華能辛店電廠微油點火設計方案

****電廠三期＃6爐微油冷爐點火和超低負荷穩(wěn)燃技術設計方案杭州****科技有限公司二零零六年八月二十九日編寫：校對：審核：批準：目錄一、方案設計標準及依據(jù) 21.1設計執(zhí)行標準 21.2設計依據(jù) 2二、機組和鍋爐設備概況 22.1鍋爐主要參數(shù) 32.2鍋爐燃燒系統(tǒng) 32.3煤質(zhì)特性 32.4制粉系統(tǒng) 4三、微油點火技術基本原理 53.1微油氣化燃燒原理 53.2冷爐微油點火燃燒器工作原理 6四、微油點火系統(tǒng)設計 64.1油燃燒系統(tǒng)設計 64.1.1油系統(tǒng)的具體參數(shù) 74.2微油煤粉燃燒器設計 74.3風粉管道的設計 84.4壓力冷風系統(tǒng)設計 84.5氣膜冷卻風及火檢冷卻風系統(tǒng) 94.6自動控制系統(tǒng)與FSSS、DCS接口設計 94.6.1微油點火的控制系統(tǒng)構成 94.6.2微油點火程序設計及保護邏輯 104.6.3CCD工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng) 114.7鍋爐升溫升壓速率控制 114.8微油點火燃燒器冷態(tài)啟動程序 114.9停爐程序 12五、微油燃燒器現(xiàn)場投運試驗 125.1微油點火燃燒器啟動前冷態(tài)調(diào)整試驗 125.2熱態(tài)調(diào)整試驗 12六、效益分析 136.1節(jié)省燃料費用 136.2鍋爐超低負荷運行 136.3尾部二次燃燒問題 146.4環(huán)保效益 14一、方案設計標準及依據(jù)1.1設計執(zhí)行標準NDGJ16-89火力發(fā)電廠熱工自動化設計技術規(guī)定DL435－91火力發(fā)電廠煤粉鍋爐燃燒室防爆規(guī)程SDJ1火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程GB3047.1面板、架和框的基本尺寸系列GB2681電工成套裝置中的導線顏色GB2682電工成套裝置中指示燈和按鈕的顏色JB/T1402-91盤裝工業(yè)過程和控制儀表尺寸和開孔尺寸ANSI/NFPA70國家電氣規(guī)范ANSI/IEEE472沖擊電壓承受能力導則（SWC）ANSI/NEMEICS4工業(yè)控制設備和系統(tǒng)的端子排ANSI/NEMEICS6工業(yè)控制設備和系統(tǒng)外殼GB/11352-89鑄件鑄造技術要求GB/T14976-94流體輸送用不銹鋼無縫鋼管GB/T13384-92機電產(chǎn)品包裝通用技術條件DL5031-1994電力建設施工及驗收技術規(guī)范（管道篇）DL5007-92電力建設施工及驗收技術規(guī)范（火電焊接篇）SDJ297-1990電力建設施工及驗收技術規(guī)范（熱工儀表及控制裝置篇）1.2設計依據(jù)《辛店電廠＃6爐說明書》、****電廠300MW機組相關技術圖紙、資料。有關設計規(guī)程，防爆規(guī)程的規(guī)定。同時參考臺州發(fā)電廠、華能?？诎l(fā)電廠、溫州發(fā)電廠、諫壁電廠等微油點火改造工程的設計方案、調(diào)試報告等。二、機組和鍋爐設備概況辛電電廠發(fā)電廠三期＃6爐型號為哈鍋的HG-1025/17.5-PM32型單汽包自然循環(huán)、懸吊∏型布置、全露天、煤粉爐。鍋爐制粉系統(tǒng)采用BBD4060雙進雙出磨煤機直吹給粉式制粉系統(tǒng)。共配備有12支油槍，每支出力均為1700kg/h。燃油壓力1.37MPa。2.1鍋爐主要參數(shù)表1鍋爐主要參數(shù)序號項目#6爐1型號HG-1025/17.5-PM322最大連續(xù)蒸發(fā)量（B-MCR）1025t/h3額定汽包壓力17.5MPa4額定主蒸汽壓力17.2MPa5額定蒸汽溫度540℃6燃燒方式四角直流噴燃器、切園燃燒7點火方式四角#0柴油點火油槍點火8不投油助燃時最低穩(wěn)燃負荷150MW9空氣預熱器型式三分倉式2.2鍋爐燃燒系統(tǒng)鍋爐燃燒方式為四角切圓燃燒，燃燒器采用傳統(tǒng)的大風箱結構，由隔板將大風箱分隔成若干風室，在各風室出口布置了不等邊的燃燒器，頂部燃燼風室可以作上30°，下5°的擺動，一次風噴嘴可以上下擺動各20°，二次風可做上下30°的擺動?？偣?2支油槍，分3層布置，每支出力為1700Kg/h。2.3煤質(zhì)特性表2煤質(zhì)特性項目單位設計值校核煤種收到基碳Car%56.5651.14收到基氫Har%2.732.49收到基氧Oar%2.451.73收到基氮Nar%0.800.89收到基硫St,ar%1.321.82收到基水分Mtar%7.18.50收到基灰分Aar%29.0133.43可燃基揮發(fā)份Vdaf%19.6115.47（干燥基）低位發(fā)熱量Qnet.arMJ/kg21.4319.522.4制粉系統(tǒng)本爐采用雙進雙出鋼球磨煤機正壓直吹系統(tǒng),每爐配3臺BBD4060雙進雙出磨煤機。表3磨煤機資料序號項目單位設計煤種校核煤種1鍋爐工況最大出力BMCRTHA最大出力BMCRTHA2每爐耗煤量t/h134128.54147144.33磨煤機運行臺數(shù)臺33334每臺磨煤機出力t/h6044.66742.84757.34948.15最大裝球量下出力富余系數(shù)/11.3431.411.1691.1916最佳裝球量下出力富余系數(shù)//1.2201.271/1.0631.0837推薦裝球量t7758587766668磨機最佳/最大裝球量t70/7770/7770/7770/7770/7770/779磨煤機出口一次風量kg/h84000696896799181480737337289310磨煤機入口一次風量(不含密封風)kg/h80000656896399177480697336889311進入每臺磨煤機的密封風量kg/h40004000400040004000400012磨煤機轉速r/min16.616.616.616.616.616.613磨煤機進口風溫℃24122722325624824614磨煤機出口風溫℃90909090909015最終煤粉水份％1111.51.51.516磨煤機通風阻力(從磨煤機進口到分離器分配器出口)Pa17901215115517151392136017分離器出口煤粉細度（通過200目篩）%85858585858518煤粉細度調(diào)節(jié)范圍200目過篩率%75～9075～9075～9075～9075～9075～9019磨煤機出口一次風風煤比kg/kg1.41.5601.5891.4221.5051.51520磨煤機筒體風煤比kg/kg1.351.351.351.351.351.3521磨煤機入口一次風風煤比kg/kg1.3331.4711.4931.3521.4231.43222磨煤機單位功耗19.68320.61921.49520.61021.02021.41323磨煤機軸功率kW118192192111811030103024磨機電機輸入功率kW124397097012431084108425磨煤機單位磨損率g/t≤80≤80≤80≤80≤80≤80三、微油點火技術基本原理3.1微油氣化燃燒原理微油氣化燃燒的工作原理是:利用機械霧化將燃料油擠壓、撕裂、破碎，產(chǎn)生超細油滴后通過高能點火器引燃，同時巧妙地利用燃燒產(chǎn)生的熱量對燃油進行加熱、擴容，使燃油在極短的時間內(nèi)蒸發(fā)氣化。由于燃油是在氣化狀態(tài)下燃燒，可以大大提高燃油火焰溫度，并急劇縮短燃燒時間。氣化燃燒后的火焰，。氣化后的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?、火焰呈藍色，中心溫度高達1500～2000℃，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)直接點燃一級煤粉，從而實現(xiàn)電站鍋爐啟動、停止以及低負荷穩(wěn)燃。3.2冷爐微油點火燃燒器工作原理冷爐微油點火燃燒器的工作原理是：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)，當濃相煤粉通過氣化燃燒高溫火核時，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室內(nèi)與稀相煤粉混合并點燃稀相煤粉，實現(xiàn)了煤粉的分級燃燒，燃燒能量逐級放大，達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、停及低負荷穩(wěn)燃的需求。氣膜冷卻二次風主要用于保護噴口安全，防止結焦燒損及補充后期燃燒所需氧量。四、微油點火系統(tǒng)設計微油點火系統(tǒng)由油燃燒系統(tǒng)、微油煤粉燃燒器、壓力冷風系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)四大部分組成。1）微油點火燃燒器由微油煤粉燃燒器以及相關粉管和連接法蘭組成；2）油燃燒系統(tǒng)由微油油管路、高能氣化油槍、輔助油槍、高能點火器、油火檢等組成。3）壓力冷風系統(tǒng)由風道、相關風門。金屬軟管等組成。4）自動控制系統(tǒng)由就地控制柜，就地控制元件、DCS接口和CCD工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)等組成。在點火和穩(wěn)燃狀態(tài)下單只微油燃燒器的出力可以在2000-10000kg/h煤粉時保持穩(wěn)定地燃燒。微油點火所有熱工控制及顯示信號，均由電廠DCS系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)控，以便于運行操作和盤面布置。4.1油燃燒系統(tǒng)設計微油點火燃燒器油系統(tǒng)油壓，完全根據(jù)辛店電廠＃6爐的燃油系統(tǒng)油壓為1.37MPa的實際情況進行設計，并且不影響原燃油系統(tǒng)的正常運行，保證其大油槍可隨時正常投用。燃油系統(tǒng)組成:由兩級油過濾器（分別為150μm和100μm）、若干截止閥、球閥及電動球閥、管道(用φ22×3以及φ16×3)、現(xiàn)場壓力表、壓力變送器、連接高壓耐油軟管、高能氣化油燃燒器和輔助油燃燒器等組成。微油燃油管路從＃6爐進油總管引入，微油油系統(tǒng)見附圖1。4.1.1油系統(tǒng)的具體參數(shù)最低油壓：0.8MPa；最高油壓：1.4MPa；單支消耗量：60kg/h。微油油管路用φ22×3不銹鋼管從原燃油進油總母管上接出，繞＃6爐一周后引至A層各角附近。在各角煤粉燃燒器附近，從微油油管路上接出φ16×3的不銹鋼管接到微油點火燃燒器附近，在油管路上安裝不銹鋼截止閥、電動球閥、大、小過濾器、回油截止閥等，再通過軟管引入高能氣化油槍和輔助氣化油槍。氣化油槍配有高能油燃燒室，高能點火器以及油火檢系統(tǒng)等設備，燃燒溫度可達1800～2000℃，為點燃煤粉創(chuàng)造很好的條件。由于原燃油系統(tǒng)可能含有較多雜質(zhì)，故采用兩級過濾，以保證雜質(zhì)不會堵塞微油高能氣化油槍。系統(tǒng)設計時考慮到對煤質(zhì)的適應性，在A層各角各加裝一根輔助氣化油槍。輔助氣化油槍的出力與主油槍一致均為60kg/h，并配有吹掃風，確保輔助油槍不積碳、不粘污。4.2微油煤粉燃燒器設計辛店電廠＃6爐現(xiàn)有的煤粉燃燒器是采用大風箱結構，百葉窗式水平濃淡技術，噴口配有垂直波形穩(wěn)燃器并帶翻邊，采用不對稱周界風，背火側為大周界風的結構設計。根據(jù)辛店電廠＃6爐燃用煤質(zhì)的情況，經(jīng)過詳細的設計計算，將拆除該爐A層（最下層主燃燒器）原＃1～＃4角的煤粉燃燒器，改造成微油點火燃燒器。并將微油煤粉燃燒器設計圓形結構，噴口出口凈面積比原噴口增加5％，噴口一次風速由原設計的23m/s降為21.85m/s。但保持煤粉風室流通面積與原一次風管面積一致。微油煤粉燃燒器為3級放大引燃方式，當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級和第3級煤粉，達到在冷爐狀態(tài)下，用微油點燃煤粉的目的。微油點火燃燒器不僅可以作為點火以及低負荷穩(wěn)燃燃燒器，而且在正常運行時可以作為主燃燒器使用。煤粉燃燒器改造后具有以下特性：噴口面積與改前基本一致，一次風風管內(nèi)的風速仍選用原設計風速。噴口具有不對稱周界風，背火面為大周界風，防止噴口燒壞和鍋爐結焦。改造后對爐內(nèi)空氣動力場基本無影響，從而不會對鍋爐結渣、飛灰可燃物、汽溫、NOx排放產(chǎn)生影響微油煤粉燃燒器帶有滾輪，方便檢修和維護。微油煤粉燃燒器不具有擺動的功能。微油煤粉燃燒器采用耐磨、耐高溫的材料，并由氣膜冷卻風保護，保證噴口的使用壽命。每個微油煤粉燃燒器均設置兩個溫度監(jiān)測點，一點監(jiān)測一級燃燒室壁溫、另一點監(jiān)測噴口壁溫。微油燃燒系統(tǒng)主要參數(shù)見表4：表4微油點火燃燒器主要設計參數(shù)序號名稱單位結果備注1一次風管風速m/s20-28微油點火器投運狀態(tài)2一次風溫℃80～903單只噴口煤粉量t/h2.0-10.0視鍋爐負荷情況定4煤粉濃度kg/kg0.15-0.70視鍋爐負荷情況定4.3風粉管道的設計由于將微油點火燃燒器作為點火兼有主燃燒器的功能，因此可以完全利用原有A1層＃1～＃4角的輸粉系統(tǒng)，包括一次風輸粉管道、風門以及一次風在線檢測系統(tǒng)，無需增加新的設備和管道。4.4壓力冷風系統(tǒng)設計壓力冷風的作用主要由以下三個：1）為微油油槍提供充分燃燒的氧量。2）為氣化油槍提供冷卻。3）為高強度油燃燒室提供壁面冷卻。壓力冷風系統(tǒng)的設計參數(shù)為：表5微油氣化油槍運行微油氣化油槍停止風壓Pa50002000風量m3/h35001000壓力冷風從電廠一次風機冷風管道接出，通過風管接至各角附近，期間裝有電動調(diào)節(jié)門、手動截止門、風量測量裝置、手動風門、金屬軟管等，接入微油氣化油槍和輔助油槍。見附圖2壓力冷風系統(tǒng)圖4.5氣膜冷卻風及火檢冷卻風系統(tǒng)氣膜冷卻風從原二次風箱引入（原周界風），保留原有二次風箱風門和二次風箱等部件。微油點火燃燒器油火檢冷卻風引至電廠＃6爐已有的火檢風管，微油火檢風總風量為50m3/h.4.6自動控制系統(tǒng)與FSSS、DCS接口設計4.6.1微油點火的控制系統(tǒng)構成如圖3所示，微油燃燒器的監(jiān)測與控制信號利用原有DCS，在DCS系統(tǒng)內(nèi)增加控制畫面，用于實現(xiàn)啟?？刂婆c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，確保系統(tǒng)安全，并能夠記錄過程參數(shù)歷史數(shù)據(jù)，以便于分析和研究系統(tǒng)的運行情況。微油點火自動控制系統(tǒng)的設計主要包括微油點火程序的設計、系統(tǒng)保護邏輯及與DCS連接三部分?？刂葡到y(tǒng)組成見圖1圖1微油點火裝置控制系統(tǒng)的組成框圖4.6.2微油點火程序設計及保護邏輯微油點火正常啟動邏輯正常啟動允許條件：a無MFT動作信號b無OFT跳閘信號滿足啟動允許條件后，可以接通高能點火器點火。2）滅火保護eq\o\ac(○,1)當MFT發(fā)生時，控制系統(tǒng)自動切斷燃料。eq\o\ac(○,2)當啟動點火器和燃燒過程中由微油氣化油槍上的火檢探頭檢測到滅火時，控制系統(tǒng)投用相應角大油槍。eq\o\ac(○,3)當燃油電磁閥或燃油快關閥關閉時，控制系統(tǒng)自動投用相應角大油槍。以上為微油投入狀態(tài)邏輯，在鍋爐冷態(tài)啟動過程中，微油聯(lián)保投入運行，在鍋爐正常運行狀態(tài)，退出微油聯(lián)保，投入鍋爐大保護系統(tǒng)。FSSS系統(tǒng)停磨邏輯修改將鍋爐FSSS系統(tǒng)進行微小的修改，設立微油模式和正常停磨模式切換，微油模式停磨時停磨條件比正常停磨缺少一項即系統(tǒng)RB要求磨跳閘。使用微油模式時，由于系統(tǒng)RB，則不會引起磨跳閘。FSSS系統(tǒng)OFT邏輯修改將鍋爐FSSS系統(tǒng)進行微小的修改，設立微油模式和正常OFT模式切換，微油模式OFT條件比正常OFT缺少一項即蒸汽壓力低引起OFT。使用微油模式時，由于蒸汽壓力低，則不會引起磨跳閘。具體邏輯圖。4.6.3CCD工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)為了能直觀地觀察和監(jiān)視微油點火燃燒器的著火和火焰情況，在每個微油點火燃燒器裝置附近（各角觀火孔）各安裝一個CCD工業(yè)電視探頭，其視頻信號送至集控室內(nèi)四畫面分割器及視頻切換器，經(jīng)處理再送到工業(yè)電視，工業(yè)電視可同時監(jiān)視4個微油燃燒器的火焰也可以實現(xiàn)單角和全爐膛火焰監(jiān)視。CCD工業(yè)電視探頭采用風冷，冷卻風源取自電廠已有的火檢風管。攝像頭的電源引至各角就地控制柜。4.7鍋爐升溫升壓速率控制根據(jù)鍋爐運行規(guī)程，鍋爐的升溫升壓曲線受到嚴格的控制，對于直吹式制粉系統(tǒng)進行微油冷爐啟動時，可以通過調(diào)整磨煤機出力進行控制。鍋爐進行冷態(tài)啟動時，使用四臺微油點火燃燒器代替原有的兩根大油槍（1800kg/h）進行啟動鍋爐時，根據(jù)能量相等原理，并考慮煤粉燃燒效率，通過計算啟動時所需的總粉量為13.2t/h，折合每個角3.3t/h。根據(jù)溫州電廠300MW機組的運行經(jīng)驗，并考慮到點火初期煤粉燃燒效率不高的因素，磨煤機的出力控制在15t/h左右，既可以滿足鍋爐升穩(wěn)、升壓的要求，又可以滿足磨煤機最低出力的要求。一次風管道的風速設計為22m/s，經(jīng)過計算此時一次風濃度為0.344kg/kg，完全符合微油點火的要求。啟動后由于給粉量通過磨煤機實現(xiàn)連續(xù)可調(diào)節(jié)，因此可以滿足鍋爐啟動時的升溫升壓曲線。4.8微油點火燃燒器冷態(tài)啟動程序按正常啟動順序，先投大油槍，熱風溫度達到啟磨條件后，投入A磨煤機。A磨具備啟磨條件后，投入微油油槍，根據(jù)著火情況，調(diào)整各參數(shù)至最佳值，著火穩(wěn)定后，逐步退出大油槍，調(diào)整容量風至適當出力運行。根據(jù)鍋爐升溫、升壓曲線，逐漸調(diào)整磨煤機的容量風以調(diào)整出粉量，觀察爐膛出口煙溫和爐內(nèi)燃燒情況,如燃燒穩(wěn)定,可繼續(xù)增加磨煤機的出粉量,觀察爐膛出口煙溫是否超限。完成汽輪機沖轉、定速，發(fā)電機并網(wǎng)等工作。在鍋爐負荷達到30%BMCR以上后，可以視鍋爐負荷情況逐次地投入主燃燒器，到達不投油穩(wěn)燃負荷時將微油點火燃燒器逐次退出運行，此時4臺微油點火燃燒器可以作為主燃燒器運行。逐次啟動其他磨煤機，鍋爐升負荷。4.9停爐程序機組降負荷，逐次停止上層對角燃燒器和對應的磨煤機運行；當機組負荷降至最低不投油穩(wěn)燃負荷后，啟動微油點火燃燒器；機組繼續(xù)降負荷，逐次對角停用下兩層主燃燒器；機組降負荷，磨煤機調(diào)整容量風風量逐漸減小出力；下層燃燒器對應的磨煤機給煤量降至最低出力，根據(jù)需要，停下層燃燒器對應的磨煤機，微油點火及超低負荷穩(wěn)然燃燒系統(tǒng)停用，鍋爐滅火。五、微油燃燒器現(xiàn)場投運試驗5.1微油點火燃燒器啟動前冷態(tài)調(diào)整試驗油槍出力冷態(tài)標定；一、二次風管的流速標定試驗；一、二次風管阻力預調(diào)平；磨煤機機最低出力調(diào)整試驗；控制系統(tǒng)保護試驗；5.2熱態(tài)調(diào)整試驗一次風速對煤粉著火特性的影響；煤粉濃度對著火特性的影響；微油點火燃燒器壁溫試驗；冷態(tài)啟動過程中鍋爐升溫升壓曲線測試；鍋爐低負荷穩(wěn)燃試驗；六、效益分析6.1節(jié)省燃料費用燃油消耗：每臺爐按年耗油500噸計（正常運行）燃油價格：0.58萬元/噸（市場價）每角微油槍（主、輔油槍）出力為120kg/h，大油槍出力為1700kg/h，微油節(jié)油率為：1－120/1700=0.929=92.9%節(jié)省燃油量：500×92.9%＝464.5噸節(jié)省燃油耗費：0.58×464.5＝269.41萬元原煤耗費：燃油的低位熱值按4.187×104kJ/kg，按實際煤種的平均低位發(fā)熱值為19500kJ/kg（校合煤質(zhì)），到廠煤價按400元/噸，則按發(fā)熱量相等原則所需的原煤費用為：4.187×104×464.5÷19500÷0.7×400÷10000＝56.99萬元0.7—煤粉初始燃燼率耗電費用：設計煤種發(fā)熱量：19500kJ/kg原煤消耗：4.187×104×464.5÷19500÷0.7＝1424.8噸制粉單耗：按7.9度/噸用電價格：按0.4元/度耗電費