600mw機組鍋爐微油點火系統(tǒng)改造實踐

600mw機組鍋爐微油點火系統(tǒng)改造實踐

0等離子無油點火燃燒技術(shù)在電廠鍋爐根據(jù)國務(wù)院經(jīng)濟貿(mào)易委員會的相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，中國人均石油資源總量僅為世界平均水平的18%。根據(jù)目前的石油需求趨勢，估計2010年和2015年中國的石油需求將達(dá)到25.3億t。因此,我們必須高度重視油氣資源的集約經(jīng)營。國家經(jīng)貿(mào)委已將石油、石化、鋼鐵、化工和電力行業(yè)作為節(jié)油的五大重點行業(yè),其中電力行業(yè)為五大行業(yè)中的重中之重,“十一五”期間要求電力系統(tǒng)大幅壓縮燃料用油。在這種大環(huán)境下,天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司積極的實踐著電廠鍋爐點火及助燃用油的節(jié)約的新技術(shù)、新工藝、新方法。等離子無油點火燃燒技術(shù)在盤電公司600MW鍋爐上的國內(nèi)首次應(yīng)用由于技術(shù)水平和現(xiàn)場諸多因素的限制沒有收到預(yù)期效果,氣化小油槍微油點火燃燒技術(shù)在這種情況下應(yīng)運而生。盤山發(fā)電公司在2009年初利用機組小修時機,積極在該公司#3鍋爐的燃燒點火系統(tǒng)上進行了氣化小油槍微油點火的技術(shù)改造,取得了顯著的效果。1小型氣槍燃燒和燃燒的原則1.1蒸發(fā)氣化燃燒油槍氣化小油槍燃燒器的工作原理是:先利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎,霧化成超細(xì)油滴進行燃燒,同時用燃燒產(chǎn)生的熱量對燃料進行初期加熱,擴容,后期加熱,在極短的時間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)氣化,使油槍在正常燃燒過程中直接燃燒氣體燃料,從而大大提高燃燒效率及火焰溫度。氣化燃燒后的火焰(如圖1所示)剛性極強、其傳播速度極快超過聲速、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℃,可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)進行直接點燃煤粉燃燒,從而實現(xiàn)電站鍋爐啟動、停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃。壓縮空氣主要用于點火時實現(xiàn)燃油霧化、正常燃燒時加速燃油氣化及補充前期燃燒需要的氧量。高壓風(fēng)主要用于補充后期加速燃燒所需的氧量。1.2低負(fù)荷煤粉燃燒技術(shù)微油氣化油槍與高強度油燃燒室配合,燃燒后形成溫度很高的油火焰。高溫油火焰引入煤粉燃燒器一級燃燒區(qū),當(dāng)濃相煤粉通過氣化燃燒的高溫火核時,煤粉溫度急劇升高、破裂粉碎,釋放出大量的揮發(fā)份,并迅速著火燃燒;已著火燃燒的濃相煤粉在二次燃燒區(qū)內(nèi)與稀相煤粉混合并點燃稀相煤粉,實現(xiàn)了煤粉分級燃燒(如圖2所示),燃燒能量逐級放大,達(dá)到點火并加速煤粉燃燒的目的,大大減少煤粉燃燒所需引燃能量,滿足了鍋爐啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃的需求。氣膜冷卻二次風(fēng)主要用于保護噴口安全,防止結(jié)焦燒損及補充后期燃燒所需氧量。1.3小油槍的投入,改善了煤粉的燃燒條件采用濃淡燃燒方式已經(jīng)使煤粉在著火區(qū)域形成了高濃度、高溫度、少空氣、易著火的有利條件。投入小油槍后,輕油的烴類揮發(fā)使得煤粉著火區(qū)域的揮發(fā)份濃度和還原性氣氛有了顯著提高,著火熱降低,火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?其有利于著火和穩(wěn)燃是顯而易見的。小油槍投入之后,大大改善了煤粉的著火條件,使得每支直流燃燒器形成了各自獨立的燃燒小中心,同層燃燒組織此時具有了鄰角互穩(wěn)和單角自穩(wěn)的雙重穩(wěn)燃條件,二者疊加將大大提高穩(wěn)燃效果。煤粉中的揮發(fā)份在較低的截面熱負(fù)荷下易造成析出不穩(wěn)定,使得著火初期發(fā)生脈動性燃燒,隨時間的延續(xù),燃燒惡化。小油槍的投入,為煤粉燃燒提供了較為穩(wěn)定、充足的可燃?xì)怏w,燃燒脈動就會消失。在更低負(fù)荷需投油穩(wěn)燃時,通過氣化小油槍的燃燒熱,以提供煤粉著火區(qū)所需的局部高溫、高熱源著火條件,并且遏制了煤粉著火隨負(fù)荷降低而產(chǎn)生的波動(相當(dāng)于一個穩(wěn)定熱源阻尼),保證了煤粉出口的著火穩(wěn)燃要求,形成一種穩(wěn)定的著火熱源,從而實現(xiàn)整個爐膛煤粉穩(wěn)燃要求的良性燃燒循環(huán)。2小氣槍和小氣點法的改造2.1微油燃燒的主要性能2.2微油點火控制系統(tǒng)盤山發(fā)電公司本次小油槍微油點火改造將四套微油點火燃燒器安裝在次下層(B層)一次風(fēng)噴口位置,取代原有的主燃燒器,作為鍋爐微油點火燃燒器和主燃燒器使用,可滿足鍋爐啟?；虻拓?fù)荷穩(wěn)燃的要求。微油點火系統(tǒng)由氣化油槍點火系統(tǒng)、煤粉燃燒系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)四部分組成。(1)氣化油槍點火系統(tǒng)由微油氣化主油槍和輔助油槍、高能點火裝置、油火檢驗裝置、燃油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、高壓助燃油配風(fēng)系統(tǒng)等組成。(1)氣化小油槍分為主油槍和輔助油槍。氣化主油槍由進油管、噴嘴、進氣管及高能點火裝置組成,油壓0.5~2.5MPa,出力20~40kg/h。輔助油槍由進油管、噴嘴、進氣管組成,油壓0.5~2.5MPa,出力40~80kg/h。(2)燃油及壓縮空氣系統(tǒng)均用鍋爐原有的燃油和壓縮空氣系統(tǒng)管路上連接支管設(shè)計系統(tǒng),這樣的改造量小,系統(tǒng)簡單可靠。(3)高壓助燃油配風(fēng)系統(tǒng)。氣化油槍在運行和備用期間,需要有一風(fēng)壓約為5000Pa、出力500m3/h的助燃吹掃風(fēng),取自爐前冷一次風(fēng)管道,通過金屬軟管和各角氣化主、輔油槍、圖像火焰監(jiān)視探頭連接。其中氣化油槍專門火檢的冷卻風(fēng)取自原鍋爐火檢冷卻風(fēng),完成整個高壓油配風(fēng)系統(tǒng)。(2)煤粉燃燒系統(tǒng)主要由點火煤粉燃燒器、煤粉濃縮器、周界風(fēng)冷卻系統(tǒng)和送粉系統(tǒng)等組成,其中煤粉燃燒器和煤粉濃縮器采用微油點火系統(tǒng)專門制作的燃燒器結(jié)構(gòu),周界風(fēng)冷卻系統(tǒng)從原二次風(fēng)箱引入,不改變原周界風(fēng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng),送粉系統(tǒng)采用原來的煤粉管道和一次風(fēng)流速均能保證微油點火的正常投入,故送粉系統(tǒng)不做改變。微油點火煤粉燃燒器為2級放大引燃方式(如圖3所示),當(dāng)煤粉被流線型濃淡分離裝置濃縮后,濃相煤粉通過1級燃燒室,煤粉受到高溫油火焰的沖擊加熱,揮發(fā)分快速析出,并被迅速引燃。第1級引燃的煤粉再引燃第2級煤粉,達(dá)到在冷爐狀態(tài)下,用微量燃油直接點燃煤粉的目的。微油點火煤粉燃燒器不僅可以作為點火以及低負(fù)荷穩(wěn)燃煤粉燃燒器使用,在正常運行時亦可作為主燃燒器使用。煤粉濃縮器的作用是將一次風(fēng)粉氣流進行風(fēng)粉分離,形成濃、淡相兩股煤粉氣流。由于高濃度煤粉具有著火熱降低,易被點燃的特點,因此將微油點火煤粉燃燒器設(shè)計成分級燃燒,燃燒能量逐級放大的結(jié)構(gòu),將濃相煤粉流引入燃燒器的一次室,被高溫氣化油火焰點燃,淡相煤粉被引入二次室與被點燃濃相煤粉火焰混合加熱和點燃,淡相煤粉流兼有冷卻一次室壁面,防止一次室結(jié)焦或燒損的氣膜冷卻作用。(3)控制系統(tǒng)由DCS系統(tǒng)和就地控制箱、滅火保護系統(tǒng)和運行參數(shù)監(jiān)測等組成,對點火系統(tǒng)和送粉系統(tǒng)進行控制與保護,保證鍋爐安全、穩(wěn)定、可靠運行。微油點火系統(tǒng)的監(jiān)測與控制利用原有DCS系統(tǒng),在DCS系統(tǒng)內(nèi)進行邏輯組態(tài),CRT上增加微油點火控制與監(jiān)視畫面。在微油點火過程中,用于實現(xiàn)啟?？刂?、狀態(tài)與過程參數(shù)(壓力、溫度等)的采集與監(jiān)測以及安全保護與聯(lián)鎖,以確保鍋爐運行安全,并記錄過程參數(shù)和歷史數(shù)據(jù),以便于分析和研究系統(tǒng)的運行情況。微油點火控制系統(tǒng)的設(shè)計主要包括微油點火程序的設(shè)計、系統(tǒng)保護邏輯及與DCS連接三部分。(4)輔助系統(tǒng)由燃燒器壁溫監(jiān)測系統(tǒng)、圖像火焰監(jiān)測系統(tǒng)、磨煤機入口一次風(fēng)加熱系統(tǒng)組成。磨煤機入口一次風(fēng)加熱系統(tǒng)采用氣化小油槍直接加熱一次風(fēng),使風(fēng)溫達(dá)到磨煤機提前制粉的條件,風(fēng)道燃燒器油槍出力按最大200kg/h計算。在3B磨煤機入口水平熱一次風(fēng)道內(nèi)熱一次風(fēng)隔絕門后安裝風(fēng)道油燃燒器來直接加熱一次風(fēng),同時將機翼式風(fēng)量測量元件移至熱一次風(fēng)隔絕門前。風(fēng)道氣化油槍的油配風(fēng)、火檢冷卻風(fēng)從附近的磨煤機的密封風(fēng)道引入,燃油從爐前右側(cè)微油母管接出引至風(fēng)道燃燒器前,壓縮空氣從同標(biāo)高的爐前右側(cè)的氣源母管上引出。在冷爐狀態(tài)微油點火時,通過風(fēng)道燃燒器燃燒產(chǎn)生的熱量加熱一次風(fēng),當(dāng)風(fēng)溫達(dá)到磨煤機入口溫度150℃要求時,即可啟動磨煤機進行制粉,滿足微油點火的需要(如圖4所示)。3比較小氣槍和小氣槍的油消耗和油積的比較3.1第一次冷態(tài)啟動盤電公司#3爐四臺微油點火燃燒器安裝于B層制粉系統(tǒng)一次風(fēng)噴口位置,取代原有的主燃燒器,作為鍋爐微油點火燃燒器和主燃燒器使用,按照設(shè)計可滿足鍋爐啟?；虻拓?fù)荷穩(wěn)燃的要求。微油點火裝置各角油槍分別由氣化主油槍和輔助油槍組成,油壓在1.6~2MPa時,各角出力為120kg/h左右;另外,為實現(xiàn)冷爐點火的要求,在B磨一次風(fēng)熱風(fēng)管道中增加一次風(fēng)加熱油槍,出力為200kg/h左右。這樣,總體算下來,微油點火時,初期每小時最大燃油消耗量不超過0.7t/h,后期應(yīng)不超過0.5t/h。鍋爐冷態(tài)啟動按照鍋爐點火升參數(shù)4h,汽機沖車及暖機4.5h,電氣試驗2.5h,初負(fù)荷暖機至退油槍穩(wěn)燃負(fù)荷4h計算,需耗油計算如下鍋爐點火升參數(shù)階段:0.7×4=2.8t;機組沖車及中速暖機、電氣試驗階段:0.5×7=3.5t;機組初始負(fù)荷暖機至退油槍階段:0.5×4=2t。即冷態(tài)啟動按照理想狀態(tài),鍋爐全程微油點火投入,大油槍不用的情況下,共計耗用燃油約8.3t。以改造后的第一次冷態(tài)啟動為例,實際分析其節(jié)油效果。本次冷態(tài)啟動自2月27日10:20分開始點火,至2月28日13:30分退出燃油,共計1630min。整個冷態(tài)過程共耗用燃油約80t/h。如以全程大油槍計算,按照8~10t/h計,約需燃油216~270t,本次點火節(jié)油136~190t,節(jié)油率63%~70%。本次冷態(tài)啟動過程分析2月27日,10:25鍋爐點火,微油點火系統(tǒng)開始調(diào)試,燃用燃油約15t。12:33微油點火系統(tǒng)投入,全部大油槍撤出。微油點火于19:30左右退出;自12:30開始,期間共計燃用燃油約3.5t。21:15再次投入微油點火,到22:30分左退出微油點火,期間燃油約1t。中速暖機期間投入油槍,共計燃油約15t。2月28日,01:40汽機定速3000r/min,投入微油點火。06:20電氣發(fā)電機空升及定相、汽機閥門嚴(yán)密性試驗結(jié)束。其間耗用燃油約2.5t。06:25發(fā)現(xiàn)連排二道電動門盤根泄漏,退出微油點火,投入油槍,鍋爐泄壓。10:00鍋爐連排二道電動門盤根泄漏處理好,期間耗用燃油約20t。10:06機組并網(wǎng)。因并網(wǎng)后啟動磨時,點火能量不足,投入B層油槍,到13:00共計燃油24t。總計,燃用燃油81t,與盤油結(jié)果基本吻合。耗油分析:在微油點火調(diào)試期間,投用大油槍耗用燃油約15t;下次啟動可避免或減少。汽機中速暖機期間,因參數(shù)控制困難,投入大油槍,耗用燃油15t。此階段耗油在B磨煤機變加載改造后會大幅減少。因連排二道電動門盤根泄漏處理,耗用燃油20t;下次啟動可避免。并網(wǎng)后因制粉系統(tǒng)啟動點火能量問題,耗用燃油24t,下次啟動摸索經(jīng)驗,可減少?？鄢鲜龊挠萌加?小油槍實際耗油在10t左右?？傮w來看,微油點火運行穩(wěn)定,經(jīng)過核算后的節(jié)油率應(yīng)該能達(dá)到93%以上,節(jié)油效果較為明顯。4油點火改造系統(tǒng)運行效果盡管通過一次冷態(tài)啟動的全程耗油分析來看,氣化小油槍微油點火改造在盤山發(fā)電公司#3鍋爐起到了明顯的節(jié)油效果,并且運行穩(wěn)定。但是,在實際使用過程中,我們也注意到了它存在的一些問題和不足,并且提出了一些積極的改進措施。4.1試驗系統(tǒng)性能試驗冷爐點火時,煤粉燃燼率較差,爐膛、煙道內(nèi)存在未燃燼煤粉,煙囪冒黑煙。特別是初期點火時,自鍋爐升溫升壓情況推算,燃燼率應(yīng)在50%左右,未達(dá)到廠家承諾的最初點火初期燃燼率大于65%,30min后大于80%。解決方案(1)大唐盤電在進行制粉系統(tǒng)性能試驗時,對3B磨煤機四根粉管風(fēng)速進行調(diào)整,使四根粉管內(nèi)煤粉流速一致。(2)下次#3機組點火時,哈爾濱國新專業(yè)人員到場協(xié)助大唐盤電運行人員對B層燃燒器二次風(fēng)配風(fēng)進行調(diào)整,使B層燃燒器二次風(fēng)配風(fēng)合理。4.2基于約束的磨煤機不振動技術(shù)冷爐點火時,由于磨煤機要在出力2525t/h以下較長時間運行,造成了磨煤機的振動比較嚴(yán)重。而且在汽機中速暖機期間,參數(shù)控制困難,也是由于磨煤機不能滿足長時間低出力運行造成的。解決方案盤山發(fā)電公司采用的是北京電力設(shè)備廠2000年出產(chǎn)的ZGM123中速輥式定加載磨煤機,在磨煤機運行期間,加載力不能在線進行調(diào)解,最低出力一般在42%額度出力能夠滿足磨煤機不振動。為了適應(yīng)微油點火的要求,就需要對B磨煤機進行變加載的改造,改造之后,磨煤機能夠?qū)崿F(xiàn)空載起動,最低穩(wěn)定出力將達(dá)到18t/h以下,這樣就基本可以解決磨煤機低出力振動嚴(yán)重,中速暖機參數(shù)難控制的難題。4.3次燃燒的原因鍋爐尾部煙道引起二次燃燒的主要原因是由于大油槍燃燒不完全,使未燃燒的油滴進入尾部煙道,從而停積在尾部煙道上。受煙道內(nèi)高溫?zé)煔獾募訜釟饣瘡亩鸲稳紵?。微油點火不會發(fā)生尾部煙道二次燃燒,其主要原因如下:微油氣化槍出力非常微小(單角不大于120kg/h),燃燒非常充分,不存在剩余未燃燼的油滴進入尾部煙道,因此尾部煙道包括空預(yù)器不會由于剩余的油滴氣化自燃而引起二次燃燒。鍋爐冷態(tài)啟動采用微油點火初期時(0.5~1h),煤粉燃燒效率60%~70%,剩余未燃燼的煤粉確實進入了尾部煙道。但是由于煤粉的揮發(fā)份基本已燃燼,因此進入鍋爐尾部煙道的未燃燼的煤粉絕大部分是固定碳,固定碳的著火非常困難(著火點1000℃左右),而尾部煙道達(dá)不到這么高的溫度,因此