煤粉鍋爐少油直接點(diǎn)火煤粉燃燒改造

煤粉鍋爐少油直接點(diǎn)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(guó)abb-ce燃料公司開(kāi)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(chǔ)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(fù)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(gè)),上3層WR結(jié)構(gòu),下2層為雙通道燃燒器。設(shè)計(jì)為二級(jí)點(diǎn)火,高能電弧點(diǎn)火器點(diǎn)燃油槍,油槍點(diǎn)燃煤粉(一般采用下層油槍點(diǎn)火,中層、上層油槍助燃)。正常情況下,鍋爐從冷態(tài)啟動(dòng)并網(wǎng)帶負(fù)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(fù)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(diǎn)火煤粉燃燒器,收到了良好效果。1點(diǎn)火及燃燒煤粉的特點(diǎn)少油點(diǎn)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(jìn)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(duì)中心的煤粉氣流有效加熱,形成有利于著火的區(qū)域;同時(shí),回流區(qū)氣流低速、煤粉停留時(shí)間長(zhǎng),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(diǎn)火小油槍就安裝在該區(qū)域的中心(與火檢、點(diǎn)火槍穿過(guò)套管一起置于火嘴中心位),冷態(tài)點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí),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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)火過(guò)程使用油量較少,首先點(diǎn)燃部分濃煤粉,然后在油、煤粉混燒產(chǎn)生的高溫下,再點(diǎn)燃主流的煤粉。這種分級(jí)著火技術(shù),投煤粉較早、因此降低了啟動(dòng)油耗。正常運(yùn)行時(shí),退出小油槍,少油點(diǎn)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(diǎn),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(tuán)火焰。故在低負(fù)荷或機(jī)組調(diào)峰時(shí),該燃燒器具有很強(qiáng)的點(diǎn)燃主流煤粉能力,穩(wěn)燃能力強(qiáng);同時(shí),在噴口設(shè)計(jì)了預(yù)燃室,加強(qiáng)了低揮發(fā)分劣質(zhì)煤的穩(wěn)燃效果。2計(jì)算小型油槍容量的理論和結(jié)果2.1計(jì)算小型油槍容量的理論2.2煤粉點(diǎn)火設(shè)計(jì)結(jié)果2.2.1根據(jù)該公司實(shí)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(jìn)行點(diǎn)火小油槍容量計(jì)算(然后綜合實(shí)際進(jìn)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(hào)柴油點(diǎn)火穩(wěn)定燃燒后,柴油火焰溫度可達(dá)Try=1200℃以上,無(wú)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(diǎn)火取T0=50℃,一次風(fēng)率r1=17.2%(設(shè)計(jì)值),過(guò)?？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(jī)械不完全燃燒損失q4=4%;每只煤粉燃燒器點(diǎn)火剛開(kāi)始時(shí)的給粉量取給粉機(jī)最低出力3t/h(注:GF-9給粉機(jī),出力為3~9t/h),因?yàn)樯儆忘c(diǎn)火燃燒器點(diǎn)火設(shè)計(jì)為分級(jí)燃燒:高能電弧點(diǎn)火器點(diǎn)燃油槍→點(diǎn)燃中心濃粉→點(diǎn)燃主流煤粉。考慮鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí),能快速啟動(dòng)又節(jié)約燃料,因此首先點(diǎn)燃的煤粉量Br=設(shè)計(jì)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(duì)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(diǎn)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(jí)著火燃燒技術(shù),中心濃煤粉與外圍主流煤粉著火相隔時(shí)間極短,在煤粉射流瞬時(shí)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(jì)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(diǎn)火能量可滿足分級(jí)著火的要求。2.2.2考慮到電廠有時(shí)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(shí)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(shí)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(jī)組小修,拆除原有下層煤粉燃燒器,更換成根據(jù)實(shí)際煤質(zhì)設(shè)計(jì)的小油槍點(diǎn)火煤粉燃燒器;拆除原下層裝于二次風(fēng)口的點(diǎn)火油槍并封堵將其相應(yīng)燃油管、火檢裝置、油槍點(diǎn)火槍及配套推進(jìn)裝置的控制線路等,移至新改造少油點(diǎn)火燃燒器層對(duì)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(shí)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(jī)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(dòng)閥和壓力表。3.1.3按工藝要求安裝少油點(diǎn)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(jìn)行設(shè)備冷態(tài)調(diào)試、驗(yàn)收,完成安裝工作。3.2控制轉(zhuǎn)速,并網(wǎng)運(yùn)行3.2.1正常情況下:當(dāng)安裝及冷態(tài)調(diào)試合格按開(kāi)爐程序檢查后即可進(jìn)行熱態(tài)調(diào)試使設(shè)備達(dá)到最佳運(yùn)行工況。確認(rèn)粉倉(cāng)有粉(最好粉位有2m)、啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī),開(kāi)啟小油槍冷卻風(fēng)(四角冷卻風(fēng)用閥門調(diào)平),任意點(diǎn)燃一支小油槍,觀察著火正常后,對(duì)角點(diǎn)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?yàn)槭抢錉t,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(kāi)始投粉時(shí)應(yīng)將給粉機(jī)轉(zhuǎn)速控制(較低)在250r/min左右,使給粉量不大于點(diǎn)火粉量設(shè)計(jì)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(duì)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(dá)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí),調(diào)整一、二次風(fēng)量將給粉機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)到600~800r/min;當(dāng)汽輪機(jī)達(dá)正常轉(zhuǎn)速準(zhǔn)備并網(wǎng)時(shí),給粉機(jī)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(cè)試僅投下層四個(gè)少油點(diǎn)火煤粉燃燒器可帶60MW負(fù)荷),此后則按鍋爐升負(fù)荷操作程序,可順利投入上層各煤粉噴嘴,到穩(wěn)燃負(fù)荷(50%MCR)時(shí)退出小油槍,完成鍋爐啟動(dòng)過(guò)程。3.2.2當(dāng)煤質(zhì)更差(大大低于點(diǎn)火煤質(zhì)計(jì)算值時(shí))用少油點(diǎn)火燃燒啟爐也很順利,但開(kāi)爐時(shí)間比煤質(zhì)好時(shí)略長(zhǎng)些。步驟如下:適當(dāng)關(guān)小給粉機(jī)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(jì)值3t/h),同時(shí)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(duì)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(duì)應(yīng)風(fēng)量;當(dāng)蒸汽達(dá)汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)時(shí),給粉機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)600~700r/min,適當(dāng)開(kāi)大給粉插板開(kāi)度,相應(yīng)調(diào)整一、二次風(fēng)量;當(dāng)汽輪機(jī)至正常轉(zhuǎn)速準(zhǔn)備并網(wǎng)時(shí),給粉機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)1200r/min至正常,給粉插板開(kāi)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(diǎn)火煤粉燃燒的經(jīng)濟(jì)效果分析4.1少油點(diǎn)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(jì)了一小段預(yù)燃室加強(qiáng)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(diǎn),又吸收了鈍體燃燒器的長(zhǎng)處,化學(xué)動(dòng)力反應(yīng)速度快;著火溫度低;釋放熱量大;點(diǎn)火換熱效果好;啟動(dòng)時(shí)作點(diǎn)火燃燒器、節(jié)約成本,正常運(yùn)行主燃燒器發(fā)揮良好穩(wěn)燃。4.2少油點(diǎn)火煤粉燃燒器的經(jīng)濟(jì)性好,節(jié)能、節(jié)油明顯。經(jīng)統(tǒng)計(jì),少油點(diǎn)火煤粉燃燒器改造前,冷爐啟動(dòng)(至退油槍穩(wěn)燃)一次需用點(diǎn)火燃油約98t左右,改用小油槍點(diǎn)火煤粉燃燒器后,冷爐啟動(dòng)(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(fèi)用:0號(hào)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(jià)420元/t計(jì)算),可算出冷爐開(kāi)出一次節(jié)約燃料費(fèi)用約25.3萬(wàn)元。同理,在溫態(tài)、熱態(tài)和低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)均有較好節(jié)油效益。經(jīng)比較兩臺(tái)鍋爐改造后每年因啟停運(yùn)行助燃能節(jié)約燃油至少1000t,扣除煤粉燃燒費(fèi)用可節(jié)約412萬(wàn)元/年,效益可觀。4.3鍋爐啟動(dòng)可靠,用小油槍點(diǎn)火成功率100%。因煤質(zhì)差、煤質(zhì)波動(dòng)引起的鍋爐滅火現(xiàn)象大大減少,改造前,2臺(tái)鍋爐2003年全年滅火4次,改造后,2臺(tái)鍋爐在實(shí)際煤質(zhì)比以前更差的情況下,至今未發(fā)生過(guò)運(yùn)行中滅火,表明燃燒可靠性增強(qiáng)。4.4根據(jù)小油槍熱能量,如煤質(zhì)較差時(shí),冷爐點(diǎn)燃油槍后,開(kāi)始應(yīng)少投煤粉,鍋爐啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng);如煤質(zhì)較好,冷爐點(diǎn)燃油槍后,開(kāi)始可多投煤粉,鍋爐啟動(dòng)時(shí)間可加快,鍋爐啟動(dòng)時(shí)間縮短。當(dāng)爐內(nèi)溫度達(dá)到某一定值時(shí),可逐漸加大給粉量至正常給粉?？偟膩?lái)說(shuō),煤質(zhì)差的煤點(diǎn)火初期時(shí)間相對(duì)略長(zhǎng),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(diǎn)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?？傊?小油槍點(diǎn)火煤粉燃燒器改造是一項(xiàng)實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)節(jié)能的技改項(xiàng)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(duì)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(guò)?？諝庀禂?shù);Ck為空氣比熱;q4為煤的機(jī)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(duì)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(jiǎn)化計(jì)算通