沙角c电厂锅炉微油点火技术应用试验分析

沙角c电厂锅炉微油点火技术应用试验分析

随着国际燃料价格的提高，燃料电厂的动态和低负荷燃烧成本不断增加。为了降低成本，提高供电效率，所有发电处理厂都采用了少油和小油燃烧技术。目前,国内有多家专业机构对微油点火技术进行了研究和开发,并在国内多个电厂进行了推广应用,其用于锅炉的冷态和热态点火启动,实际节油量可以达到60%左右。微油点火助燃技术在烟煤等易燃煤种的使用较为成熟,冷态点火燃烧情况较好,但是,对于低挥发分贫煤和无烟煤,点火启动仍需要使用大油枪助燃。运行过程中需要做好防爆燃工作,解决燃烧安全性问题。改造后燃烧器的防磨和防烧损设计存在一定的不足。另外,微油枪的可靠性不高,不能随时可靠投入运行,改造后均保留大油枪。1煤粉点火燃烧煤粉技术微油点火的点火源为微油高能气化油枪,它利用空气雾化使燃料油形成超细油滴后通过高能点火器引燃,利用独特设计的燃烧器对燃油进行加热,使燃油在极短的时间内蒸发气化并着火。由于采用了气化燃烧原理,火焰刚性强、长度短,火焰根部呈白炽状态,燃烧强度很高,火焰平均温度可达1500~2000℃。温度高、长度短的油火炬为用微量油点燃第一级煤粉提供了充分保障。气化油枪着火后将高温油(气)火焰引入煤粉燃烧器一级燃烧室,当浓相煤粉通过火焰中心时,煤粉温度急剧升高、破裂粉碎,释放出大量的挥发分,并迅速着火燃烧。已着火燃烧的浓相煤粉在二级燃烧室内与稀相煤粉混合并点燃稀相煤粉,实现了煤粉的分级燃烧,燃烧能量逐级放大,达到点火并加速煤粉燃烧的目的,减少了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。采用微油点火燃烧技术,实现锅炉冷炉启动时用微量的油(对应单只煤粉燃烧器用油量50~60kg/h,改造前的WRTE点火油枪单支出力为1623kg/h)在专门设计的燃烧器内直接点燃煤粉,从而达到以煤代油启动锅炉的目的。在停炉、低负荷稳燃时可以将该燃烧器投入,用微量的油稳定锅炉燃烧。该技术可大幅减少电厂锅炉点火启动和助燃用油,降低发电成本,提高经济效益和社会效益。2沙角c工厂微油消耗改造2.1锅炉燃烧系统m沙角C电厂3×660MW机组锅炉是美国ABB-CE公司设计生产的亚临界参数、单汽包中间再热、控制循环锅炉,锅炉最大连续蒸发量(BMCR)为2100t/h,膜式水冷壁,单炉膛四角双切圆燃烧。炉膛宽19558mm,深16432mm,高57300mm,宽深比为1.19,设计燃用国产神府东胜煤,校核煤种为澳大利亚进口煤。制粉系统为正压直吹式制粉系统,配有6台HP983碗式中速磨煤机,设计煤种出力为53t/h,5台磨煤机即可满足BMCR出力。锅炉的燃烧器布置有A,B,C,D,E,F共6层一次风喷嘴。二次风有AA,AB,BC,CD,DE,EF,FF,OFB,OFA共9层,其中OFA和OFB为燃尽风,AA,AB,BC,CD,DE,EF和FF为辅助风,AB,CD和EF中有油枪,又称油枪风。一次风燃烧器采用WR燃烧器(widerangecoalnozzle),在一次风的周围有周界风,可调节一次风、烟气、二次风的混合快慢,同时也可保护喷口不致烧坏。2.2微油点火系统针对沙角C电厂2号锅炉的具体情况,将2号锅炉B层4个角的燃烧器喷口改造成气化微油点火煤粉燃烧器,在实现锅炉气化微油冷炉启动和低负荷稳燃的前提下,确保原主燃烧器的动量及基本性能不变,同时具备主燃烧器的功能。该气化微油点火煤粉燃烧器结构如图1所示。煤粉燃烧室由一级、二级和三级燃烧室组成。燃烧器入口煤粉通过高浓缩比流线型煤粉浓缩器后进入第一级燃烧室,当煤粉颗粒进入高温油(气)火焰中时,受到快速加热而膨胀破碎,大大降低了煤粉着火所需的能量,并迅速发生着火。着火的煤粉不断放出热量,从而引燃第二和第三级燃烧室煤粉。由于采用了高强度油(气)燃烧室、煤粉浓缩装置及多级放大原理,该技术用微量的油即可点燃大量的煤粉,从而实现微油点火功能。为防止燃烧器被烧坏和燃烧器壁面结渣,将二次风从二级和三级燃烧室的周向引入,通过多级环缝进入燃烧室内,使二次风在壁面附近形成高速气流。这样既起到防止壁面结渣和被烧坏的作用,同时又补充了燃烧所需要的氧量,从而确保了燃烧器的燃烧功能和运行安全。微油点火系统由微油点火燃烧器、燃油系统和燃烧器、压力冷风、控制系统等组成,其基本参数为:燃油压力0.5~2.5MPa(实际取1.4MPa);油枪出力20~60kg/h(按单只油枪的消耗量计算);气化燃烧火焰中心温度1500~2000℃;压缩空气压力0.2~0.25MPa;可点燃煤粉量4~12t/h。沙角C电厂2号锅炉气化微油点火技术改造始于2007年9月26日,整个微油点火系统的安装和调试工作完成于10月23日。10月24日利用微油点火系统进行锅炉第一次点火,至26日锅炉微油点火系统第3次点火成功启动,气化微油点火技术均较好地完成了机组的前期冷态启动(包括启炉、冲转、带初负荷稳燃)任务。在2号机组的启动过程中,气化微油点火系统一次性点火成功,系统运行稳定,微油燃烧器投粉后,炉膛火焰明亮,燃烧稳定。为了在冷态工况下采用微油系统直接点燃煤粉启动锅炉,按照运行经验,有些电厂在微油燃烧器对应的磨煤机入口热风调节门前水平风道内安装了立式蒸汽加热器,加热蒸汽来自辅助蒸汽联箱,以解决冷炉制粉热一次风来源问题。沙角C电厂受场地及现有设备限制,在现场布置蒸汽加热器难以实现,对于直吹式制粉系统,存在冷态启动时由于热风温度不够而不能干燥制粉的问题。为此,先投WRTE大油枪使空气预热器出口风温达到150℃左右,满足磨煤机入口风温启动要求,再退出WRTE大油枪,投入微油点火油枪及启动B磨煤机制粉系统运行。3微油喷射装置的试验分析3.1启动b磨煤机由于沙角C电厂机组没有设计启动旁路,2号锅炉采用正压直吹式制粉系统,应用微油点火技术进行冷炉点火启动时,为控制锅炉启炉初期的升温、升压速率,微油枪投入点火后,2007年10月25日17时30分启动B磨煤机,启动时给煤量为15t/h,风量为78%,煤粉点燃,并根据锅炉启动需要逐步增加B磨煤机给煤量。从图2升温、升压曲线中可见,应用微油点火技术完全可以满足锅炉冷炉启动初期的升温、升压要求。3.2磨煤机燃烧煤粉确定微油燃烧器投粉后,燃烧器喷口火焰明亮,燃烧稳定,点火初期B磨煤机给煤量15t/h,风量78%,4个角煤粉火焰温度较高。磨煤机给煤量、风量增加后,不会引起火焰温度降低,煤粉火焰明亮,燃烧稳定。当机组升负荷需要投入C,A磨煤机后,C,A层燃烧器煤粉顺利引燃,燃烧稳定。以上情况说明气化微油点火技术完全能满足锅炉冷炉启动和机组带负荷的要求。3.3燃烧及燃烧效果气化微油点火是利用微油枪在燃烧器内形成高强度火焰来点燃煤粉,在运行过程中需要防止燃烧器内的火焰烧损燃烧器。从冷炉点火初期到机组带300MW负荷及机组带至满负荷运行,燃烧器壁温均低于400℃,见表1所示。燃烧器的结构设计较为成功,燃烧器运行稳定且安全,有较好的防烧损功能。为了安全起见,投入微油枪前要确保磨煤机已通风,风量大于30%。3.4提升煤粉的最大出力微油点火燃烧器作为主燃烧器运行时与机组原燃烧器出力保持一致,但是作为微油点火燃烧器使用时,由于微油枪的出力有限,能够引燃的煤粉量也是有限的。一旦微油煤量超出微油燃烧器能够引燃的最大煤量,煤粉燃烧情况恶劣,较多的不完全燃烧煤粉会威胁锅炉的安全运行。微油点火运行过程中,微油枪出力一般维持在60kg/h左右,试验过程中B磨煤机的最大出力为49t/h,煤粉火焰明亮,燃烧器运行状态稳定。微油点火燃烧器在微油点火状态下的最大煤粉出力可达12.25t/h。微油点火燃烧器最大出力的提升,能增加锅炉的运行安全性。尤其是在投入第二台磨煤机时,微油点火燃烧器煤粉出力的提高会增加炉膛燃烧器区域的热负荷,第二层燃烧器投入后,更有利于煤粉的着火和燃尽。微油点火燃烧器煤粉最大出力的提升,一方面得益于燃烧器的结构设计,另一方面也得益于微油枪出力的增加。因此,在微油点火冷炉启动和低负荷稳燃的运行工况下,要注意如下几点:a)微油枪出力应维持在60kg/h左右,即运行油压保持在1.2~1.5MPa;b)根据调试结果和运行经验,第二台磨煤机投入前应将B磨煤机磨煤量提高到约43t/h,正常情况下不要超出38~48t/h出力范围;c)如利用微油枪进行低负荷稳燃,不要进入微油模式,B磨煤机出力应提高到43t/h,建议保持38~48t/h出力范围。3.5煤粉燃烧的效率及影响由于是通过机组原WRTE油枪加热方式制取热风,炉膛已被大油枪预热,此时进行微油点火启动,有利于启动阶段初期煤粉的燃尽。取样数据的分析结果表明,投粉后2h的平均飞灰可燃物含量为24.78%,燃尽率高达95.72%。随着运行时间的增加、炉膛温度的提高及二次风温的提高,改善了煤粉的燃烧条件,煤粉燃烧效率也得到逐步提高。点火初期投入煤粉,会有一些未燃尽飞灰沉积到尾部受热面,特别是空气预热器。由于煤粉燃尽率较好,飞灰中的挥发分和可燃物含量少,正常运行时不会发生尾部受热面二次燃烧问题。但因机组消缺需要,锅炉长时间处在冷态点火状态时,如遇中间突然停炉,关闭送、引风机,炉内通风不畅,就极易引起尾部受热面二次燃烧。因此,为保证锅炉运行安全,低负荷时空气预热器应保持连续吹灰,省煤器和电除尘灰斗应适当加快出灰频率。4节约燃油,节省燃料费2号锅炉成功应用气化微油点火技术实现了冷炉启动,节省了大量的燃油。从2007年10月24日4时15分2号锅炉气化微油点火技术正式点火启动,至10月26日1时20分机组负荷升至300MW,撤出所有微油油枪,机组启动过程完成。整个机组启动用油量为25.3t(包括投运WRTE油枪加热一次风启动磨煤机用油20.3t),其中微油枪累计投运21h,共用燃油5t。启动过程采用的燃油发热量为44001.9kJ/kg,燃油燃尽率为100%,燃煤发热量22404kJ/kg,煤粉燃尽率为95.72%。通过计算得到,沙角C电厂2号锅炉C级检修冷态启动过程中微油点火系统共运行21h,节约燃油208t,节油率达89.2%,节省燃料费共计88.7万元。另外,采用气化微油点火技术启动锅炉,由于微油点火油枪耗油量小,燃尽率高,锅炉启动初期即可投入电除尘,解决了投WRTE大油枪时烟囱“冒黑烟”的问题,有效降低了锅炉启动初期的污染物排放,取得了很好的环保效益。5飞灰和化学药剂对煤粉燃烧的影响a)沙角C电厂2号锅炉成功应用气化微油点火技术,实现了升温升压、汽机冲转等冷态启动。b)利用原有WRTE大油枪加热炉温制取热风来启动磨煤机,使炉膛得到预热,有利于微油点火初始阶段煤粉的引燃和燃尽,投粉2h内的平均飞灰可燃物含量为24.78%,燃尽率高达95.72%。c)气化微油点火燃烧器投煤粉后能顺利点燃,火焰明亮,燃烧器喷口火焰始终保持在较高温度,燃烧稳定,燃烧器在启动过程中壁温