燕山湖發(fā)電廠新建工程節(jié)油點火系統(tǒng)設(shè)計

張廣文,高玉新

（1.華北電力設(shè)計院工程有限公司,北京 100120;2.燕山湖發(fā)電廠有限公司,遼寧 朝陽 122000）

1 節(jié)油點火技術(shù)的比較

當前,火力發(fā)電廠節(jié)油點火技術(shù)主要有等離子點火技術(shù)和少油點火技術(shù)。等離子點火技術(shù)是利用磁場控制電離產(chǎn)生的直流空氣等離子體,形成高溫“火核”以引燃煤粉的技術(shù);少油點火技術(shù)是將霧化成的超細油滴在極短的時間內(nèi)加熱氣化后引燃,產(chǎn)生高溫“火核”以引燃煤粉的技術(shù)。這兩種技術(shù)均為內(nèi)燃式燃燒器,均已在國內(nèi)大中型電廠得到了廣泛應(yīng)用,由于等離子技術(shù)起步較早,故其業(yè)績較多。

2 種節(jié)油點火技術(shù)的主要特點如表1所示。

2 工程概況

2.1 裝機規(guī)模

本期工程新建2臺600 MW國產(chǎn)超臨界燃煤直接空冷機組,同步建設(shè)煙氣脫硫設(shè)施,預(yù)留煙氣脫硝的條件。鍋爐、汽輪機和發(fā)電機分別由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司、哈爾濱汽輪機廠有限責任公司和哈爾濱電機廠有限責任公司設(shè)計、制造和供貨。

2.2 煤質(zhì)條件

設(shè)計和校核煤種的煤質(zhì)資料如表2所示。

2.3 鍋爐型式

鍋爐型式為超臨界參數(shù)變壓直流爐,前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態(tài)排渣的П型爐。采用旋流式燃燒器,前后墻布置,前墻布置4層燃燒器,后墻布置3層燃燒器。

表1 2種節(jié)油點火技術(shù)的主要特點比較

表2 設(shè)計和校核煤種的煤質(zhì)及灰成分分析

2.4 制粉系統(tǒng)

采用中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式制粉系統(tǒng),每臺爐配7臺中速磨煤機,對于設(shè)計煤種,6臺磨煤機可滿足鍋爐MCR工況運行的要求,其中1臺備用;對于校核煤種,7臺磨煤機全部投運可滿足鍋爐MCR工況運行的要求。每臺磨煤機帶鍋爐的一層燃燒器。磨煤機為長春發(fā)電設(shè)備有限責任公司產(chǎn)品,型號為MPS225HP-Ⅱ。

3 節(jié)油點火技術(shù)方案

3.1 煤質(zhì)特點

本工程燃用褐煤,設(shè)計煤種和校核煤種的Vdaf分別為47.97%和46.91%;Mar分別為29.6%和33%;Mad分別為14.2%和15%;Ad分別為22.7%和28.5%,屬于高揮發(fā)分、高水分、中等灰分煤質(zhì)。該煤質(zhì)易于點燃,但穩(wěn)燃性差,若煤粉干燥不充分,煤粉水分高,則煤粉不易引燃。

3.2 適合本工程的節(jié)油點火技術(shù)

根據(jù)工程煤質(zhì)特點、節(jié)油點火技術(shù)特點和調(diào)研掌握的情況,本工程節(jié)油點火方案擬采用少油點火技術(shù)。

a.煤質(zhì)特點要求

本工程為高水分褐煤。若煤質(zhì)波動或冷爐制粉系統(tǒng)出力不足等原因造成煤粉水分增大,超出設(shè)計值,就會引起煤粉著火困難。若煤質(zhì)波動,造成灰分增大,超出設(shè)計值,同樣會引起著火困難。

煤質(zhì)的高水分性要求冷爐制粉系統(tǒng)必須采用風道燃燒器的型式,常規(guī)的蒸汽暖風器型式不能滿足啟磨的熱空氣溫度要求。風道燃燒器需要消耗少量的燃油。其燃油系統(tǒng)可以與少油點火燃燒器的油系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計。

b.由節(jié)油點火技術(shù)的特點決定

點燃無煙煤、貧煤及高水分等難著火的煤種需要較大的點火能量。等離子發(fā)生器的功率有限,引燃這些煤種存在技術(shù)上的困難。而少油點火技術(shù),其點火能量可調(diào)整,沒有上限約束,可以點燃難燃煤種。

綜上所述,等離子燃燒器的煤種適應(yīng)性弱,系統(tǒng)復(fù)雜,初投資高,可靠性差,陰極壽命短,維護成本高;少油點火燃燒器的煤種適應(yīng)性強,系統(tǒng)簡單,初投資低,可靠性強,壽命長,維護成本低。決策過程中調(diào)研了已投運的大唐七臺河發(fā)電有限責任公司二期工程2×600 MW機組和大唐長春第三熱電廠2×350 MW供熱機組新建工程,一個燃用次煙煤,一個燃用褐煤,均采用了少油點火技術(shù),正是出于以上考慮。

4 方案實施

4.1 少油點火燃燒器具備的功能

a.少油點火燃燒器在鍋爐達到斷油負荷后,可以切斷小油槍作為普通主燃燒器正常使用,此期間不應(yīng)造成鍋爐受熱面超溫、燃燒器結(jié)渣、鍋爐效率降低、NOx升高等問題。

b.少油點火燃燒器可以在鍋爐低負荷運行時投入使用,起到穩(wěn)定燃燒的作用。

4.2 少油點火燃燒器改造方案

對于燃用揮發(fā)分高的煙煤的電廠,一般僅改造1層燃燒器,即可實現(xiàn)在鍋爐啟動和低負荷穩(wěn)燃階段不投大油槍。

本工程在采用少油點火燃燒器技術(shù)后,在鍋爐啟動、低負荷穩(wěn)燃情況下,要求不投入大油槍,僅采用少油點火燃燒器即可。為了實現(xiàn)這一要求,必須落實改造幾層煤粉燃燒器的問題。

對于改造1層少油點火燃燒器還是多層少油點火燃燒器,首先要滿足2個條件：改造1層少油點火燃燒器,當對應(yīng)的制粉系統(tǒng)達到設(shè)計值時,空預(yù)器出口風溫要滿足啟動另1臺磨煤機（該磨在最小負荷下工作）的制粉條件;而爐膛溫度能點燃另1臺磨煤機的煤粉。2個條件必須同時滿足,否則必須改造2層甚至3層燃燒器。

通過了解,褐煤煤粉需要在550～600℃的爐膛溫度中引燃并充分燃燒。通過制粉系統(tǒng)計算,磨煤機在其最小負荷下,需要的熱風溫度至少在180℃以上,空預(yù)器出口的熱風溫度至少為215℃。

本工程每臺爐安裝7臺磨煤機,每臺磨煤機的設(shè)計出力為75 t/h（設(shè)計煤種、校核煤種）。當1臺磨煤機達到設(shè)計出力的100%時,可以帶鍋爐BMCR負荷的19%/15%左右（設(shè)計煤種/校核煤種）。

由于廠家未能提供鍋爐19%/15%BMCR工況的熱力計算參數(shù),通過已有工況熱力參數(shù)的推算,在19%/15%BMCR工況下,爐膛溫度約為500℃;空預(yù)器出口一次熱風溫度會在200℃左右。因此,啟動1臺磨煤機（對應(yīng)改造為少油點火的燃燒器）,即使磨煤機達到了額定出力（此運行方式對燃燒器是不安全的）,也不具備投第2臺磨煤機的條件,即不具備冷爐制粉的熱風條件,不具備引燃、燃燼煤粉的爐膛溫度條件。因此,無論是從系統(tǒng)運行安全的角度考慮,還是從系統(tǒng)功能設(shè)計的角度考慮,均需要改造另1層煤粉燃燒器為少油點火燃燒器。

當2層少油點火燃燒器投入運行時,即2臺磨煤機投入運行、且達到額定出力時,可以帶鍋爐BMCR負荷的38%/30%左右（設(shè)計煤種/校核煤種）。根據(jù)廠家提供的熱力參數(shù),爐膛溫度在900℃以上,空預(yù)器出口一次熱風溫度在330℃以上。因此,具備了投運第3臺磨煤機的條件。

改造2層少油點火燃燒器后,對應(yīng)的磨煤機不必達到額定滿負荷,只要爐膛溫度和空預(yù)器出口風溫滿足要求,便可投入第3臺磨煤機,這對于系統(tǒng)的安全運行是有利的。

4.3 冷爐制粉系統(tǒng)熱風加熱器的選擇

磨煤機冷爐制粉系統(tǒng)的作用是在鍋爐冷態(tài)啟動過程中使磨煤機具備啟動條件,磨制出合格的煤粉。工程實踐中一般采用本爐制粉。其系統(tǒng)簡單、運行方便,關(guān)鍵是解決制粉用熱風的來源問題。對于煙煤鍋爐,由于煙煤水分相對較小,冷爐制粉的熱風一般采用蒸汽加熱器的方式。對于高水分褐煤,當磨煤機負荷在60%時,磨煤機前的熱風溫度至少為270℃,在認為沒有冷風漏入以及換熱器端差10℃的情況下,加熱蒸汽的壓力為6.4 MPa。電廠輔助蒸汽參數(shù)一般為P=1.0MPa,t=350℃。因此,本工程煤質(zhì)的特點決定了冷爐制粉系統(tǒng)必須采用風道燃燒器方案解決熱風的來源問題。

5 結(jié)論

a.改造2層煤粉燃燒器為少油點火燃燒器,對應(yīng)2臺磨煤機。

b.改造后的少油點火燃燒器具有冷爐啟動、低負荷穩(wěn)燃和主燃燒器的功能。

c.冷爐制粉系統(tǒng)的加熱器采用風道燃燒器方案。