超高壓700h水煤漿鍋爐燃燒試驗

南海發(fā)電廠建成于20世紀90年代中期。1期工程2.200mw機械裝載機670噸燃料。由于近年來燃油價格不斷攀升,燃油電廠生產(chǎn)成本不斷升高。通過以漿代油,可降低生產(chǎn)成本、提高上網(wǎng)競爭力,使電廠求得生存、促進發(fā)展,而且可用潔凈的水煤漿減少環(huán)境污染,滿足環(huán)保排放的標(biāo)準(zhǔn)。因此南海發(fā)電一廠委托武漢鍋爐廠和浙江大學(xué)設(shè)計制造670t/h超高壓水煤漿鍋爐,以解決油價不斷上漲帶來的生存困境。該鍋爐于2005年8月中旬安裝結(jié)束,2005年10月15日完成燃燒調(diào)整試驗后交付生產(chǎn),并實現(xiàn)了連續(xù)運行。試驗結(jié)果達到了設(shè)計規(guī)定的技術(shù)指標(biāo),取得了可貴的實驗數(shù)據(jù)及運行經(jīng)驗,為進一步推廣水煤漿在大型電站中的應(yīng)用起到了示范作用。1燃燒方案確定新建的670t/h超高壓水煤漿鍋爐在國內(nèi)屬首創(chuàng)產(chǎn)品,鍋爐最大連續(xù)出力670t/h,額定蒸發(fā)量為610t/h(即等于發(fā)電機端功率為200MW時汽輪機的進汽量)。其本體設(shè)計是在武漢鍋爐廠WGZ670/13.7-15型燃煤設(shè)計的鍋爐上作改成水煤漿燃燒器的改造并進行校核熱力計算后完成的,設(shè)計以燃水煤漿為主,并采用煙氣再循環(huán)作為全燒油的備用方案。鍋爐為超高壓參數(shù)自然循環(huán)鍋爐。鍋爐本體呈Π型布置,水煤漿噴霧懸浮燃燒,采用直流燃燒器正四角布置切向燃燒,煙氣檔板調(diào)節(jié)再熱汽溫,噴水減溫控制過熱汽溫,回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器,刮板式撈渣機連續(xù)固態(tài)排渣,平衡通風(fēng),全鋼構(gòu)架,露天布置。鍋爐爐膛橫截面寬深比為1.1,采用正四角布置直流燃燒器的切圓燃燒方式,并確定采用一次風(fēng)和二次風(fēng)雙切圓布置,其中一次風(fēng)和二次風(fēng)切圓直徑分別為800mm和1000mm,且均為逆時針旋轉(zhuǎn)。燃燒器最上層布置了燃燼風(fēng)(OFA)并采用反切,切圓直徑為800mm,見圖1。燃燒器設(shè)計成既能全燒油,又能全燒漿,也可以油、水煤漿混燒。每角燃燒器沿高度分上、下兩組,上組和下組分別布置三層和二層油、水煤漿兩用燃燒器(自下而上稱A、B、C、D、E層),其結(jié)構(gòu)見圖2。其中A和C層按燃燒器運行方式的安排,只用于燒水煤漿,不燒油,因此這兩層無爐前油系統(tǒng)。E層為再燃噴口,上、下兩組均設(shè)有上、下二次風(fēng)和中二次風(fēng)。為了有利于油的完全燃燒,A-E層一次風(fēng)噴口均帶有中心風(fēng),上組的上二次風(fēng)口布置輔助油槍,作為燒油工況時整定主蒸汽和再熱器汽溫的輔助手段,即燒油時如果主蒸汽溫度偏低可將此油槍投入(此時要相應(yīng)停用一層主油搶),使火焰中心上移。經(jīng)調(diào)試后確定,燒油帶額定負荷時的燃燒器運行方式為:投用B、D、E層主油槍、上組上二次風(fēng)輔助油槍和上組下二次風(fēng)的點火油槍。水煤漿噴嘴是燃用水煤漿的專用設(shè)備之一,根據(jù)燃用水煤漿噴嘴的成功經(jīng)驗及電站鍋爐的特點,在本鍋爐中使用浙江大學(xué)研制的ZD6000型撞擊式多級霧化型噴嘴。每只水煤漿噴嘴的設(shè)計容量為6t/h,設(shè)計霧化蒸汽壓力為1.5～2.0MPa(≥300℃),漿壓≥1.1MPa。鑒于用戶要求鍋爐能滿負荷燒油,主油槍的油噴嘴設(shè)計容量為2.6t/h,點火油槍的噴嘴設(shè)計容量為1.9t/h,均采用蒸汽霧化。鍋爐設(shè)計和試驗用燃料特性示于表1(其中括弧內(nèi)數(shù)據(jù)為試驗用燃料特性)。2試驗結(jié)果2.1反切風(fēng)測距風(fēng)速冷態(tài)?；囼灲Y(jié)果表明,各燃燒器噴口風(fēng)速基本平衡,風(fēng)速偏差小±5%。實際切圓為橢圓形,分別在A層和C層噴口平面測得的爐內(nèi)實際切圓直徑為7500mm、8500mm(A層)和6500mm、7500mm(C層),且切圓基本居中(圖3),配風(fēng)比較均勻。在OFA(反切風(fēng))風(fēng)門開度為50%時,用手持式風(fēng)速儀對水平煙道高過后的風(fēng)速進行了測量(測點間間隔為500mm),測量結(jié)果(見圖4)表明:風(fēng)速比較均勻,左側(cè)的平均值為1.47m/s,右側(cè)平均值為1.76m/s,兩側(cè)風(fēng)速比為1.197。當(dāng)OFA風(fēng)門關(guān)閉時,左側(cè)和右側(cè)平均風(fēng)速分別為1.38m/s和1.79m/s,兩側(cè)風(fēng)速比為1.297;上述試驗結(jié)果表明兩側(cè)風(fēng)速相差不大,爐膛出口扭轉(zhuǎn)殘余較小,可使熱態(tài)情況下的煙溫偏差小,能有效防止過熱器壁溫超溫,有利于保證鍋爐的安全穩(wěn)定運行;也表明OFA的投入確實能減少爐膛出口的速度偏差。2.2熱態(tài)性能試驗2.2.1全燒油80%定額負荷工況熱態(tài)性能試驗包括全燒油、全燒漿、油漿混燒的性能測試。本文主要討論全燒油和全燒漿工況的試驗情況,分別是全燒漿100%額定負荷、全燒漿50%額定負荷和全燒油100%額定負荷三個工況。其中全燒漿100%額定負荷工況下,由于當(dāng)時E層的供漿系統(tǒng)(水煤漿再燃噴口設(shè)置獨立供漿系統(tǒng))堵塞,所以只投用了A至D層16支漿槍;全燒漿50%額定負荷工況下,投用了A至D層的14支漿槍(其中D層對角投入了2支漿槍);全燒油100%額定負荷工況下,由于上組上二次風(fēng)有一根輔助油槍出現(xiàn)故障未投入,按上述燒油帶額定負荷時燃燒器運行方式共投用了19支油槍(包括主油槍15支、點火油槍4支),并投用了2臺煙氣再循環(huán)風(fēng)機。2.2.2設(shè)計值與鍋爐參數(shù)檢算各工況下鍋爐的運行參數(shù)如表2所示。由表2可見:鍋爐主要參數(shù)均達到設(shè)計值。無論燒油還是燒漿,鍋爐運行參數(shù)正常,主蒸汽、再熱蒸汽溫度、壓力、流量等都滿足機組運行要求。2.2.3水煤漿燃燒效率各工況下的燃燒效率和熱效率的測定與計算結(jié)果如表3所示。由表可知,在全燒水煤漿時,無論在100MW或200MW負荷下,燃燒效率均在99.6%以上,鍋爐熱效率接近和大于設(shè)計值92.4%;在全燒油時的鍋爐熱效率大于設(shè)計值94.1%,這充分說明該爐的油/水煤漿兩用燃燒器的設(shè)計是很成功的。2.2.4爐稈火焰有好通過試驗時的實地觀察測量,發(fā)現(xiàn)燃燒時火焰明亮,爐膛火焰充滿度好;切圓居中,無火焰貼壁現(xiàn)象,無大顆粒掉入冷灰斗,燃燒器噴口周圍只有松散性積灰。煙囪排放的煙色好,無黑煙。2.2.5荷、水煤漿和燒油時火焰中心溫度比較在各工況試驗中,對鍋爐左右側(cè)墻及前墻的32個看火孔測定了爐膛溫度,沿爐膛高度的爐膛溫度分布如圖5所示。從圖可知,全燒油100%額定負荷、全燒漿100%額定負荷兩個工況的火焰最高溫度均出現(xiàn)在標(biāo)高23.6m(E層)處,說明此處為火焰中心位置;燒水煤漿和燒油時火焰中心最高溫度分別為1414℃和1545℃。對100%額定負荷時燃燒器投運方式作比較可知,燒油工況時燃料的投入位置高度整體要比燒漿工況的要高,但最高溫度卻出現(xiàn)在同一高度,這說明了水煤漿的火炬行程要比燃油火炬要長。比較圖中從最高溫度處沿爐膛上、下兩個方向的溫度變化,同樣也可以發(fā)現(xiàn),燃油工況下溫度下降速度要快很多。同為100%額定負荷,燒油工況的最高溫度要比燒漿工況的高。3燃燒與燃燒社會主義新模式(1)新建的超高壓670t/h水煤漿鍋爐的燃油和燃水煤漿性能均達到了設(shè)計要求。50%～100%額定負荷下能穩(wěn)定燃燒水煤漿,主要運行參數(shù)均符合運行規(guī)范的要求;(2)設(shè)計的油/水煤漿兩用燃燒器能適應(yīng)全燒油或漿及油漿混合燃燒要求,配風(fēng)調(diào)節(jié)方便,能適應(yīng)各種不同負荷運行要求。燃燒火炬明亮,著火、燃燒穩(wěn)定,爐膛火焰充滿度好;(3)鍋爐性能測試結(jié)果表明:燃水煤漿在50%～100%額定負荷范圍內(nèi),燃燒效率達到99.6%以上;1