氣化微油點火技術(shù)在600mw超臨界直流鍋爐蒸汽吹管中的應(yīng)用

中國的能源消耗高，石油少，煤炭替代石油是滿足中國國情的一項重要能源政策。面對國際原油價格上漲及國內(nèi)電廠競價上網(wǎng)政策的出臺,減少鍋爐啟動及低負(fù)荷穩(wěn)燃用油以降低發(fā)電成本,提高競爭力,已成為發(fā)電企業(yè)迫在眉睫的問題。若采用傳統(tǒng)點火方式,燃煤電廠在機(jī)組啟動、調(diào)試期間用油量很大,據(jù)保守估計,一臺600MW機(jī)組的調(diào)試用油約7000t,因此開發(fā)無油或者少油鍋爐點火技術(shù)成為當(dāng)前一個重要的課題。某發(fā)電公司2號鍋爐安裝了氣化微油燃燒器,該鍋爐吹管僅耗油22t,與1號爐相比,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益,極大地促進(jìn)了節(jié)油降耗問題的解決。1直接燃燒和研磨技術(shù)的原理微油氣化點火直接點燃煤粉系統(tǒng)運用了氣化微油量燃燒技術(shù)和煤粉多級燃燒能量逐級放大技術(shù)。1.1加熱燃燒及氣化氣化微油量燃燒技術(shù)是利用壓縮空氣的高速射流,將燃料油直接擊碎,霧化成納米級超細(xì)油滴進(jìn)行燃燒,同時用燃燒產(chǎn)生的熱量對燃料進(jìn)行初期加熱、擴(kuò)容并后期加熱,在極短時間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)氣化,使正常燃燒過程中的油槍直接燃燒氣體燃料,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(qiáng),其傳播速度超過音速,火焰呈完全透明狀(根部為藍(lán)色,中間及尾部為透明白色),火焰中心溫度高達(dá)1500~2000℃。1.2煤粉燃燒結(jié)構(gòu)燃料若使煤粉氣流達(dá)到著火溫度,必須提供一定的熱量,才能點燃煤粉。根據(jù)相關(guān)公式計算,每小時點燃300kg的煤粉,需要200kW左右的點火能量,折算成0號柴油,需要15kg。因此,每小時采用15~20kg的小油槍,完全能點燃300kg左右的煤粉。采用圖1所示的多級煤粉燃燒結(jié)構(gòu)燃燒器實現(xiàn)分級燃燒、逐級放大。一級燃燒室內(nèi)部:高溫油氣火焰與高濃度的煤粉在此發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng),煤粉裂解同時產(chǎn)生大量揮發(fā)份并被點燃;煤粉二、三級燃燒室:在一級燃燒室內(nèi)被點燃的揮發(fā)份及部分煤粉繼續(xù)燃燒,進(jìn)入二級燃燒室將后續(xù)引入的煤粉點燃,如此實現(xiàn)分級燃燒和能量逐級放大,最終引燃點燃3~5t/h煤粉,在燃燒器出口產(chǎn)生約1200℃的煤粉火焰。2吹管方案的確定某發(fā)電公司于2007年3月28日至2007年4月3日對2號鍋爐進(jìn)行了蒸汽吹管。由于直流爐降壓吹管的有效時間太短(每次僅為3~7s),故吹管方案定為穩(wěn)壓吹管降壓打靶,且每次穩(wěn)壓吹管結(jié)束后停爐12h。首先用2~3MPa低壓試吹一次,以檢查吹管系統(tǒng)的膨脹、支撐及排汽口安全情況,直至排氣比較干凈;接著用5.2~5.5MPa穩(wěn)壓吹管三次,每次1h,并在第三次穩(wěn)壓吹管結(jié)束時降壓打靶。共降壓吹管7次,其中4次裝有靶板,打靶結(jié)果為優(yōu)秀。2.1燃煤制粉系統(tǒng)此公司的鍋爐系東方鍋爐廠設(shè)計的DG1950/25.4-Ⅱ3超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐。鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式、旋流燃燒器;采用6套中速磨煤機(jī)、正壓冷一次風(fēng)機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)。燃煤設(shè)計煤種為神府東勝煤,校核煤種為晉北煙煤,實際入廠煤的煤質(zhì)特性見表1。針對該公司600MW機(jī)組的具體情況,將2號爐A層燃燒器(A1—A6)改造成氣化微油點火煤粉燃燒器。改造后的系統(tǒng)由氣化微油點火系統(tǒng)、一次風(fēng)加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。氣化微油點火系統(tǒng)由燃油、壓縮空氣、燃燒器、助燃風(fēng)、壁溫監(jiān)測、火檢系統(tǒng)等組成;一次風(fēng)加熱系統(tǒng)由暖風(fēng)器、風(fēng)門、支吊架等組成;控制系統(tǒng)對點火系統(tǒng)和制粉系統(tǒng)進(jìn)行控制,保證鍋爐安全、穩(wěn)定、可靠運行。氣化微油點火油系統(tǒng)的額定參數(shù)為油壓1.3MPa,耗油量50kg/h。2.2煤機(jī)投煤方案改造前的投煤點火升溫升壓的速度通過油壓的調(diào)節(jié)和油槍的增減進(jìn)行控制,而改造后僅通過煤量增減就可進(jìn)行升溫升壓速度的控制。氣化微油點火在投粉前位于燃燒器中的微油點火槍處于投運狀態(tài),磨煤機(jī)入口風(fēng)溫達(dá)到規(guī)定值后即可投煤。如圖2所示。由于直吹式制粉系統(tǒng)特性,且給煤機(jī)的最低給煤率為22~27t/h,開啟給煤機(jī)的下煤閘板后,入爐燃料由0迅速增加到23t/h,但是為保證水動力的穩(wěn)定性,直流鍋爐規(guī)定了最低的啟動流量(該爐的規(guī)定值為400t/h)。投入A制粉系統(tǒng)后,水煤比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常運行時的8∶1,再加上此時燃盡率較低。所以此階段主蒸汽的最大升溫速率為1.93℃/min,最大升壓速率為0.017MPa/min,完全滿足運行規(guī)程規(guī)定的升溫、升壓速率要求(升壓速率小于0.06MPa/min,升溫速率小于2℃/min)。2.3吹管及氣化微油點火系統(tǒng)費用此公司1號、2號鍋爐采用相同的吹管方案,由于點火方式各異,產(chǎn)生的費用也不同。如表2所示:以目前0號輕柴油價格為0.5萬元/t,燃煤價格0.04萬元/t,制粉單耗按25kWh/t,廠用電價0.6元/kWh計,則1號爐的吹管費用約為827萬元;2號爐吹管費用僅為87萬元。一套氣化微油點火系統(tǒng)初投資按240萬元計算,則在2號爐僅在吹管階段就比1號爐節(jié)約了500萬元。假設(shè)2號爐改造成等離子點火系統(tǒng)(假設(shè)吹管耗煤量相同):等離子點火打火器耗電20kWh/t,吹管期間所耗陰極為10個,每個按1000元價計算,吹管所產(chǎn)生的費用約為82萬元,與氣化微油點火相差無幾。但是一套等離子點火系統(tǒng)的初投資至少500萬元,比氣化微油點火系統(tǒng)多出260萬元。氣化微油點火系統(tǒng)除了用少量油之外,日常維護(hù)量小,操作簡單。由此可見,利用氣化微油點火系統(tǒng),可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。3應(yīng)注意天然氣小油點的技術(shù)和應(yīng)用3.1微油槍點火的影響考慮在點火過程中煤粉燃燒的要求及鍋爐運行的安全,在熱工邏輯上規(guī)定了“任意兩支微油槍失去火焰,A磨煤機(jī)跳閘”。因此,在實際使用中,如何減少甚至杜絕兩個或以上微油槍同時滅火或失去火檢是關(guān)鍵問題。在吹管過程中,曾出現(xiàn)以下兩種原因引起的滅火:a)微油槍初始點火時油壓波動引起滅火。氣化微油系統(tǒng)的母管使用?22mm×3mm不銹鋼管,單支油槍采用?14mm×2mm不銹鋼管連接,由于母管管徑小、流量小,而且沒有穩(wěn)壓裝置,導(dǎo)致點火初期出現(xiàn)油壓波動,使已投運的油槍滅火,加裝穩(wěn)壓裝置后,此問題徹底解決。b)油槍助燃風(fēng)壓力低,使微油火焰剛度不夠,被帶有強(qiáng)烈旋流的三次風(fēng)吹滅。起初油槍助燃風(fēng)取自送風(fēng)機(jī)出口,很難達(dá)到助燃風(fēng)要求的2kPa,將油槍助燃風(fēng)風(fēng)源改為冷一次風(fēng)后此問題得以解決。3.2煤少風(fēng)大時煤粉燃燒效果差由于磨煤機(jī)設(shè)有“入口風(fēng)壓<6.2kPa跳磨煤機(jī)”的邏輯,為了避免磨煤機(jī)跳閘,初次點火時A磨煤機(jī)入口風(fēng)壓一般維持在6.5kPa左右,此時磨煤機(jī)的入口風(fēng)量約105t/h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于初始點火風(fēng)量設(shè)計值80t/h。另外,為了在啟動初期控制升溫升壓的速度,磨煤機(jī)基本上以最小給煤量22t/h運行。因此在煤少風(fēng)大的情況下,磨煤機(jī)內(nèi)部煤層厚度比較薄,容易造成運行過程中出現(xiàn)振動大的現(xiàn)象。而且在煤少風(fēng)大、一次風(fēng)速偏高下,不利于煤粉點燃和組織燃燒。在這種情況下投煤粉,煤粉燃盡率低。如表3所示,剛投煤粉時飛灰可燃物含量高至32.65%,隨著給煤量的增加和爐膛溫度的升高,燃燒效果越來越好,飛灰可燃物含量也逐漸降低。因此,在點火初期,要綜合考慮磨煤機(jī)運行穩(wěn)定性、煤粉燃盡率是否利于煤粉著火幾個方面的關(guān)系。綜合幾個方面的原因,后將A磨煤機(jī)“入口風(fēng)壓<6.2kPa跳磨煤機(jī)”的邏輯取消,將磨煤機(jī)入口風(fēng)壓降低至5.8kPa