微油點火技術(shù)在 300MW機組鍋爐的應(yīng)用

張萌萌,鄧朝旭,曹海波

(姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司,河南 平頂山 467031)

1 #3、#4鍋爐概況

姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司#3、#4機組鍋爐為考克利爾鋼鐵公司制造的半塔式、中間再熱直流鍋爐。鍋爐配備的制粉系統(tǒng)為正壓直吹式系統(tǒng),燃燒器自上而下共有 7層,其中#3、#7層為油燃燒器,#1、#2、#4、#5、#6層為煤粉燃燒器,共由2臺離心式一次風(fēng)機、5臺碗式中速磨煤機、5臺刮板式給煤機組成。改造前每次冷態(tài)啟動用油量為 40～60 t。

2 微油點火原理

微油點火系統(tǒng)主要由微油氣化小油槍和點火燃燒器(如圖 1所示)組成。

圖1 微油點火燃燒器

微油點火燃燒器主要由微油槍點火系統(tǒng)(如圖2所示)、煤粉燃燒器和控制系統(tǒng) 3大部分組成。點火系統(tǒng)由微油燃燒室及高壓點火槍、壓縮空氣、燃燒油系統(tǒng)、壁溫監(jiān)測、火檢系統(tǒng)等組成。煤粉燃燒器主要由煤粉濃縮器、一次煤粉燃燒室、二次煤粉燃燒室、周界風(fēng)和冷卻風(fēng)室組成?？刂葡到y(tǒng)對點火系統(tǒng)和送粉系統(tǒng)進行控制,實現(xiàn)程控點火與油槍滅火聯(lián)鎖保護,保證鍋爐安全、穩(wěn)定、可靠運行。

微油點火的工作原理:先利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎,霧化成超細油滴進行燃燒,同時巧妙地利用燃燒產(chǎn)生的熱量對燃油進行加熱、擴容,使燃油在極短的時間內(nèi)蒸發(fā)氣化。油槍在正常燃燒過程中直接燃燒油氣,從而大大提高燃燒效率及火焰溫度。氣化燃燒后的火焰剛性極強、傳播速度極快,火焰中心溫度高達 1 500～2000℃,可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)直接點燃煤粉燃燒,從而使用少量燃油實現(xiàn)電站鍋爐啟動、停止以及低負荷穩(wěn)燃。壓縮空氣主要用于燃油霧化、正常燃燒時加速燃油氣化及補充前期燃燒需要的氧量;高壓風(fēng)主要用于補充后期燃燒所需的氧量以及冷卻油燃燒室。微油量氣化油槍燃燒形成的火焰,在煤粉燃燒器內(nèi)形成溫度梯度極大的局部高溫火核,使進入一次煤粉燃燒室的濃相煤粉通過高溫火核時,煤粉顆粒溫度急劇升高、破裂粉碎,并釋放出大量的揮發(fā)分迅速著火燃燒;然后,由已著火燃燒的濃相煤粉在二次煤粉燃燒室內(nèi)與稀相煤粉混合并點燃稀相煤粉,實現(xiàn)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,大大減少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。氣膜冷卻二次風(fēng)主要用于保護燃燒室安全,防止結(jié)焦燒損及補充后期燃燒所需氧量。

3 #3、#4鍋爐微油點火改造方案

3.1 微油燃燒器改造

根據(jù)該鍋爐燃燒器布置特性和運行經(jīng)驗,鍋爐低負荷運行時,火焰中心在爐膛中下部,鍋爐燃燒比較穩(wěn)定,鍋爐啟動初期或負荷在 180MW以下燃用劣質(zhì)煤時需投微油助燃,因此,選擇第 5層燃燒器進行微油燃燒器改造,既可以在啟動點火時使用,又可以在低負荷穩(wěn)燃時投用(第 5層燃燒器在爐膛中下部)。

3.2 制粉系統(tǒng)的改造

圖2 微油點火系統(tǒng)

在#5磨煤機出口的 4根一次粉管上各加一道擋板,其開關(guān)邏輯與微油點火系統(tǒng)相聯(lián)系,在微油模式下,當(dāng)微油槍熄滅時,該角擋板自動關(guān)閉,防止未燃燒煤粉進入爐膛,保證鍋爐安全。

3.3 點火初期干燥制粉問題的解決

姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司#3、#4機組均配備直吹式制粉系統(tǒng),冷態(tài)啟動點火制粉要求一次風(fēng)溫達到 130～160℃。為挖掘節(jié)油潛力,少投大油槍,在#5磨煤機入口總風(fēng)道上增加旁路風(fēng)道,在此風(fēng)道上安裝 1臺暖風(fēng)器,由輔汽加熱一次風(fēng),使風(fēng)溫由冷態(tài)的 30℃提高到 160℃,滿足磨煤機啟動制粉的條件,實現(xiàn)冷爐制粉、微油點火,進行鍋爐冷態(tài)啟動。

3.4 煤粉燃燒器及微油氣化油槍的安裝

此次微油點火改造將原#3、#4爐 5層主燃燒器(#1～#4角一次風(fēng)噴口)從法蘭至噴口段拆除,安裝某公司設(shè)計的微油點火煤粉燃燒器。相對應(yīng)地在#3、#4爐 5層#1～#4角微油點火煤粉燃燒器上各安裝 1支微油主油槍和 1支輔助油槍以及點火槍、火檢。主、輔油槍出力分別為 30 kg/h和 60 kg/h,主油槍具有點火功能,輔助油槍僅噴油助燃,本身不能點火。

3.5 微油壓縮空氣系統(tǒng)

微油槍使用壓縮空氣霧化,強化燃燒,引自機組儀用壓縮空氣系統(tǒng),壓力要求 0.3MPa。微油槍壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)有手動閥門、電磁閥和相關(guān)儀表。壓縮空氣管路上設(shè)有壓力調(diào)節(jié)、過濾裝置,可以有效過濾壓縮空氣中的水分和雜質(zhì),確保進入油槍的霧化空氣的潔凈,從而保證了燃油的霧化效果,為潔凈高效燃燒創(chuàng)造有利條件。

3.6 供油系統(tǒng)的安裝

利用原有的油系統(tǒng)在爐前油站供油閥后接 1根?22mm×3mm的不銹鋼管作為微油點火燃油來源,在來油管上安裝來油總門,順序安裝 1臺燃油過濾器、燃油氣動球閥、旁路閥,通過球形接頭和高壓燃油軟管連接,然后通過燃油軟管和氣化小油槍連接。

3.7 高壓冷卻風(fēng)系統(tǒng)的安裝

微油系統(tǒng)在運行和備用期間,需要 6 000 Pa、2000m3/h的助燃吹掃風(fēng),分別從 2臺一次風(fēng)機出口冷風(fēng)道用 ?219mm×5mm鋼管引出,供微油系統(tǒng)的高壓風(fēng)母管并安裝壓力表。高壓風(fēng)母管的安裝接近下一次風(fēng)管標高,在鍋爐四角燃燒器處各安裝 1個 ?32mm×3mm的金屬軟管接頭,然后用金屬軟管將高壓風(fēng)接入微油槍中。

3.8 氣化小油槍點火燃燒器壁溫監(jiān)測

微油槍點火燃燒器設(shè)有獨立的燃燒器壁溫監(jiān)測系統(tǒng),實時監(jiān)測燃燒器壁面溫度,避免燃燒器超溫?zé)龘p。布置 2個溫度測點,一個測點在一級燃燒筒的外壁處,另一測點在燃燒器噴口附近。溫度信號接入 DCS進行監(jiān)視。

3.9 微油邏輯變更

#3、#4鍋爐#1、#4角安裝有 4個全爐膛紅外線火監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng),鍋爐在正常運行過程中,當(dāng)火監(jiān)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)大于 3個角無火焰且無大油槍投運時,爐膛滅火保護動作,鍋爐跳閘。采用微油點火啟動時,不投或少投大油槍,火監(jiān)系統(tǒng)可能監(jiān)測不到火監(jiān),所以,采用微油點火啟動時,需投入“微油模式”運行,“微油模式”退出后,鍋爐滅火保護邏輯自動恢復(fù)。

4 微油點火系統(tǒng)的運行情況及效益分析

4.1 改造后冷態(tài)啟動及低負荷時的使用情況

#3鍋爐微油點火系統(tǒng)改造后,2009-08-13,采用微油冷態(tài)點火啟動成功。整個過程鍋爐運行穩(wěn)定,燃燒器壁溫控制在 300～400℃之間,煤粉燃燒較完全,未見有明顯黑煙,未出現(xiàn)爆燃現(xiàn)象,鍋爐也未發(fā)生超溫和尾部二次燃燒現(xiàn)象。2009-10-12,鍋爐再次利用微油槍點火,#3機組整組啟動正常,沖轉(zhuǎn)順利。

2009-08-13 ,啟動過程投用大油槍共耗油10.1 t,微油槍耗油 2.2 t,共耗油 12.3 t;2009-10-12,啟動共耗油 9.5 t。而按原方式啟動需耗油 60 t左右,節(jié)約燃油約 40 t,節(jié)油率可達 85%,節(jié)油效果相當(dāng)明顯。

4.2 低負荷燃用劣質(zhì)煤時投用微油槍的經(jīng)濟性

當(dāng)?shù)拓摵扇加昧淤|(zhì)煤時,爐膛內(nèi)燃燒惡化,正常情況下需投入 2層 2支大油槍助燃,微油點火系統(tǒng)安裝后,完全可以用小油槍代替,燃燒穩(wěn)定性有足夠保證。每支大油槍流量為 2 t/h,大油槍助燃時每小時需燃用 4 t的助燃用油,微油點火系統(tǒng)投入后,只需投入 5層 4支微油助燃即可,流量為 0.36 t/h,節(jié)油效果也十分明顯。

4.3 機組滑參數(shù)停爐過程微油點火系統(tǒng)的使用

2009-08-22 ,#3機組使用微油系統(tǒng)滑參數(shù)停爐,實現(xiàn)了全微油停爐,用油 1.5 t,節(jié)油效果同樣顯著。

5 改造過程中遇到的問題及改進措施

微油點火系統(tǒng)改造成功后,在鍋爐點火啟動及低負荷穩(wěn)燃中發(fā)揮著重要的作用,節(jié)省了大量燃油。當(dāng)然,它在運行中也出現(xiàn)了一些問題。

5.1 油壓、壓縮空氣壓力控制困難

由于小油槍系統(tǒng)采用手動門來調(diào)節(jié)壓力,而油系統(tǒng)是連接在主供油系統(tǒng)上的,壓縮空氣采用手動調(diào)節(jié)壓力,因此,其壓力控制比較困難,有時會出現(xiàn)難以控制燃燒的問題。

整改措施:為了既保證原有系統(tǒng)油壓不變,又保證微油點火系統(tǒng)正常運行,在微油系統(tǒng)來油總截止門后加裝手動調(diào)壓門,將油壓由2.5MPa減到 2.0 MPa,以保證就地油角閥后壓力在正常使用范圍(1.0～1.5MPa)。

針對壓縮空氣不穩(wěn)問題,將壓縮空氣的接入點由單根變?yōu)?2根,分 2路供氣即可保證壓縮空氣壓力大于 0.3MPa。

5.2 燃燒器壁溫測點測量溫度偏高

微油槍運行時,燃燒器壁溫測點溫度偏高,主要因為周界冷卻風(fēng)量不足,安裝油槍部位的后側(cè)存在一定的渦流區(qū),使該區(qū)域缺少一定風(fēng)壓的冷卻風(fēng)量對該區(qū)域進行足夠的冷卻,同時使一次風(fēng)側(cè)的熱煙氣從環(huán)形冷卻間隙倒流到熱電偶的測點處,熱電偶直接測量的實際是熱煙氣的溫度,從而導(dǎo)致該測點的溫度偏高,沒有達到局部壁面的冷卻效果。

整改措施:加強該區(qū)域燃燒器壁面的冷卻,保證冷卻風(fēng)量從環(huán)形間隙進入噴口的內(nèi)壁面,防止微油點火期間煤粉燃燒產(chǎn)生的熱煙氣回流。具體實施方法是將上、下二次風(fēng)室內(nèi)的熱風(fēng)通過加裝的風(fēng)道引入周界風(fēng)風(fēng)室,直接對安裝油槍的后部側(cè)壁面進行冷卻,增加該處的風(fēng)壓,使冷卻風(fēng)順利進入冷卻套筒的內(nèi)壁面。

5.3 一次粉管堵塞,投微油槍時粉管易著火

在鍋爐燃用劣質(zhì)煤時,由于發(fā)熱量較低、給煤機轉(zhuǎn)速較高,磨煤機分離器出口煤粉濃度大于設(shè)計值,一次粉管易堵塞。此時若投堵管對應(yīng)角的微油槍,易引起管內(nèi)積粉的自燃,威脅鍋爐安全運行。

整改措施:鍋爐運行時定期觀測各角粉管運行情況,若發(fā)現(xiàn)一次粉管堵塞,進行變風(fēng)量吹管,保證一次粉管暢通,在沒有吹通前禁止投該角微油槍。

5.4 在冷態(tài)啟動微油投運初期,燃料量的控制

過高的給粉量會使?fàn)t內(nèi)懸吊管超溫,影響鍋爐設(shè)備安全;給粉量少,進入爐內(nèi)的總熱量減少,爐膛內(nèi)溫度降低,延長鍋爐啟動過程且不利于煤粉的燃盡。

整改措施:冷態(tài)啟動前將#5給煤機原煤倉北倉直壁插板關(guān)閉,啟動初期單倉進煤,隨著所需熱負荷的增加,提高#5給煤機轉(zhuǎn)速,給煤機轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速的 80%時,開啟南倉插板,雙倉進煤,同時降低給煤機轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)燃料量的平穩(wěn)增加。

6 結(jié)論

姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司#3、#4鍋爐成功應(yīng)用微油點火技術(shù),實現(xiàn)了鍋爐的冷態(tài)啟動,保證了鍋爐的安全穩(wěn)定運行。微油點火系統(tǒng)不僅在機組啟動階段具有良好的節(jié)油效果,在停爐、煤質(zhì)變差、低負荷穩(wěn)燃狀況下也具有較大的節(jié)油潛力。作者綜合分析認為,火力發(fā)電廠進行微油點火技術(shù)改造,積極響應(yīng)了國家的節(jié)能政策,對創(chuàng)建安全、經(jīng)濟、環(huán)保、節(jié)能型企業(yè)、推動企業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

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