沙角c電廠鍋爐微油點火技術(shù)應用試驗分析

沙角c電廠鍋爐微油點火技術(shù)應用試驗分析

隨著國際燃料價格的提高，燃料電廠的動態(tài)和低負荷燃燒成本不斷增加。為了降低成本，提高供電效率，所有發(fā)電處理廠都采用了少油和小油燃燒技術(shù)。目前,國內(nèi)有多家專業(yè)機構(gòu)對微油點火技術(shù)進行了研究和開發(fā),并在國內(nèi)多個電廠進行了推廣應用,其用于鍋爐的冷態(tài)和熱態(tài)點火啟動,實際節(jié)油量可以達到60%左右。微油點火助燃技術(shù)在煙煤等易燃煤種的使用較為成熟,冷態(tài)點火燃燒情況較好,但是,對于低揮發(fā)分貧煤和無煙煤,點火啟動仍需要使用大油槍助燃。運行過程中需要做好防爆燃工作,解決燃燒安全性問題。改造后燃燒器的防磨和防燒損設計存在一定的不足。另外,微油槍的可靠性不高,不能隨時可靠投入運行,改造后均保留大油槍。1煤粉點火燃燒煤粉技術(shù)微油點火的點火源為微油高能氣化油槍,它利用空氣霧化使燃料油形成超細油滴后通過高能點火器引燃,利用獨特設計的燃燒器對燃油進行加熱,使燃油在極短的時間內(nèi)蒸發(fā)氣化并著火。由于采用了氣化燃燒原理,火焰剛性強、長度短,火焰根部呈白熾狀態(tài),燃燒強度很高,火焰平均溫度可達1500~2000℃。溫度高、長度短的油火炬為用微量油點燃第一級煤粉提供了充分保障。氣化油槍著火后將高溫油(氣)火焰引入煤粉燃燒器一級燃燒室,當濃相煤粉通過火焰中心時,煤粉溫度急劇升高、破裂粉碎,釋放出大量的揮發(fā)分,并迅速著火燃燒。已著火燃燒的濃相煤粉在二級燃燒室內(nèi)與稀相煤粉混合并點燃稀相煤粉,實現(xiàn)了煤粉的分級燃燒,燃燒能量逐級放大,達到點火并加速煤粉燃燒的目的,減少了煤粉燃燒所需引燃能量,滿足了鍋爐啟、停及低負荷穩(wěn)燃的需求。采用微油點火燃燒技術(shù),實現(xiàn)鍋爐冷爐啟動時用微量的油(對應單只煤粉燃燒器用油量50~60kg/h,改造前的WRTE點火油槍單支出力為1623kg/h)在專門設計的燃燒器內(nèi)直接點燃煤粉,從而達到以煤代油啟動鍋爐的目的。在停爐、低負荷穩(wěn)燃時可以將該燃燒器投入,用微量的油穩(wěn)定鍋爐燃燒。該技術(shù)可大幅減少電廠鍋爐點火啟動和助燃用油,降低發(fā)電成本,提高經(jīng)濟效益和社會效益。2沙角c工廠微油消耗改造2.1鍋爐燃燒系統(tǒng)m沙角C電廠3×660MW機組鍋爐是美國ABB-CE公司設計生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、單汽包中間再熱、控制循環(huán)鍋爐,鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)為2100t/h,膜式水冷壁,單爐膛四角雙切圓燃燒。爐膛寬19558mm,深16432mm,高57300mm,寬深比為1.19,設計燃用國產(chǎn)神府東勝煤,校核煤種為澳大利亞進口煤。制粉系統(tǒng)為正壓直吹式制粉系統(tǒng),配有6臺HP983碗式中速磨煤機,設計煤種出力為53t/h,5臺磨煤機即可滿足BMCR出力。鍋爐的燃燒器布置有A,B,C,D,E,F共6層一次風噴嘴。二次風有AA,AB,BC,CD,DE,EF,FF,OFB,OFA共9層,其中OFA和OFB為燃盡風,AA,AB,BC,CD,DE,EF和FF為輔助風,AB,CD和EF中有油槍,又稱油槍風。一次風燃燒器采用WR燃燒器(widerangecoalnozzle),在一次風的周圍有周界風,可調(diào)節(jié)一次風、煙氣、二次風的混合快慢,同時也可保護噴口不致燒壞。2.2微油點火系統(tǒng)針對沙角C電廠2號鍋爐的具體情況,將2號鍋爐B層4個角的燃燒器噴口改造成氣化微油點火煤粉燃燒器,在實現(xiàn)鍋爐氣化微油冷爐啟動和低負荷穩(wěn)燃的前提下,確保原主燃燒器的動量及基本性能不變,同時具備主燃燒器的功能。該氣化微油點火煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)如圖1所示。煤粉燃燒室由一級、二級和三級燃燒室組成。燃燒器入口煤粉通過高濃縮比流線型煤粉濃縮器后進入第一級燃燒室,當煤粉顆粒進入高溫油(氣)火焰中時,受到快速加熱而膨脹破碎,大大降低了煤粉著火所需的能量,并迅速發(fā)生著火。著火的煤粉不斷放出熱量,從而引燃第二和第三級燃燒室煤粉。由于采用了高強度油(氣)燃燒室、煤粉濃縮裝置及多級放大原理,該技術(shù)用微量的油即可點燃大量的煤粉,從而實現(xiàn)微油點火功能。為防止燃燒器被燒壞和燃燒器壁面結(jié)渣,將二次風從二級和三級燃燒室的周向引入,通過多級環(huán)縫進入燃燒室內(nèi),使二次風在壁面附近形成高速氣流。這樣既起到防止壁面結(jié)渣和被燒壞的作用,同時又補充了燃燒所需要的氧量,從而確保了燃燒器的燃燒功能和運行安全。微油點火系統(tǒng)由微油點火燃燒器、燃油系統(tǒng)和燃燒器、壓力冷風、控制系統(tǒng)等組成,其基本參數(shù)為:燃油壓力0.5~2.5MPa(實際取1.4MPa);油槍出力20~60kg/h(按單只油槍的消耗量計算);氣化燃燒火焰中心溫度1500~2000℃;壓縮空氣壓力0.2~0.25MPa;可點燃煤粉量4~12t/h。沙角C電廠2號鍋爐氣化微油點火技術(shù)改造始于2007年9月26日,整個微油點火系統(tǒng)的安裝和調(diào)試工作完成于10月23日。10月24日利用微油點火系統(tǒng)進行鍋爐第一次點火,至26日鍋爐微油點火系統(tǒng)第3次點火成功啟動,氣化微油點火技術(shù)均較好地完成了機組的前期冷態(tài)啟動(包括啟爐、沖轉(zhuǎn)、帶初負荷穩(wěn)燃)任務。在2號機組的啟動過程中,氣化微油點火系統(tǒng)一次性點火成功,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,微油燃燒器投粉后,爐膛火焰明亮,燃燒穩(wěn)定。為了在冷態(tài)工況下采用微油系統(tǒng)直接點燃煤粉啟動鍋爐,按照運行經(jīng)驗,有些電廠在微油燃燒器對應的磨煤機入口熱風調(diào)節(jié)門前水平風道內(nèi)安裝了立式蒸汽加熱器,加熱蒸汽來自輔助蒸汽聯(lián)箱,以解決冷爐制粉熱一次風來源問題。沙角C電廠受場地及現(xiàn)有設備限制,在現(xiàn)場布置蒸汽加熱器難以實現(xiàn),對于直吹式制粉系統(tǒng),存在冷態(tài)啟動時由于熱風溫度不夠而不能干燥制粉的問題。為此,先投WRTE大油槍使空氣預熱器出口風溫達到150℃左右,滿足磨煤機入口風溫啟動要求,再退出WRTE大油槍,投入微油點火油槍及啟動B磨煤機制粉系統(tǒng)運行。3微油噴射裝置的試驗分析3.1啟動b磨煤機由于沙角C電廠機組沒有設計啟動旁路,2號鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng),應用微油點火技術(shù)進行冷爐點火啟動時,為控制鍋爐啟爐初期的升溫、升壓速率,微油槍投入點火后,2007年10月25日17時30分啟動B磨煤機,啟動時給煤量為15t/h,風量為78%,煤粉點燃,并根據(jù)鍋爐啟動需要逐步增加B磨煤機給煤量。從圖2升溫、升壓曲線中可見,應用微油點火技術(shù)完全可以滿足鍋爐冷爐啟動初期的升溫、升壓要求。3.2磨煤機燃燒煤粉確定微油燃燒器投粉后,燃燒器噴口火焰明亮,燃燒穩(wěn)定,點火初期B磨煤機給煤量15t/h,風量78%,4個角煤粉火焰溫度較高。磨煤機給煤量、風量增加后,不會引起火焰溫度降低,煤粉火焰明亮,燃燒穩(wěn)定。當機組升負荷需要投入C,A磨煤機后,C,A層燃燒器煤粉順利引燃,燃燒穩(wěn)定。以上情況說明氣化微油點火技術(shù)完全能滿足鍋爐冷爐啟動和機組帶負荷的要求。3.3燃燒及燃燒效果氣化微油點火是利用微油槍在燃燒器內(nèi)形成高強度火焰來點燃煤粉,在運行過程中需要防止燃燒器內(nèi)的火焰燒損燃燒器。從冷爐點火初期到機組帶300MW負荷及機組帶至滿負荷運行,燃燒器壁溫均低于400℃,見表1所示。燃燒器的結(jié)構(gòu)設計較為成功,燃燒器運行穩(wěn)定且安全,有較好的防燒損功能。為了安全起見,投入微油槍前要確保磨煤機已通風,風量大于30%。3.4提升煤粉的最大出力微油點火燃燒器作為主燃燒器運行時與機組原燃燒器出力保持一致,但是作為微油點火燃燒器使用時,由于微油槍的出力有限,能夠引燃的煤粉量也是有限的。一旦微油煤量超出微油燃燒器能夠引燃的最大煤量,煤粉燃燒情況惡劣,較多的不完全燃燒煤粉會威脅鍋爐的安全運行。微油點火運行過程中,微油槍出力一般維持在60kg/h左右,試驗過程中B磨煤機的最大出力為49t/h,煤粉火焰明亮,燃燒器運行狀態(tài)穩(wěn)定。微油點火燃燒器在微油點火狀態(tài)下的最大煤粉出力可達12.25t/h。微油點火燃燒器最大出力的提升,能增加鍋爐的運行安全性。尤其是在投入第二臺磨煤機時,微油點火燃燒器煤粉出力的提高會增加爐膛燃燒器區(qū)域的熱負荷,第二層燃燒器投入后,更有利于煤粉的著火和燃盡。微油點火燃燒器煤粉最大出力的提升,一方面得益于燃燒器的結(jié)構(gòu)設計,另一方面也得益于微油槍出力的增加。因此,在微油點火冷爐啟動和低負荷穩(wěn)燃的運行工況下,要注意如下幾點:a)微油槍出力應維持在60kg/h左右,即運行油壓保持在1.2~1.5MPa;b)根據(jù)調(diào)試結(jié)果和運行經(jīng)驗,第二臺磨煤機投入前應將B磨煤機磨煤量提高到約43t/h,正常情況下不要超出38~48t/h出力范圍;c)如利用微油槍進行低負荷穩(wěn)燃,不要進入微油模式,B磨煤機出力應提高到43t/h,建議保持38~48t/h出力范圍。3.5煤粉燃燒的效率及影響由于是通過機組原WRTE油槍加熱方式制取熱風,爐膛已被大油槍預熱,此時進行微油點火啟動,有利于啟動階段初期煤粉的燃盡。取樣數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明,投粉后2h的平均飛灰可燃物含量為24.78%,燃盡率高達95.72%。隨著運行時間的增加、爐膛溫度的提高及二次風溫的提高,改善了煤粉的燃燒條件,煤粉燃燒效率也得到逐步提高。點火初期投入煤粉,會有一些未燃盡飛灰沉積到尾部受熱面,特別是空氣預熱器。由于煤粉燃盡率較好,飛灰中的揮發(fā)分和可燃物含量少,正常運行時不會發(fā)生尾部受熱面二次燃燒問題。但因機組消缺需要,鍋爐長時間處在冷態(tài)點火狀態(tài)時,如遇中間突然停爐,關(guān)閉送、引風機,爐內(nèi)通風不暢,就極易引起尾部受熱面二次燃燒。因此,為保證鍋爐運行安全,低負荷時空氣預熱器應保持連續(xù)吹灰,省煤器和電除塵灰斗應適當加快出灰頻率。4節(jié)約燃油,節(jié)省燃料費2號鍋爐成功應用氣化微油點火技術(shù)實現(xiàn)了冷爐啟動,節(jié)省了大量的燃油。從2007年10月24日4時15分2號鍋爐氣化微油點火技術(shù)正式點火啟動,至10月26日1時20分機組負荷升至300MW,撤出所有微油油槍,機組啟動過程完成。整個機組啟動用油量為25.3t(包括投運WRTE油槍加熱一次風啟動磨煤機用油20.3t),其中微油槍累計投運21h,共用燃油5t。啟動過程采用的燃油發(fā)熱量為44001.9kJ/kg,燃油燃盡率為100%,燃煤發(fā)熱量22404kJ/kg,煤粉燃盡率為95.72%。通過計算得到,沙角C電廠2號鍋爐C級檢修冷態(tài)啟動過程中微油點火系統(tǒng)共運行21h,節(jié)約燃油208t,節(jié)油率達89.2%,節(jié)省燃料費共計88.7萬元。另外,采用氣化微油點火技術(shù)啟動鍋爐,由于微油點火油槍耗油量小,燃盡率高,鍋爐啟動初期即可投入電除塵,解決了投WRTE大油槍時煙囪“冒黑煙”的問題,有效降低了鍋爐啟動初期的污染物排放,取得了很好的環(huán)保效益。5飛灰和化學藥劑對煤粉燃燒的影響a)沙角C電廠2號鍋爐成功應用氣化微油點火技術(shù),實現(xiàn)了升溫升壓、汽機沖轉(zhuǎn)等冷態(tài)啟動。b)利用原有WRTE大油槍加熱爐溫制取熱風來啟動磨煤機,使爐膛得到預熱,有利于微油點火初始階段煤粉的引燃和燃盡,投粉2h內(nèi)的平均飛灰可燃物含量為24.78%,燃盡率高達95.72%。c)氣化微油點火燃燒器投煤粉后能順利點燃,火焰明亮,燃燒器噴口火焰始終保持在較高溫度,燃燒穩(wěn)定,燃燒器在啟動過程中壁溫