煤粉锅炉少油直接点火煤粉燃烧改造

煤粉锅炉少油直接点火煤粉燃烧改造

0燃烧及燃烧油枪hg-11211和hg-h锅炉是由美国abb-ce燃料公司开发的hg-1021。18。2-540/540-wm10亚临界压力，一次中心热燃烧和不规则焦圈生产。该锅炉采用中储式制粉系统、热风送粉,乏气作为三次风从燃烧器顶部引入炉膛。燃烧器自上而下依次布置为:3-3-2-2-1-2(油)-1-2-1-2(油)-2-2-1-2-1-2-2(油)-2。3层油喷嘴布于二次风口中,4角共3×4=12支油枪可带30%MCR负荷,其中上层油枪(4支)每支出力600kg/h,中层与下层油枪(2×4=8支)每支出力2100kg/h,蒸汽雾化。5层一次风煤粉喷嘴(共4×5=20个),上3层WR结构,下2层为双通道燃烧器。设计为二级点火,高能电弧点火器点燃油枪,油枪点燃煤粉(一般采用下层油枪点火,中层、上层油枪助燃)。正常情况下,锅炉从冷态启动并网带负荷到稳定燃烧退出油枪需要烧大量燃油。为了在设备启停、低负荷下稳燃且节约燃油,降低发电成本,将最下层煤粉燃烧器改造成少油点火煤粉燃烧器,收到了良好效果。1点火及燃烧煤粉的特点少油点火煤粉燃烧器流道呈“X”型,结构如图1所示。上、下喷口的出口部位各设置特殊分离元件(导流板),使经流道进入喷口的一次风煤粉气流受离心力作用分成上、下(外围区)淡粉,中心浓粉的气流结构,并在上、下喷出口的中部组织恰当回流以预热空间,大量卷吸炉内高温烟气,对中心的煤粉气流有效加热,形成有利于着火的区域;同时,回流区气流低速、煤粉停留时间长,煤粉所含的挥发分极易析出,使其中的少量煤粉极易着火。点火小油枪就安装在该区域的中心(与火检、点火枪穿过套管一起置于火嘴中心位),冷态点火启动时,只要小油枪火焰提供的热能不小于回流中心浓煤粉所需的着火热,就能迅速点燃中心浓煤粉。中心浓煤粉气流一旦着火,将使回流区温度增高、放出大量热,具有更大的点火能量,在燃烧火焰的湍流混合下很快就引燃上、下主气流煤粉。由于点火过程使用油量较少,首先点燃部分浓煤粉,然后在油、煤粉混烧产生的高温下,再点燃主流的煤粉。这种分级着火技术,投煤粉较早、因此降低了启动油耗。正常运行时,退出小油枪,少油点火燃烧器则当主燃烧器使用。由于该燃烧器的结构特点,回流区的高温、高煤粉浓度使回流区燃烧煤粉十分稳定,尤如始终存在一团火焰。故在低负荷或机组调峰时,该燃烧器具有很强的点燃主流煤粉能力,稳燃能力强;同时,在喷口设计了预燃室,加强了低挥发分劣质煤的稳燃效果。2计算小型油枪容量的理论和结果2.1计算小型油枪容量的理论2.2煤粉点火设计结果2.2.1根据该公司实际常年用煤、配煤掺烧入炉煤质情况,综合考虑取平均煤质进行点火小油枪容量计算(然后综合实际进行修正),已知数据为: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。查有关资料得:用零号柴油点火稳定燃烧后,柴油火焰温度可达Try=1200℃以上,无烟煤着火温度取Tz=900℃,(投粉后一次风粉着火温度取Tf=900℃),冷炉点火取T0=50℃,一次风率r1=17.2%(设计值),过剩空气系数α=1.25,空气比热Ck=1.028kJ/(kg·℃),空气密度ρ=1.293kg/m3,煤粉比热Cm=1.09kJ/(kg·℃),取煤的机械不完全燃烧损失q4=4%;每只煤粉燃烧器点火刚开始时的给粉量取给粉机最低出力3t/h(注:GF-9给粉机,出力为3~9t/h),因为少油点火燃烧器点火设计为分级燃烧:高能电弧点火器点燃油枪→点燃中心浓粉→点燃主流煤粉。考虑锅炉冷态启动时,能快速启动又节约燃料,因此首先点燃的煤粉量Br=设计中心浓粉占35%×3+主流边界部分回流约15%×(3-35%×3)=1.34t/h;取炉膛黑度ξ=1,绝对黑体的辐射常数σ0=4.9×10-8kJ/(m2·h·℃4);燃油有效利用系数β=98%,燃油低位发热量Qy=41800kJ/kg。在点火温度1200℃下,挥发分热解燃烧率δv=40%、固定碳热解燃烧率δc=6%。将上述各数值分别代入(4)、(5)、(6)式先算出Qr、Qz、Qf,再将其代入(3)式,即可算出小油枪最小理论出力为329.8kg/h。由于油枪采用分级着火燃烧技术,中心浓煤粉与外围主流煤粉着火相隔时间极短,在煤粉射流瞬时燃烧中,只考虑中心浓粉燃烧理论热值的70%~85%和油枪火焰给外围主流提供的着火热,据此用上述原理计算可引燃外围主流煤粉内3~3.5t/h,大于剩余的1.66(3-1.34=1.66)t/h煤粉量,故理论上点火能量可满足分级着火的要求。2.2.2考虑到电厂有时煤质变化大、劣质煤着火困难等因素,取修正系数1.5,可得1.5×油枪最小理论出力329.8kg/h=494.7kg/h,即取小油枪(实际)应用出力为500kg/h。3油少粉燃烧法的施工3.1控制逻辑控制3.1.1编制改造实施技术方案(工艺技术、组织、安全措施、设备材料等),利用机组小修,拆除原有下层煤粉燃烧器,更换成根据实际煤质设计的小油枪点火煤粉燃烧器;拆除原下层装于二次风口的点火油枪并封堵将其相应燃油管、火检装置、油枪点火枪及配套推进装置的控制线路等,移至新改造少油点火燃烧器层对应的小油枪;控制逻辑方式与原相同(DCS控制);其投粉控制逻辑,使小油枪投入后可根据需要随时投粉;RB工况执行逻辑不受影响。3.1.2接入小油枪用压缩空气(压缩空气压力0.58~0.66MPa,燃油压为1.0MPa,),从二次送风出口(或一次风道一次风机出口)引一母管(φ219mm×5mm)至锅炉小油枪层,用做油枪冷却风(风压2kPa);用支管引至锅炉四角,在每角分支风管装上手动阀和压力表。3.1.3按工艺要求安装少油点火煤粉燃烧器,并拉切圆、调校、冷态调平,定位焊接,与一次风管、腰部风、二次助燃风接通,之后进行设备冷态调试、验收,完成安装工作。3.2控制转速,并网运行3.2.1正常情况下:当安装及冷态调试合格按开炉程序检查后即可进行热态调试使设备达到最佳运行工况。确认粉仓有粉(最好粉位有2m)、启动引风机、送风机、一次风机,开启小油枪冷却风(四角冷却风用阀门调平),任意点燃一支小油枪,观察着火正常后,对角点燃第2支小油枪,第3支小油枪,当三支小油枪燃烧正常稳定后,即可投入少油煤粉燃烧器一次风煤粉,注意因为是冷炉,为使煤粉着火燃烧充分、稳定,保证煤粉足够的着火热,刚开始投粉时应将给粉机转速控制(较低)在250r/min左右,使给粉量不大于点火粉量设计值,相应控制一次风、二次风,关闭腰部风;当煤粉着火燃烧正常后再依次增投对角煤粉,直至下部四角少油煤粉燃烧器投入、燃烧正常,然后逐步增加风量和给粉量,当蒸汽参数达汽轮机冲转时,调整一、二次风量将给粉机转速调到600~800r/min;当汽轮机达正常转速准备并网时,给粉机转速升至正常(1200r/min以上),一、二次风量调整至正常。总之风量、煤粉是逐渐增加的(经测试仅投下层四个少油点火煤粉燃烧器可带60MW负荷),此后则按锅炉升负荷操作程序,可顺利投入上层各煤粉喷嘴,到稳燃负荷(50%MCR)时退出小油枪,完成锅炉启动过程。3.2.2当煤质更差(大大低于点火煤质计算值时)用少油点火燃烧启炉也很顺利,但开炉时间比煤质好时略长些。步骤如下:适当关小给粉机插板(根据煤质情况调整),控制下粉量不大于2t/h(小于设计值3t/h),同时控制一次风、二次风,关腰部风;当煤粉着火燃烧正常后再依次对角投粉、直至下部四角小油枪煤粉投入燃烧正常,再逐步增加给粉量和对应风量;当蒸汽达汽轮机冲转时,给粉机转速达600~700r/min,适当开大给粉插板开度,相应调整一、二次风量;当汽轮机至正常转速准备并网时,给粉机转速达1200r/min至正常,给粉插板开度至正常,相应调整一、二次风量至正常;其余操作同3.2.1。4小油枪点火煤粉燃烧的经济效果分析4.1少油点火煤粉燃烧器中,小油枪置于煤粉浓相回流区,在喷口设计了一小段预燃室加强稳燃效果;两侧为腰部风可根据煤质情况启(关)调节。改造后小油枪与燃烧器一体化,成为双置浓淡分离煤粉燃烧器。既继承了原双通道燃烧器的优点,又吸收了钝体燃烧器的长处,化学动力反应速度快;着火温度低;释放热量大;点火换热效果好;启动时作点火燃烧器、节约成本,正常运行主燃烧器发挥良好稳燃。4.2少油点火煤粉燃烧器的经济性好,节能、节油明显。经统计,少油点火煤粉燃烧器改造前,冷炉启动(至退油枪稳燃)一次需用点火燃油约98t左右,改用小油枪点火煤粉燃烧器后,冷炉启动(至退油枪稳燃)一次最多只需燃油40t,煤粉约88t。按燃料到厂并送至锅炉费用:0号柴油5000元/t,煤到厂再送至锅炉制成煤粉为:煤低位发热量20000kJkg,约420元/t(煤低位发热量18100kJ/kg,约382元/t,取单价420元/t计算),可算出冷炉开出一次节约燃料费用约25.3万元。同理,在温态、热态和低负荷稳燃时均有较好节油效益。经比较两台锅炉改造后每年因启停运行助燃能节约燃油至少1000t,扣除煤粉燃烧费用可节约412万元/年,效益可观。4.3锅炉启动可靠,用小油枪点火成功率100%。因煤质差、煤质波动引起的锅炉灭火现象大大减少,改造前,2台锅炉2003年全年灭火4次,改造后,2台锅炉在实际煤质比以前更差的情况下,至今未发生过运行中灭火,表明燃烧可靠性增强。4.4根据小油枪热能量,如煤质较差时,冷炉点燃油枪后,开始应少投煤粉,锅炉启动时间较长;如煤质较好,冷炉点燃油枪后,开始可多投煤粉,锅炉启动时间可加快,锅炉启动时间缩短。当炉内温度达到某一定值时,可逐渐加大给粉量至正常给粉。总的来说,煤质差的煤点火初期时间相对略长,但后期易稳定燃烧,操作方便。为保证具有足够的着火热,点火初期应少投煤粉,以利于在低温下,炉内油、煤粉的充分燃烧。总之,小油枪点火煤粉燃烧器改造是一项实用、可靠、经济节能的技改项目,值得推广。2.1.1根据煤粉燃烧理论,要使小油枪从内部中心位置加热一次风煤粉气流,使之迅速着火并稳定燃烧,就必须使油枪火焰传给煤粉气流的热量Qj和少量煤粉被高温油热解燃烧产生的热量Qr之和不小于煤粉气流被加热到着火温度所吸收的热量Qz与煤粉气流对炉膛的辐射放热量Qf之和,即:(1)式中的Qj可由(2)式算出:式中,By为油枪(理论)出力,kg/h;β为燃油有效利用系数;Qy为燃油低位发热量,kJ/kg;Try为燃油火焰温度,℃;Tz为煤粉着火温度,℃。由(1)、(2)式可求得By≥(Qz+Qf-Qr)Try/[βQy(TryTz)],即油枪最小出力为:(1)式中的Qz可由(4)式算出:式中,Br为每只燃烧器燃用的煤粉量,kg/h;V0为理论空气量,m3/kg;ρ为空气密度;r1为一次风率;α为过剩空气系数;Ck为空气比热;q4为煤的机械不完全燃烧损失;Cm为煤粉比热;Tz为煤粉着火温度;T0为一次风和煤粉的混合温度。(1)式中的Qf可由(5)式算出:式中,rm为煤粉粒密度,kg/m3;r为煤粉粒半径,m;ξ为炉膛黑度;σ0为绝对黑体的辐射常数;Tf为投粉后一次风火炬温度;T0为水冷壁温度。为简化计算通