25.4-dg1.600mw機(jī)組1號(hào)為國(guó)內(nèi)極端壓力儲(chǔ)存，由一家有限公司設(shè)計(jì)，采用超額燃燒法。本文選擇該系列中已投產(chǎn)的7個(gè)電廠13臺(tái)鍋爐為例,對(duì)其主要參數(shù)、燃燒系統(tǒng)設(shè)備配置特點(diǎn)等進(jìn)行了介紹和分析,并結(jié)合實(shí)例提出了該系列鍋爐在投運(yùn)時(shí)需要重點(diǎn)進(jìn)行的燃燒調(diào)整試驗(yàn)工作方向,然后以沁北電廠等6臺(tái)鍋爐性能考核試驗(yàn)的實(shí)績(jī)?yōu)槔?分析和評(píng)價(jià)了該類(lèi)鍋爐的主要性能指標(biāo)特征,期望通過(guò)本文的分析、研究,更進(jìn)一步了解該系列鍋爐的燃燒設(shè)備特點(diǎn)、性能特征,明確鍋爐試運(yùn)時(shí)重點(diǎn)燃燒調(diào)整方向,為同類(lèi)鍋爐的工程應(yīng)用提供參考。1鍋爐的主要參數(shù)以下為其中已投產(chǎn)的華能沁北電廠等7個(gè)電廠在內(nèi)的13臺(tái)鍋爐BMCR工況下主要設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)。1.1鍋爐再熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓差7個(gè)電廠的600MW級(jí)鍋爐主要參數(shù)見(jiàn)表1。從表1可以看出,該類(lèi)鍋爐BMCR工況下過(guò)熱蒸汽出口壓力、過(guò)熱蒸汽出口溫度、再熱蒸汽出口溫度相同,分別為25.4MPa、571℃、569℃,而鍋爐最大出力、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽進(jìn)口溫度以及給水溫度則隨不同的汽輪機(jī)組而所不同,鍋爐再熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓差均為0.19MPa。1.2鍋爐里的煤炭7個(gè)電廠鍋爐設(shè)計(jì)燃用煤質(zhì)見(jiàn)表2。2鍋爐燃燒系統(tǒng)的設(shè)備配置2.1旋流燃燒與ht-n33目前,采用HT-NR3型旋流燃燒器,HT-NR3煤粉燃燒器主要由一次風(fēng)彎頭、文丘里管、內(nèi)二次風(fēng)裝置、外二次風(fēng)裝置、煤粉濃縮器、穩(wěn)焰環(huán)、外二次風(fēng)執(zhí)行器及燃燒器殼體等組成,圖1為HT-NR3型燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖。HT-NR3煤粉燃燒器內(nèi)二次風(fēng)為直流,依靠手柄調(diào)節(jié);外二次風(fēng)為旋流,依靠氣動(dòng)裝置進(jìn)行風(fēng)量及旋流強(qiáng)度調(diào)節(jié)。燃燒器特有的結(jié)構(gòu),可以實(shí)現(xiàn)煤粉氣流高效燃燒、低NOx排放,并具有較強(qiáng)的穩(wěn)燃能力和防止結(jié)渣能力。與LANSB旋流燃燒器相比,主要區(qū)別是HT-NR3型燃燒器取為旋流強(qiáng)度為切向調(diào)節(jié),沒(méi)有單獨(dú)布置中心風(fēng);而LANSB旋流燃燒器旋流二次風(fēng)分為兩級(jí),旋流強(qiáng)度調(diào)節(jié)方式主要為軸向調(diào)節(jié),燃燒器中設(shè)有中心風(fēng)管,用以布置點(diǎn)火設(shè)備。此外2種燃燒器的喉口部分也有差別,圖2為L(zhǎng)ANSB型燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖。采用的同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS)直流燃燒器屬于不同類(lèi)別,差別較大。2.2燃料配置對(duì)沖燃燒鍋爐在不同電廠中每層燃燒器、油槍配備方式有所不同,等離子點(diǎn)火裝置配備情況也不相同,部分電廠鍋爐燃燒設(shè)備具體配備情況見(jiàn)表3。2.2.1燃盡風(fēng)噴嘴量表以荊門(mén)電廠對(duì)沖燃燒系列Ⅱ2型鍋爐為例,煤粉燃燒器分3層,每層6只,前后墻各布置18只HT-NR3燃燒器;在前后墻距最上層燃燒器噴口一定距離處布置有1層燃盡風(fēng)噴口,前后墻各布置8只,燃燒器布置圖見(jiàn)圖3。在燃盡風(fēng)噴口中,居中位置的6個(gè)燃盡風(fēng)噴嘴主要由直流中心風(fēng)、旋流內(nèi)/外二次風(fēng)組成;位于兩側(cè)的2個(gè)側(cè)燃盡風(fēng)噴嘴主要由直流中心風(fēng)、旋流外二次風(fēng)組成,燃盡風(fēng)及側(cè)燃盡風(fēng)的風(fēng)量及旋流強(qiáng)度全部采用手動(dòng)方式調(diào)節(jié)。沁北電廠及湘潭電廠Ⅱ1型鍋爐每層配備4只煤粉燃燒器、6只燃盡風(fēng)噴口(含2只側(cè)燃盡風(fēng)噴口),太倉(cāng)電廠等4個(gè)電廠Ⅱ2型鍋爐燃燒器的配備情況與荊門(mén)電廠不同。在鍋爐容量不變條件下,每層燃燒器配備數(shù)量增多,使鍋爐沿爐膛寬度方向的熱負(fù)荷分配更均勻,有利于減少熱偏差。在Ⅱ1型、Ⅱ2型鍋爐中,煤粉燃燒器的內(nèi)二次風(fēng)及燃盡風(fēng)噴嘴的風(fēng)量調(diào)節(jié)采用手動(dòng)方式進(jìn)行,在鍋爐投運(yùn)前需要對(duì)其開(kāi)度進(jìn)行預(yù)置,在鍋爐運(yùn)行過(guò)程中,易出現(xiàn)手動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)卡澀不便調(diào)節(jié)的情況。2.2.2點(diǎn)火油槍投運(yùn)對(duì)沖燃燒鍋爐布置有點(diǎn)火油槍和啟動(dòng)油槍2種油槍。點(diǎn)火油槍主要用于點(diǎn)燃煤粉燃燒器、啟動(dòng)油槍,并起穩(wěn)燃作用;啟動(dòng)油槍主要用于暖爐,沖管及維持一定的鍋爐負(fù)荷。點(diǎn)火油槍為簡(jiǎn)單機(jī)械霧化型式,出力為250kg/h,每只煤粉燃燒器配備1只點(diǎn)火油槍,點(diǎn)火油槍投運(yùn)時(shí),依靠煤粉燃燒器的內(nèi)二次風(fēng)提供燃燒所需風(fēng)量;啟動(dòng)油槍為蒸汽霧化型式,出力在2.0t/h～3.3t/h之間,啟動(dòng)油槍投運(yùn)時(shí),依靠煤粉燃燒器的冷卻風(fēng)口在低爐膛負(fù)壓(-600Pa)條件下從大氣中提供燃燒所需風(fēng)量。在不同電廠中,啟動(dòng)油槍布置方式有所不同,其中荊門(mén)電廠和湘潭電廠在前后墻中間層煤粉燃燒器中共布置2層啟動(dòng)油槍,而其它5個(gè)電廠均布置3層啟動(dòng)油槍,除前后墻中間層外,還在前墻下層布置1層啟動(dòng)油槍。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,點(diǎn)火油槍數(shù)量較多,容易出現(xiàn)因部件故障導(dǎo)致可用率下降的情況;啟動(dòng)油槍出力較大,由于沒(méi)有設(shè)計(jì)中心風(fēng),容易出現(xiàn)根部補(bǔ)風(fēng)不足導(dǎo)致燃燒不良的狀況,在少數(shù)情況下被迫啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)補(bǔ)風(fēng)助燃。2.2.3火炬布置的布置對(duì)沖燃燒鍋爐中,汕頭電廠、太倉(cāng)電廠、荊門(mén)電廠等3個(gè)燃用煙煤的電廠的5臺(tái)鍋爐較早采用了等離子點(diǎn)火裝置,等離子點(diǎn)火裝置布置在前墻或后墻下層的6個(gè)燃燒器上。采用等離子點(diǎn)火裝置后,煤粉燃燒器的主要改造工作是將等離子燃燒器替換原來(lái)的一次風(fēng)筒,二次風(fēng)和三次風(fēng)的結(jié)構(gòu)不做修改,整個(gè)燃燒器旋流燃燒的方式不變。采用了等離子點(diǎn)火裝置的鍋爐在實(shí)際運(yùn)行中均取得了良好的節(jié)油效果,其中汕頭電廠二期鍋爐及荊門(mén)電廠7號(hào)鍋爐從沖管開(kāi)始直至168h完成的試運(yùn)全程沒(méi)有使用燃油,節(jié)油效果非常顯著。2.2.4燃燒風(fēng)箱、理火炬對(duì)沖燃燒鍋爐中,燃燒系統(tǒng)的配風(fēng)采用分層大風(fēng)箱結(jié)構(gòu),風(fēng)箱分割為1層燃盡風(fēng)風(fēng)箱、3層燃燒器風(fēng)箱,每層燃燒器風(fēng)箱和燃盡風(fēng)風(fēng)箱、風(fēng)量由入口處的風(fēng)門(mén)擋板調(diào)節(jié)。不同電廠鍋爐大風(fēng)箱配風(fēng)模式一致,但每層風(fēng)箱對(duì)應(yīng)的燃燒器數(shù)量不同,圖4為荊門(mén)電廠燃燒系統(tǒng)大風(fēng)箱布置示意圖。2.3電廠制粉系統(tǒng)對(duì)沖燃燒鍋爐均與直吹式制粉系統(tǒng)搭配,制粉系統(tǒng)均采用5運(yùn)1備方式,每套制粉系統(tǒng)向一層燃燒器供粉。沁北電廠和陽(yáng)邏電廠制粉系統(tǒng)采用ZGM113N型液力加載式中速磨,湘潭電廠制粉系統(tǒng)采用BBD4060型雙進(jìn)雙出鋼球磨,其它電廠制粉系統(tǒng)多采用HP1003型彈簧加載式中速磨。配備了等離子點(diǎn)火裝置的鍋爐,要求等離子燃燒器對(duì)應(yīng)的磨煤機(jī)有較高的可靠性,以滿(mǎn)足鍋爐啟動(dòng)及穩(wěn)燃需要;此外對(duì)沖燃燒鍋爐對(duì)于中間層燃燒器對(duì)應(yīng)的磨煤機(jī)可靠性要求也較高。3燃燒調(diào)整的重點(diǎn)對(duì)沖燃燒鍋爐在燃燒調(diào)整方面的重點(diǎn)控制方向主要是燃燒系統(tǒng)風(fēng)量配備、運(yùn)行氧量的控制以及其它相關(guān)控制措施。3.1煤器后氧量分布情況調(diào)整鍋爐二次風(fēng)采用分層大風(fēng)箱兩側(cè)進(jìn)風(fēng)的方式,試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明,在同層燃燒器旋流二次風(fēng)擋板開(kāi)度相同的情況下,同層各燃燒器間風(fēng)量分配呈現(xiàn)中間大兩邊小的特征。在進(jìn)行燃燒調(diào)整時(shí),需要結(jié)合省煤器后氧量分布情況對(duì)旋流二次風(fēng)擋板開(kāi)度進(jìn)行調(diào)整,以使同層各燃燒器間二次風(fēng)量分布均衡。經(jīng)燃燒調(diào)整試驗(yàn)后推薦沁北電廠同層4個(gè)燃燒器的旋流二次風(fēng)擋板開(kāi)度配比為60/35/35/60、太倉(cāng)電廠同層6個(gè)燃燒器的旋流二次風(fēng)擋板開(kāi)度配比為80/60/40/40/60/80或90/60/35/35/60/90、荊門(mén)電廠同層6個(gè)燃燒器的旋流二次風(fēng)擋板開(kāi)度配比為100/70/50/50/70/100或100/60/40/40/60/100,不同電廠鍋爐大風(fēng)箱阻力特性不盡相同,旋流二次風(fēng)開(kāi)度配比需要通過(guò)燃燒調(diào)整試驗(yàn)來(lái)確定,但其配比特征有相似性。3.2燃盡風(fēng)力控制燃盡風(fēng)量調(diào)整控制就是在省煤器出口氧量基本不變的前提下,通過(guò)調(diào)整燃燒區(qū)域和燃盡區(qū)域的風(fēng)量配比,實(shí)現(xiàn)煤粉高效燃燒和低NOx排放,同時(shí)燃盡風(fēng)量的控制對(duì)于防止鍋爐主汽溫、再熱器溫超溫等也至關(guān)重要。在額定負(fù)荷工況下,經(jīng)燃燒調(diào)整試驗(yàn)后推薦沁北電廠燃盡風(fēng)量控制在500t/h左右、太倉(cāng)電廠燃盡風(fēng)量控制在300t/h～350t/h、荊門(mén)電廠燃盡風(fēng)量控制在380t/h左右。不同電廠最佳燃盡風(fēng)量應(yīng)依據(jù)調(diào)整試驗(yàn)得到,燃用煙煤的鍋爐燃盡風(fēng)量控制值要小于燃用貧煤的鍋爐。3.3省煤器出口氧量影響鍋爐效率和nox含量鍋爐運(yùn)行氧量(省煤器出口氧量)的調(diào)整需要兼顧鍋爐效率和NOx排放2個(gè)方面因素,同時(shí)還需要考慮爐內(nèi)氣氛對(duì)結(jié)焦和高溫腐蝕的影響。調(diào)整試驗(yàn)表明,在省煤器出口氧量大于一定值后,飛灰含碳量下降、干煙氣熱損失升高,鍋爐效率隨之下降,同時(shí)NOx含量也隨之升高。在額定負(fù)荷工況下,經(jīng)燃燒調(diào)整試驗(yàn)后推薦沁北電廠鍋爐運(yùn)行氧量為3.0%、太倉(cāng)電廠鍋爐運(yùn)行氧量在2.8%～3.0%、荊門(mén)電廠鍋爐運(yùn)行氧量為3.0%～3.5%,此時(shí)鍋爐可以獲得較高的效率、較低的NOx排放值,同時(shí)可以控制鍋爐結(jié)焦,鍋爐整體運(yùn)行狀態(tài)比較理想。3.4磨煤機(jī)的調(diào)整在對(duì)沖燃燒鍋爐投運(yùn)過(guò)程中,較多的出現(xiàn)過(guò)鍋爐排煙溫度高的情況。實(shí)際調(diào)整情況表明,要降低排煙溫度,除需要合理控制燃盡風(fēng)量和運(yùn)行氧量以外,還需要在調(diào)節(jié)磨煤機(jī)運(yùn)行風(fēng)煤比、磨煤機(jī)出口風(fēng)溫,加強(qiáng)爐膛吹灰等方面進(jìn)行調(diào)整。荊門(mén)電廠調(diào)整試驗(yàn)后推薦風(fēng)煤比控制在1.82～2.40之間,磨煤機(jī)出口風(fēng)溫在75℃～77℃之間;太倉(cāng)電廠調(diào)整試驗(yàn)后將一次風(fēng)量控制在450t/h左右,磨煤機(jī)出口風(fēng)溫控制在75℃～77℃之間,同時(shí)強(qiáng)化了爐膛吹灰,通過(guò)上述措施,2個(gè)電廠均有效地控制了排煙溫度。4鍋爐高效節(jié)能值沁北電廠等3個(gè)電廠6臺(tái)鍋爐在經(jīng)過(guò)燃燒調(diào)整試驗(yàn)后進(jìn)行的性能考核試驗(yàn)具體指標(biāo)值見(jiàn)表4,性能考核試驗(yàn)主要結(jié)果為:(1)除荊門(mén)電廠6號(hào)鍋爐效率測(cè)試值略低于設(shè)計(jì)值外,其余5臺(tái)均達(dá)到或超過(guò)了設(shè)計(jì)值,燃用煙煤的鍋爐熱效率高于燃用貧煤的鍋爐。(2)NOx排放值均優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)值,特別是燃用煙煤的鍋爐NOx排放量很低,最低達(dá)到221mg/Nm3。(3)鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷均優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)值,燃用煙煤的鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷大大低于燃用貧煤的鍋爐。(4)鍋爐最大出力高于設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。5燃燒系統(tǒng)設(shè)備特點(diǎn)通過(guò)對(duì)600MW級(jí)超臨界壓力對(duì)沖燃燒鍋爐的燃燒設(shè)備配備特點(diǎn)、燃燒調(diào)整重點(diǎn)方向以及性能考核實(shí)績(jī)的分析、比較及研究,可以得出以下結(jié)論:(1)鍋爐既能燃用貧煤,也能燃用煙煤(包括具有強(qiáng)結(jié)渣傾向的煙煤),燃用無(wú)煙煤的鍋爐也即將投入運(yùn)行,鍋爐適用燃料范圍比較寬。(2)鍋爐燃燒系統(tǒng)設(shè)備有其自身特色,煤粉燃燒器、啟動(dòng)油槍等布置靈活;煤粉燃燒器與等離子點(diǎn)火裝置的配套使用簡(jiǎn)單易行;燃燒系統(tǒng)能夠搭配不同類(lèi)別的磨煤機(jī)。燃燒系統(tǒng)設(shè)備總體運(yùn)行情況較好,但也存在燃燒器手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置熱態(tài)時(shí)不易調(diào)節(jié)、啟動(dòng)油槍投運(yùn)時(shí)易出現(xiàn)燃燒不良等情