600mw机组锅炉微油点火系统改造实践

600mw机组锅炉微油点火系统改造实践

0等离子无油点火燃烧技术在电厂锅炉根据国务院经济贸易委员会的相关统计数据，中国人均石油资源总量仅为世界平均水平的18%。根据目前的石油需求趋势，估计2010年和2015年中国的石油需求将达到25.3亿t。因此,我们必须高度重视油气资源的集约经营。国家经贸委已将石油、石化、钢铁、化工和电力行业作为节油的五大重点行业,其中电力行业为五大行业中的重中之重,“十一五”期间要求电力系统大幅压缩燃料用油。在这种大环境下,天津大唐国际盘山发电有限责任公司积极的实践着电厂锅炉点火及助燃用油的节约的新技术、新工艺、新方法。等离子无油点火燃烧技术在盘电公司600MW锅炉上的国内首次应用由于技术水平和现场诸多因素的限制没有收到预期效果,气化小油枪微油点火燃烧技术在这种情况下应运而生。盘山发电公司在2009年初利用机组小修时机,积极在该公司#3锅炉的燃烧点火系统上进行了气化小油枪微油点火的技术改造,取得了显著的效果。1小型气枪燃烧和燃烧的原则1.1蒸发气化燃烧油枪气化小油枪燃烧器的工作原理是:先利用压缩空气的高速射流将燃料油直接击碎,雾化成超细油滴进行燃烧,同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热,扩容,后期加热,在极短的时间内完成油滴的蒸发气化,使油枪在正常燃烧过程中直接燃烧气体燃料,从而大大提高燃烧效率及火焰温度。气化燃烧后的火焰(如图1所示)刚性极强、其传播速度极快超过声速、火焰呈完全透明状根部为蓝色,中间及尾部为透明白色,火焰中心温度高达1500~2000℃,可作为高温火核在煤粉燃烧器内进行直接点燃煤粉燃烧,从而实现电站锅炉启动、停止以及低负荷稳燃。压缩空气主要用于点火时实现燃油雾化、正常燃烧时加速燃油气化及补充前期燃烧需要的氧量。高压风主要用于补充后期加速燃烧所需的氧量。1.2低负荷煤粉燃烧技术微油气化油枪与高强度油燃烧室配合,燃烧后形成温度很高的油火焰。高温油火焰引入煤粉燃烧器一级燃烧区,当浓相煤粉通过气化燃烧的高温火核时,煤粉温度急剧升高、破裂粉碎,释放出大量的挥发份,并迅速着火燃烧;已着火燃烧的浓相煤粉在二次燃烧区内与稀相煤粉混合并点燃稀相煤粉,实现了煤粉分级燃烧(如图2所示),燃烧能量逐级放大,达到点火并加速煤粉燃烧的目的,大大减少煤粉燃烧所需引燃能量,满足了锅炉启、停及低负荷稳燃的需求。气膜冷却二次风主要用于保护喷口安全,防止结焦烧损及补充后期燃烧所需氧量。1.3小油枪的投入,改善了煤粉的燃烧条件采用浓淡燃烧方式已经使煤粉在着火区域形成了高浓度、高温度、少空气、易着火的有利条件。投入小油枪后,轻油的烃类挥发使得煤粉着火区域的挥发份浓度和还原性气氛有了显著提高,着火热降低,火焰传播速度加快,其有利于着火和稳燃是显而易见的。小油枪投入之后,大大改善了煤粉的着火条件,使得每支直流燃烧器形成了各自独立的燃烧小中心,同层燃烧组织此时具有了邻角互稳和单角自稳的双重稳燃条件,二者叠加将大大提高稳燃效果。煤粉中的挥发份在较低的截面热负荷下易造成析出不稳定,使得着火初期发生脉动性燃烧,随时间的延续,燃烧恶化。小油枪的投入,为煤粉燃烧提供了较为稳定、充足的可燃气体,燃烧脉动就会消失。在更低负荷需投油稳燃时,通过气化小油枪的燃烧热,以提供煤粉着火区所需的局部高温、高热源着火条件,并且遏制了煤粉着火随负荷降低而产生的波动(相当于一个稳定热源阻尼),保证了煤粉出口的着火稳燃要求,形成一种稳定的着火热源,从而实现整个炉膛煤粉稳燃要求的良性燃烧循环。2小气枪和小气点法的改造2.1微油燃烧的主要性能2.2微油点火控制系统盘山发电公司本次小油枪微油点火改造将四套微油点火燃烧器安装在次下层(B层)一次风喷口位置,取代原有的主燃烧器,作为锅炉微油点火燃烧器和主燃烧器使用,可满足锅炉启停或低负荷稳燃的要求。微油点火系统由气化油枪点火系统、煤粉燃烧系统、控制系统、辅助系统四部分组成。(1)气化油枪点火系统由微油气化主油枪和辅助油枪、高能点火装置、油火检验装置、燃油系统、压缩空气系统、高压助燃油配风系统等组成。(1)气化小油枪分为主油枪和辅助油枪。气化主油枪由进油管、喷嘴、进气管及高能点火装置组成,油压0.5~2.5MPa,出力20~40kg/h。辅助油枪由进油管、喷嘴、进气管组成,油压0.5~2.5MPa,出力40~80kg/h。(2)燃油及压缩空气系统均用锅炉原有的燃油和压缩空气系统管路上连接支管设计系统,这样的改造量小,系统简单可靠。(3)高压助燃油配风系统。气化油枪在运行和备用期间,需要有一风压约为5000Pa、出力500m3/h的助燃吹扫风,取自炉前冷一次风管道,通过金属软管和各角气化主、辅油枪、图像火焰监视探头连接。其中气化油枪专门火检的冷却风取自原锅炉火检冷却风,完成整个高压油配风系统。(2)煤粉燃烧系统主要由点火煤粉燃烧器、煤粉浓缩器、周界风冷却系统和送粉系统等组成,其中煤粉燃烧器和煤粉浓缩器采用微油点火系统专门制作的燃烧器结构,周界风冷却系统从原二次风箱引入,不改变原周界风结构系统,送粉系统采用原来的煤粉管道和一次风流速均能保证微油点火的正常投入,故送粉系统不做改变。微油点火煤粉燃烧器为2级放大引燃方式(如图3所示),当煤粉被流线型浓淡分离装置浓缩后,浓相煤粉通过1级燃烧室,煤粉受到高温油火焰的冲击加热,挥发分快速析出,并被迅速引燃。第1级引燃的煤粉再引燃第2级煤粉,达到在冷炉状态下,用微量燃油直接点燃煤粉的目的。微油点火煤粉燃烧器不仅可以作为点火以及低负荷稳燃煤粉燃烧器使用,在正常运行时亦可作为主燃烧器使用。煤粉浓缩器的作用是将一次风粉气流进行风粉分离,形成浓、淡相两股煤粉气流。由于高浓度煤粉具有着火热降低,易被点燃的特点,因此将微油点火煤粉燃烧器设计成分级燃烧,燃烧能量逐级放大的结构,将浓相煤粉流引入燃烧器的一次室,被高温气化油火焰点燃,淡相煤粉被引入二次室与被点燃浓相煤粉火焰混合加热和点燃,淡相煤粉流兼有冷却一次室壁面,防止一次室结焦或烧损的气膜冷却作用。(3)控制系统由DCS系统和就地控制箱、灭火保护系统和运行参数监测等组成,对点火系统和送粉系统进行控制与保护,保证锅炉安全、稳定、可靠运行。微油点火系统的监测与控制利用原有DCS系统,在DCS系统内进行逻辑组态,CRT上增加微油点火控制与监视画面。在微油点火过程中,用于实现启停控制、状态与过程参数(压力、温度等)的采集与监测以及安全保护与联锁,以确保锅炉运行安全,并记录过程参数和历史数据,以便于分析和研究系统的运行情况。微油点火控制系统的设计主要包括微油点火程序的设计、系统保护逻辑及与DCS连接三部分。(4)辅助系统由燃烧器壁温监测系统、图像火焰监测系统、磨煤机入口一次风加热系统组成。磨煤机入口一次风加热系统采用气化小油枪直接加热一次风,使风温达到磨煤机提前制粉的条件,风道燃烧器油枪出力按最大200kg/h计算。在3B磨煤机入口水平热一次风道内热一次风隔绝门后安装风道油燃烧器来直接加热一次风,同时将机翼式风量测量元件移至热一次风隔绝门前。风道气化油枪的油配风、火检冷却风从附近的磨煤机的密封风道引入,燃油从炉前右侧微油母管接出引至风道燃烧器前,压缩空气从同标高的炉前右侧的气源母管上引出。在冷炉状态微油点火时,通过风道燃烧器燃烧产生的热量加热一次风,当风温达到磨煤机入口温度150℃要求时,即可启动磨煤机进行制粉,满足微油点火的需要(如图4所示)。3比较小气枪和小气枪的油消耗和油积的比较3.1第一次冷态启动盘电公司#3炉四台微油点火燃烧器安装于B层制粉系统一次风喷口位置,取代原有的主燃烧器,作为锅炉微油点火燃烧器和主燃烧器使用,按照设计可满足锅炉启停或低负荷稳燃的要求。微油点火装置各角油枪分别由气化主油枪和辅助油枪组成,油压在1.6~2MPa时,各角出力为120kg/h左右;另外,为实现冷炉点火的要求,在B磨一次风热风管道中增加一次风加热油枪,出力为200kg/h左右。这样,总体算下来,微油点火时,初期每小时最大燃油消耗量不超过0.7t/h,后期应不超过0.5t/h。锅炉冷态启动按照锅炉点火升参数4h,汽机冲车及暖机4.5h,电气试验2.5h,初负荷暖机至退油枪稳燃负荷4h计算,需耗油计算如下锅炉点火升参数阶段:0.7×4=2.8t;机组冲车及中速暖机、电气试验阶段:0.5×7=3.5t;机组初始负荷暖机至退油枪阶段:0.5×4=2t。即冷态启动按照理想状态,锅炉全程微油点火投入,大油枪不用的情况下,共计耗用燃油约8.3t。以改造后的第一次冷态启动为例,实际分析其节油效果。本次冷态启动自2月27日10:20分开始点火,至2月28日13:30分退出燃油,共计1630min。整个冷态过程共耗用燃油约80t/h。如以全程大油枪计算,按照8~10t/h计,约需燃油216~270t,本次点火节油136~190t,节油率63%~70%。本次冷态启动过程分析2月27日,10:25锅炉点火,微油点火系统开始调试,燃用燃油约15t。12:33微油点火系统投入,全部大油枪撤出。微油点火于19:30左右退出;自12:30开始,期间共计燃用燃油约3.5t。21:15再次投入微油点火,到22:30分左退出微油点火,期间燃油约1t。中速暖机期间投入油枪,共计燃油约15t。2月28日,01:40汽机定速3000r/min,投入微油点火。06:20电气发电机空升及定相、汽机阀门严密性试验结束。其间耗用燃油约2.5t。06:25发现连排二道电动门盘根泄漏,退出微油点火,投入油枪,锅炉泄压。10:00锅炉连排二道电动门盘根泄漏处理好,期间耗用燃油约20t。10:06机组并网。因并网后启动磨时,点火能量不足,投入B层油枪,到13:00共计燃油24t。总计,燃用燃油81t,与盘油结果基本吻合。耗油分析:在微油点火调试期间,投用大油枪耗用燃油约15t;下次启动可避免或减少。汽机中速暖机期间,因参数控制困难,投入大油枪,耗用燃油15t。此阶段耗油在B磨煤机变加载改造后会大幅减少。因连排二道电动门盘根泄漏处理,耗用燃油20t;下次启动可避免。并网后因制粉系统启动点火能量问题,耗用燃油24t,下次启动摸索经验,可减少。扣除上述耗用燃油,小油枪实际耗油在10t左右。总体来看,微油点火运行稳定,经过核算后的节油率应该能达到93%以上,节油效果较为明显。4油点火改造系统运行效果尽管通过一次冷态启动的全程耗油分析来看,气化小油枪微油点火改造在盘山发电公司#3锅炉起到了明显的节油效果,并且运行稳定。但是,在实际使用过程中,我们也注意到了它存在的一些问题和不足,并且提出了一些积极的改进措施。4.1试验系统性能试验冷炉点火时,煤粉燃烬率较差,炉膛、烟道内存在未燃烬煤粉,烟囱冒黑烟。特别是初期点火时,自锅炉升温升压情况推算,燃烬率应在50%左右,未达到厂家承诺的最初点火初期燃烬率大于65%,30min后大于80%。解决方案(1)大唐盘电在进行制粉系统性能试验时,对3B磨煤机四根粉管风速进行调整,使四根粉管内煤粉流速一致。(2)下次#3机组点火时,哈尔滨国新专业人员到场协助大唐盘电运行人员对B层燃烧器二次风配风进行调整,使B层燃烧器二次风配风合理。4.2基于约束的磨煤机不振动技术冷炉点火时,由于磨煤机要在出力2525t/h以下较长时间运行,造成了磨煤机的振动比较严重。而且在汽机中速暖机期间,参数控制困难,也是由于磨煤机不能满足长时间低出力运行造成的。解决方案盘山发电公司采用的是北京电力设备厂2000年出产的ZGM123中速辊式定加载磨煤机,在磨煤机运行期间,加载力不能在线进行调解,最低出力一般在42%额度出力能够满足磨煤机不振动。为了适应微油点火的要求,就需要对B磨煤机进行变加载的改造,改造之后,磨煤机能够实现空载起动,最低稳定出力将达到18t/h以下,这样就基本可以解决磨煤机低出力振动严重,中速暖机参数难控制的难题。4.3次燃烧的原因锅炉尾部烟道引起二次燃烧的主要原因是由于大油枪燃烧不完全,使未燃烧的油滴进入尾部烟道,从而停积在尾部烟道上。受烟道内高温烟气的加热气化从而引起二次燃烧。微油点火不会发生尾部烟道二次燃烧,其主要原因如下:微油气化枪出力非常微小(单角不大于120kg/h),燃烧非常充分,不存在剩余未燃烬的油滴进入尾部烟道,因此尾部烟道包括空预器不会由于剩余的油滴气化自燃而引起二次燃烧。锅炉冷态启动采用微油点火初期时(0.5~1h),煤粉燃烧效率60%~70%,剩余未燃烬的煤粉确实进入了尾部烟道。但是由于煤粉的挥发份基本已燃烬,因此进入锅炉尾部烟道的未燃烬的煤粉绝大部分是固定碳,固定碳的着火非常困难(着火点1000℃左右),而尾部烟道达不到这么高的温度,因此