超臨界700mw機(jī)組鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火啟動(dòng)試驗(yàn)研究

超臨界700mw機(jī)組鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火啟動(dòng)試驗(yàn)研究

氧氣富氧燃燒技術(shù)是一種將氧氣含量高于空氣中氧氣含量的新節(jié)能輔助技術(shù)?？膳c微油燃燒技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)電氣爐冷態(tài)火的啟動(dòng)，減少對(duì)低負(fù)荷和高油耗的穩(wěn)定燃燒。目前,國(guó)內(nèi)外雖然對(duì)富氧燃燒都進(jìn)行了廣泛的研究,但富氧點(diǎn)火技術(shù)在電站燃煤鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)和低負(fù)荷穩(wěn)燃的應(yīng)用鮮見(jiàn)報(bào)道。1燃燒氣體溫度和燃燒溫度對(duì)煤粉燃燒的影響通?？諝庵械腛2含量為20.93%,參加燃燒的O2僅占空氣的1/5,而占空氣4/5的氮?dú)夂投栊詺怏w不參與燃燒,反而帶走大量的熱,降低了火焰溫度。高純度氧氣對(duì)油槍火焰、油煤混合火焰及煤粉火焰的助燃十分有效,提高燃燒氣體中的O2濃度,會(huì)減少氮?dú)鉂舛?降低燃燒氣體用量,進(jìn)而使煙氣量減小。固/液體燃料燃燒后的煙氣量為:式中:V0、I0分別為燃燒反應(yīng)理論煙氣量和所需理論空氣量,;C、S、H、W、N、O分別為燃料中碳、硫、氫、水分、氮、氧含量;O2為空氣中O2含量。燃燒后的煙氣量減少,會(huì)導(dǎo)致火焰溫度顯著提高。理論火焰溫度t為:式中:Q1為燃燒的低位發(fā)熱值;Q2為助燃空氣物理熱值;Q3為燃料物理熱值;Q4為燃料分解熱值;Vy為燃料燃燒后產(chǎn)生的氣體;c為燃燒氣體的比熱容。隨著燃燒氣體中O2濃度的增加,理論火焰溫度逐漸升高,但上升幅度會(huì)逐漸減小,研究發(fā)現(xiàn)O2濃度在26%~31%時(shí)助燃效果最佳。燃燒氣體的O2濃度與燃燒反應(yīng)速度密切相關(guān),尤其在燃燒固/液體燃料時(shí),提高O2濃度可大大提高燃燒反應(yīng)速度,進(jìn)而提高燃燒強(qiáng)度w:式中:Cm=C1×CO2,其中C1、CO2分別為燃?xì)夂涂諝庵械难鯘舛?K為碳粒燃燒的化學(xué)反應(yīng)速度常數(shù);R為通用氣體常數(shù);T為熱力學(xué)溫度。富氧燃燒會(huì)降低煤粉的著火溫度和燃盡溫度,縮短燃盡時(shí)間。煤粉粒徑為75~106mm時(shí),O2濃度從21%提高到100%可使無(wú)煙煤和煙煤的著火溫度分別降低了76、31℃,燃盡溫度分別降低了76、138℃,煙煤燃盡溫度的降幅比著火溫度更大。當(dāng)鍋爐排煙溫度一致時(shí),燃燒氣體含氧量為25%時(shí),可節(jié)能15.3%;燃燒氣體含氧量為29%時(shí)可節(jié)能26.4%。在以氣、油、煤為燃料的發(fā)電機(jī)組上進(jìn)行富氧燃燒試驗(yàn),得到燃燒氣體含氧量為23%時(shí)可節(jié)能10%~25%;燃燒氣體含氧量為25%時(shí)可節(jié)能20%~40%;燃燒氣體含氧量為27%時(shí)可節(jié)能30%~50%。試驗(yàn)證實(shí),采用富氧助燃技術(shù)的鍋爐煙塵排放量全部達(dá)標(biāo)。富氧點(diǎn)火技術(shù)是在微油點(diǎn)火技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合深入一次風(fēng)管內(nèi)部的點(diǎn)火技術(shù),通過(guò)環(huán)形噴嘴將助燃所需的氧氣送入點(diǎn)火燃燒器內(nèi)部,使其直接與高濃度煤粉湍流混合形成高煤粉濃度、高溫度、高氧量區(qū)域。點(diǎn)火燃燒器內(nèi)局部區(qū)域O2濃度的提高,不僅提高了局部燃燒溫度,還進(jìn)一步降低了煤粉的著火溫度,加快了反應(yīng)速度,縮短了著火時(shí)間,大大提高了煤粉在純冷態(tài)下的著火穩(wěn)定性。2燃燒系統(tǒng)配置某電廠二期2×670MW機(jī)組鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行SG2102/25.40-M954型螺旋管圈直流爐,單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、Π型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。該機(jī)組爐后尾部布置2臺(tái)轉(zhuǎn)子直徑為14236mm的三分倉(cāng)容克式空氣預(yù)熱器,鍋爐設(shè)計(jì)燃用山西晉中地區(qū)貧煤,煤質(zhì)分析見(jiàn)表1。該鍋爐燃燒系統(tǒng)采用6臺(tái)BBD3854型雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)冷一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng),設(shè)計(jì)煤粉細(xì)度R200為82%。6臺(tái)磨煤機(jī)共24只直流式濃煤粉燃燒器和24只直流式淡煤粉燃燒器分6層布置于爐膛下部4角,煤粉和空氣從4角送入,在爐膛中呈切圓方式燃燒。每臺(tái)磨煤機(jī)連接4根煤粉輸送管,每根煤粉管道的燃燒器進(jìn)口處配備1個(gè)濃淡分離裝置,將分離后的濃煤粉送入爐膛下部燃燒器,淡煤粉送入爐膛上部燃燒器。該鍋爐采用2級(jí)點(diǎn)火方式,先通過(guò)高能點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃輕油,再點(diǎn)燃煤粉。燃燒系統(tǒng)配16支Y型蒸汽霧化油槍,每支油槍出力為2.5t/h,其中下3層燃燒器共12支油槍,每支油槍布置在相鄰2層濃煤粉噴嘴之間的直吹二次風(fēng)噴嘴內(nèi);上1層燃燒器共4支油槍,每支油槍布置在第2和第3層淡煤粉噴嘴之間的直吹二次風(fēng)噴嘴內(nèi)。霧化蒸汽壓力為0.8~1.1MPa,霧化蒸汽溫度為28℃過(guò)熱度,但最高不超過(guò)250℃,油槍出力按30%MCR負(fù)荷設(shè)計(jì)。3煤調(diào)濕風(fēng)道改造機(jī)組小修時(shí)將該鍋爐最下層濃、淡煤粉燃燒器均改為富氧+微油燃燒器;自下而上第2層濃煤粉燃燒器改為富氧+微油燃燒器,鍋爐啟動(dòng)由全油方式改為富氧點(diǎn)火方式,以達(dá)到節(jié)油目的。2臺(tái)機(jī)組2臺(tái)爐配置1個(gè)供氧站,在磨煤機(jī)入口風(fēng)道母管內(nèi)另設(shè)1套風(fēng)道加熱裝置,與原有暖風(fēng)器共同為鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)磨煤機(jī)提供熱風(fēng)。改造后濃煤粉燃燒器配主、輔2支油槍,淡煤粉燃燒器配1支主油槍。單支主油槍出力為150kg/h,輔油槍出力為100kg/h。濃煤粉燃燒器單角純氧流量為200m3/h,淡煤粉燃燒器純氧流量為100m3/h。液氧站的液氧罐容積為20m3。液氧氣化器的氣化出力為2000m3/h。風(fēng)道加熱器設(shè)計(jì)3支油槍,單支出力設(shè)計(jì)值為200kg/h。4好氧助燃試驗(yàn)在鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行了富氧點(diǎn)火技術(shù)性能測(cè)試,結(jié)果表明在氧氣助燃情況下,爐膛火焰顏色明亮,燃燒器出口燃燒溫度明顯提高,冷態(tài)啟動(dòng)全程不需要投入大油槍,改造效果良好。4.1改造前后粉碎量對(duì)比鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中除塵器入口煙氣中的油污量為0.442t,同比計(jì)算較改造前減少80%;粉塵量(灰渣及未燃盡碳的混合物)約89.7t,較改造前減少50%。富氧點(diǎn)火方式明顯提高了油和煤的燃盡率,減弱了油污對(duì)靜電除塵器陰極線(xiàn)和陽(yáng)極板結(jié)垢的影響,以及飛灰可燃物在除塵器內(nèi)部或灰斗中自燃的風(fēng)險(xiǎn),為鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中靜電除塵器的盡早投入創(chuàng)造了有利條件。4.2噴口外火焰溫度變化試驗(yàn)將最下層燃燒器濃煤粉(AR)層4只煤粉燃燒器上約1m處的觀火孔選擇為火焰溫度測(cè)點(diǎn)。在2012年5月19日約18:25至19:40期間1號(hào)~3號(hào)角氧槍開(kāi)始全出力通氧,而4號(hào)角氧槍不投氧,19:40后4個(gè)角全出力通氧。圖1為噴口火焰溫度隨投氧時(shí)間的變化趨勢(shì)。由圖1可見(jiàn),投氧前AR層4個(gè)噴口外火焰溫度偏差較小;當(dāng)1~3號(hào)角噴燃器噴入氧氣后,其對(duì)應(yīng)的火焰溫度快速上升,而4號(hào)角噴燃器外火焰溫度上升較慢,火焰溫度相對(duì)于其它噴口約低200~300℃;19:30以后4號(hào)角噴燃器噴入氧氣,4號(hào)噴口火焰溫度上升速度加快?？梢?jiàn),氧氣通入可使火焰溫度快速上升,火焰亮度明顯提高,這有利于提高煤粉的燃盡率,節(jié)省點(diǎn)火用油。20:001號(hào)角噴燃器內(nèi)油槍關(guān)閉,其火焰溫度開(kāi)始降低,30min后迅速降低了550℃,20:30以后1號(hào)噴口火焰溫度緩慢上升,1h后僅上升了約100℃。由此可見(jiàn),點(diǎn)火初期通入氧氣,可使火焰溫度迅速升高,但因爐膛溫度仍較低,故依然不能關(guān)閉油槍,否則將導(dǎo)致?tīng)t膛升溫速度較慢。5月20日2:30以后AR層噴口內(nèi)油槍和氧槍已全部開(kāi)啟,且已穩(wěn)定燃燒。圖2給出了AR層4支油槍和氧槍已全部開(kāi)啟時(shí)的火焰溫度隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。由圖2可見(jiàn),AR層各噴口的火焰溫度在1100~1200℃之間,燃燒情況較好。4.3降低氧化壓,提高燃盡率收集濾筒中的樣品測(cè)試飛灰含碳量,結(jié)果如圖3所示。由圖3可見(jiàn),初始點(diǎn)火時(shí),飛灰含碳量較高(達(dá)到近30%),此時(shí)燃盡率約為84.1%;隨著氧氣的通入,飛灰含碳量降低到20%以下,燃盡率升高至90.7%;點(diǎn)火后期爐溫逐漸升高,飛灰含碳量已穩(wěn)定在5%,此時(shí)燃盡率約為98%。可見(jiàn),富氧助燃可有效促進(jìn)點(diǎn)火階段煤粉的充分燃燒,降低飛灰可燃物含量,進(jìn)而提高燃燒效率和燃煤經(jīng)濟(jì)性。4.4機(jī)組控制燃油該鍋爐從2012年5月19日17:10投油點(diǎn)火起,A磨煤機(jī)啟動(dòng),同時(shí)投油、投粉,至5月20日6:28機(jī)組負(fù)荷約為430MW時(shí)退出全部油槍,整個(gè)點(diǎn)火過(guò)程消耗燃油共24t。自5月19日18:25AR層4個(gè)噴口全出力投入氧氣,至5月20日6:28退出油槍,整個(gè)點(diǎn)火過(guò)程共耗純氧約31.5t。4.5機(jī)沖轉(zhuǎn)過(guò)程分析規(guī)程要求在鍋爐升壓開(kāi)始階段,飽和溫度低于100℃時(shí),升溫速率不得超過(guò)1.1℃/min,在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前,升溫速率不得超過(guò)1.5℃/min。該鍋爐從開(kāi)始升溫升壓至機(jī)組負(fù)荷為430MW,主蒸汽溫度約570℃,機(jī)前壓力為16.8MPa時(shí),撤除全部小油槍和氧槍,冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程耗時(shí)13h。圖4為本次鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)的升溫升壓曲線(xiàn)。由圖4可見(jiàn),鍋爐升溫升壓速度低于規(guī)程要求,啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。