煤粉鍋爐少油直接點火煤粉燃燒改造

0燃燒及燃燒油槍hg-11211和hg-h鍋爐是由美國abb-ce燃料公司開發(fā)的hg-1021。18。2-540/540-wm10亞臨界壓力，一次中心熱燃燒和不規(guī)則焦圈生產(chǎn)。該鍋爐采用中儲式制粉系統(tǒng)、熱風(fēng)送粉,乏氣作為三次風(fēng)從燃燒器頂部引入爐膛。燃燒器自上而下依次布置為:3-3-2-2-1-2(油)-1-2-1-2(油)-2-2-1-2-1-2-2(油)-2。3層油噴嘴布于二次風(fēng)口中,4角共3×4=12支油槍可帶30%MCR負荷,其中上層油槍(4支)每支出力600kg/h,中層與下層油槍(2×4=8支)每支出力2100kg/h,蒸汽霧化。5層一次風(fēng)煤粉噴嘴(共4×5=20個),上3層WR結(jié)構(gòu),下2層為雙通道燃燒器。設(shè)計為二級點火,高能電弧點火器點燃油槍,油槍點燃煤粉(一般采用下層油槍點火,中層、上層油槍助燃)。正常情況下,鍋爐從冷態(tài)啟動并網(wǎng)帶負荷到穩(wěn)定燃燒退出油槍需要燒大量燃油。為了在設(shè)備啟停、低負荷下穩(wěn)燃且節(jié)約燃油,降低發(fā)電成本,將最下層煤粉燃燒器改造成少油點火煤粉燃燒器,收到了良好效果。1點火及燃燒煤粉的特點少油點火煤粉燃燒器流道呈“X”型,結(jié)構(gòu)如圖1所示。上、下噴口的出口部位各設(shè)置特殊分離元件(導(dǎo)流板),使經(jīng)流道進入噴口的一次風(fēng)煤粉氣流受離心力作用分成上、下(外圍區(qū))淡粉,中心濃粉的氣流結(jié)構(gòu),并在上、下噴出口的中部組織恰當(dāng)回流以預(yù)熱空間,大量卷吸爐內(nèi)高溫?zé)煔?對中心的煤粉氣流有效加熱,形成有利于著火的區(qū)域;同時,回流區(qū)氣流低速、煤粉停留時間長,煤粉所含的揮發(fā)分極易析出,使其中的少量煤粉極易著火。點火小油槍就安裝在該區(qū)域的中心(與火檢、點火槍穿過套管一起置于火嘴中心位),冷態(tài)點火啟動時,只要小油槍火焰提供的熱能不小于回流中心濃煤粉所需的著火熱,就能迅速點燃中心濃煤粉。中心濃煤粉氣流一旦著火,將使回流區(qū)溫度增高、放出大量熱,具有更大的點火能量,在燃燒火焰的湍流混合下很快就引燃上、下主氣流煤粉。由于點火過程使用油量較少,首先點燃部分濃煤粉,然后在油、煤粉混燒產(chǎn)生的高溫下,再點燃主流的煤粉。這種分級著火技術(shù),投煤粉較早、因此降低了啟動油耗。正常運行時,退出小油槍,少油點火燃燒器則當(dāng)主燃燒器使用。由于該燃燒器的結(jié)構(gòu)特點,回流區(qū)的高溫、高煤粉濃度使回流區(qū)燃燒煤粉十分穩(wěn)定,尤如始終存在一團火焰。故在低負荷或機組調(diào)峰時,該燃燒器具有很強的點燃主流煤粉能力,穩(wěn)燃能力強;同時,在噴口設(shè)計了預(yù)燃室,加強了低揮發(fā)分劣質(zhì)煤的穩(wěn)燃效果。2計算小型油槍容量的理論和結(jié)果2.1計算小型油槍容量的理論2.2煤粉點火設(shè)計結(jié)果2.2.1根據(jù)該公司實際常年用煤、配煤摻燒入爐煤質(zhì)情況,綜合考慮取平均煤質(zhì)進行點火小油槍容量計算(然后綜合實際進行修正),已知數(shù)據(jù)為:Cy=49.9%,Hy=1.65%,Oy=3.51%,Ny=0.79%,Sy=0.85%,Wy=8%,A=35.3%,Vr=9.8%,Qd=18000kJ/kg。查有關(guān)資料得:用零號柴油點火穩(wěn)定燃燒后,柴油火焰溫度可達Try=1200℃以上,無煙煤著火溫度取Tz=900℃,(投粉后一次風(fēng)粉著火溫度取Tf=900℃),冷爐點火取T0=50℃,一次風(fēng)率r1=17.2%(設(shè)計值),過?？諝庀禂?shù)α=1.25,空氣比熱Ck=1.028kJ/(kg·℃),空氣密度ρ=1.293kg/m3,煤粉比熱Cm=1.09kJ/(kg·℃),取煤的機械不完全燃燒損失q4=4%;每只煤粉燃燒器點火剛開始時的給粉量取給粉機最低出力3t/h(注:GF-9給粉機,出力為3~9t/h),因為少油點火燃燒器點火設(shè)計為分級燃燒:高能電弧點火器點燃油槍→點燃中心濃粉→點燃主流煤粉。考慮鍋爐冷態(tài)啟動時,能快速啟動又節(jié)約燃料,因此首先點燃的煤粉量Br=設(shè)計中心濃粉占35%×3+主流邊界部分回流約15%×(3-35%×3)=1.34t/h;取爐膛黑度ξ=1,絕對黑體的輻射常數(shù)σ0=4.9×10-8kJ/(m2·h·℃4);燃油有效利用系數(shù)β=98%,燃油低位發(fā)熱量Qy=41800kJ/kg。在點火溫度1200℃下,揮發(fā)分熱解燃燒率δv=40%、固定碳熱解燃燒率δc=6%。將上述各數(shù)值分別代入(4)、(5)、(6)式先算出Qr、Qz、Qf,再將其代入(3)式,即可算出小油槍最小理論出力為329.8kg/h。由于油槍采用分級著火燃燒技術(shù),中心濃煤粉與外圍主流煤粉著火相隔時間極短,在煤粉射流瞬時燃燒中,只考慮中心濃粉燃燒理論熱值的70%~85%和油槍火焰給外圍主流提供的著火熱,據(jù)此用上述原理計算可引燃外圍主流煤粉內(nèi)3~3.5t/h,大于剩余的1.66(3-1.34=1.66)t/h煤粉量,故理論上點火能量可滿足分級著火的要求。2.2.2考慮到電廠有時煤質(zhì)變化大、劣質(zhì)煤著火困難等因素,取修正系數(shù)1.5,可得1.5×油槍最小理論出力329.8kg/h=494.7kg/h,即取小油槍(實際)應(yīng)用出力為500kg/h。3油少粉燃燒法的施工3.1控制邏輯控制3.1.1編制改造實施技術(shù)方案(工藝技術(shù)、組織、安全措施、設(shè)備材料等),利用機組小修,拆除原有下層煤粉燃燒器,更換成根據(jù)實際煤質(zhì)設(shè)計的小油槍點火煤粉燃燒器;拆除原下層裝于二次風(fēng)口的點火油槍并封堵將其相應(yīng)燃油管、火檢裝置、油槍點火槍及配套推進裝置的控制線路等,移至新改造少油點火燃燒器層對應(yīng)的小油槍;控制邏輯方式與原相同(DCS控制);其投粉控制邏輯,使小油槍投入后可根據(jù)需要隨時投粉;RB工況執(zhí)行邏輯不受影響。3.1.2接入小油槍用壓縮空氣(壓縮空氣壓力0.58~0.66MPa,燃油壓為1.0MPa,),從二次送風(fēng)出口(或一次風(fēng)道一次風(fēng)機出口)引一母管(φ219mm×5mm)至鍋爐小油槍層,用做油槍冷卻風(fēng)(風(fēng)壓2kPa);用支管引至鍋爐四角,在每角分支風(fēng)管裝上手動閥和壓力表。3.1.3按工藝要求安裝少油點火煤粉燃燒器,并拉切圓、調(diào)校、冷態(tài)調(diào)平,定位焊接,與一次風(fēng)管、腰部風(fēng)、二次助燃風(fēng)接通,之后進行設(shè)備冷態(tài)調(diào)試、驗收,完成安裝工作。3.2控制轉(zhuǎn)速,并網(wǎng)運行3.2.1正常情況下:當(dāng)安裝及冷態(tài)調(diào)試合格按開爐程序檢查后即可進行熱態(tài)調(diào)試使設(shè)備達到最佳運行工況。確認粉倉有粉(最好粉位有2m)、啟動引風(fēng)機、送風(fēng)機、一次風(fēng)機,開啟小油槍冷卻風(fēng)(四角冷卻風(fēng)用閥門調(diào)平),任意點燃一支小油槍,觀察著火正常后,對角點燃第2支小油槍,第3支小油槍,當(dāng)三支小油槍燃燒正常穩(wěn)定后,即可投入少油煤粉燃燒器一次風(fēng)煤粉,注意因為是冷爐,為使煤粉著火燃燒充分、穩(wěn)定,保證煤粉足夠的著火熱,剛開始投粉時應(yīng)將給粉機轉(zhuǎn)速控制(較低)在250r/min左右,使給粉量不大于點火粉量設(shè)計值,相應(yīng)控制一次風(fēng)、二次風(fēng),關(guān)閉腰部風(fēng);當(dāng)煤粉著火燃燒正常后再依次增投對角煤粉,直至下部四角少油煤粉燃燒器投入、燃燒正常,然后逐步增加風(fēng)量和給粉量,當(dāng)蒸汽參數(shù)達汽輪機沖轉(zhuǎn)時,調(diào)整一、二次風(fēng)量將給粉機轉(zhuǎn)速調(diào)到600~800r/min;當(dāng)汽輪機達正常轉(zhuǎn)速準備并網(wǎng)時,給粉機轉(zhuǎn)速升至正常(1200r/min以上),一、二次風(fēng)量調(diào)整至正常?？傊L(fēng)量、煤粉是逐漸增加的(經(jīng)測試僅投下層四個少油點火煤粉燃燒器可帶60MW負荷),此后則按鍋爐升負荷操作程序,可順利投入上層各煤粉噴嘴,到穩(wěn)燃負荷(50%MCR)時退出小油槍,完成鍋爐啟動過程。3.2.2當(dāng)煤質(zhì)更差(大大低于點火煤質(zhì)計算值時)用少油點火燃燒啟爐也很順利,但開爐時間比煤質(zhì)好時略長些。步驟如下:適當(dāng)關(guān)小給粉機插板(根據(jù)煤質(zhì)情況調(diào)整),控制下粉量不大于2t/h(小于設(shè)計值3t/h),同時控制一次風(fēng)、二次風(fēng),關(guān)腰部風(fēng);當(dāng)煤粉著火燃燒正常后再依次對角投粉、直至下部四角小油槍煤粉投入燃燒正常,再逐步增加給粉量和對應(yīng)風(fēng)量;當(dāng)蒸汽達汽輪機沖轉(zhuǎn)時,給粉機轉(zhuǎn)速達600~700r/min,適當(dāng)開大給粉插板開度,相應(yīng)調(diào)整一、二次風(fēng)量;當(dāng)汽輪機至正常轉(zhuǎn)速準備并網(wǎng)時,給粉機轉(zhuǎn)速達1200r/min至正常,給粉插板開度至正常,相應(yīng)調(diào)整一、二次風(fēng)量至正常;其余操作同3.2.1。4小油槍點火煤粉燃燒的經(jīng)濟效果分析4.1少油點火煤粉燃燒器中,小油槍置于煤粉濃相回流區(qū),在噴口設(shè)計了一小段預(yù)燃室加強穩(wěn)燃效果;兩側(cè)為腰部風(fēng)可根據(jù)煤質(zhì)情況啟(關(guān))調(diào)節(jié)。改造后小油槍與燃燒器一體化,成為雙置濃淡分離煤粉燃燒器。既繼承了原雙通道燃燒器的優(yōu)點,又吸收了鈍體燃燒器的長處,化學(xué)動力反應(yīng)速度快;著火溫度低;釋放熱量大;點火換熱效果好;啟動時作點火燃燒器、節(jié)約成本,正常運行主燃燒器發(fā)揮良好穩(wěn)燃。4.2少油點火煤粉燃燒器的經(jīng)濟性好,節(jié)能、節(jié)油明顯。經(jīng)統(tǒng)計,少油點火煤粉燃燒器改造前,冷爐啟動(至退油槍穩(wěn)燃)一次需用點火燃油約98t左右,改用小油槍點火煤粉燃燒器后,冷爐啟動(至退油槍穩(wěn)燃)一次最多只需燃油40t,煤粉約88t。按燃料到廠并送至鍋爐費用:0號柴油5000元/t,煤到廠再送至鍋爐制成煤粉為:煤低位發(fā)熱量20000kJkg,約420元/t(煤低位發(fā)熱量18100kJ/kg,約382元/t,取單價420元/t計算),可算出冷爐開出一次節(jié)約燃料費用約25.3萬元。同理,在溫態(tài)、熱態(tài)和低負荷穩(wěn)燃時均有較好節(jié)油效益。經(jīng)比較兩臺鍋爐改造后每年因啟停運行助燃能節(jié)約燃油至少1000t,扣除煤粉燃燒費用可節(jié)約412萬元/年,效益可觀。4.3鍋爐啟動可靠,用小油槍點火成功率100%。因煤質(zhì)差、煤質(zhì)波動引起的鍋爐滅火現(xiàn)象大大減少,改造前,2臺鍋爐2003年全年滅火4次,改造后,2臺鍋爐在實際煤質(zhì)比以前更差的情況下,至今未發(fā)生過運行中滅火,表明燃燒可靠性增強。4.4根據(jù)小油槍熱能量,如煤質(zhì)較差時,冷爐點燃油槍后,開始應(yīng)少投煤粉,鍋爐啟動時間較長;如煤質(zhì)較好,冷爐點燃油槍后,開始可多投煤粉,鍋爐啟動時間可加快,鍋爐啟動時間縮短。當(dāng)爐內(nèi)溫度達到某一定值時,可逐漸加大給粉量至正常給粉?？偟膩碚f,煤質(zhì)差的煤點火初期時間相對略長,但后期易穩(wěn)定燃燒,操作方便。為保證具有足夠的著火熱,點火初期應(yīng)少投煤粉,以利于在低溫下,爐內(nèi)油、煤粉的充分燃燒。總之,小油槍點火煤粉燃燒器改造是一項實用、可靠、經(jīng)濟節(jié)能的技改項目,值得推廣。2.1.1根據(jù)煤粉燃燒理論,要使小油槍從內(nèi)部中心位置加熱一次風(fēng)煤粉氣流,使之迅速著火并穩(wěn)定燃燒,就必須使油槍火焰?zhèn)鹘o煤粉氣流的熱量Qj和少量煤粉被高溫油熱解燃燒產(chǎn)生的熱量Qr之和不小于煤粉氣流被加熱到著火溫度所吸收的熱量Qz與煤粉氣流對爐膛的輻射放熱量Qf之和,即:(1)式中的Qj可由(2)式算出:式中,By為油槍(理論)出力,kg/h;β為燃油有效利用系數(shù);Qy為燃油低位發(fā)熱量,kJ/kg;Try為燃油火焰溫度,℃;Tz為煤粉著火溫度,℃。由(1)、(2)式可求得By≥(Qz+Qf-Qr)Try/[βQy(TryTz)],即油槍最小出力為:(1)式中的Qz可由(4)式算出:式中,Br為每只燃燒器燃用的煤粉量,kg/h;V0為理論空氣量,m3/kg;ρ為空氣密度;r1為一次風(fēng)率;α為過?？諝庀禂?shù);Ck為空氣比熱;q4為煤的機械不完全燃燒損失;Cm為煤粉比熱;Tz為煤粉著火溫度;T0為一次風(fēng)和煤粉的混合溫度。(1)式中的Qf可由(5)式算出:式中,rm為煤粉粒密度,kg/m3;r為煤粉粒半徑,m;ξ為爐膛黑度;σ0為絕對黑體的輻射常數(shù);Tf為投粉后一次風(fēng)火炬溫度;T0為水冷壁溫度。為簡化計算通