气化微油点火燃烧启动方式的安全性和经济性分析

气化微油点火燃烧启动方式的安全性和经济性分析

随着中国对石油的需求增加，发电公司的燃料成本增加，这对节省燃料日常工作尤为重要。燃油消耗的主要原因是从低负荷稳定燃烧过程转变为锅炉的燃烧和停止过程。传统的大油枪点火方式已不适应日益紧张的石油资源供应,等离子点火、小油枪点火技术等各种无油或少油点火稳燃节油技术不断涌现,给降低燃油消耗提供了技术支持。某电厂4号炉改造前采用机械雾化油枪,启动油枪喷油量800kg/h,因为机组检修后试验多,调试时间长,耗油量特别大。为了降低机组启动时的耗油量,对4号炉进行了微油点火改造。本文对改造后的锅炉运行情况及相关试验进行分析。1冷块的总结和启动和研磨试验1.1锅炉掺烧系统某电厂的3号及4号锅炉是采用英国BEL公司技术制造的型号为WGZ1246/18.15-1的自然循环汽包炉,采用亚临界参数、一次中间再热、П型布置、旋流燃烧器前墙布置、烟气挡板调再热汽温、固定排渣。在350MW负荷下炉膛容积热负荷为140.3kW/m3,断面热负荷为5.01MW/m2。锅炉配置4套10.9E8中速钢球磨煤机、正压直吹式制粉系统,每套制粉系统带一排布置在前墙的6只双调风轴向调节旋流燃烧器,四排燃烧器由上至下的编号顺序为ABCD。在额定负荷(350MW)下3台磨煤机运行。24只燃烧器分成四层布置在炉膛前墙的风箱内,二次风箱也分成四层,每层风箱的左右两侧均有风量调节挡板。每个燃烧器中部有1只机械雾化油枪,用于机组启动时的升温、升压和磨煤机启、停操作时的辅助燃烧。1.2投用磨煤机根据规定,机组冷态启动方式下使用油枪点火升压一直到并网,并网后才允许启动磨煤机投煤粉运行。这种启动方式耗用燃油量大,尤其是启动中故障也多,一次启动的用油量在100～200t。如果能在锅炉点火后适时投用磨煤机,及早以煤代油就能取得很好的节油效果。为此,2005年11月3号机组小修后曾进行了冷炉启磨、以煤代油的试验。通过修改有关逻辑和磨煤机对应燃烧器的运行方式,在机组冷态启动时实现以煤代油,并取得了成功。2燃料微油燃烧2.1蒸发气化燃烧油枪气化微油点火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。气化燃烧后的火焰刚性极强,其传播速度超过声速,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℃。微油气化油枪燃烧形成的高温火焰,使进入一次室的浓相煤粉颗粒温度急剧升高、破裂粉碎,释放出大量的挥发分迅速着火燃烧,然后由已着火燃烧的浓相煤粉在二次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,大大减少煤粉所需的引燃能量。2.2d层燃烧微油点火系统改造3号机组采用冷炉启磨方式进行冷态启动后,用油量大幅度地下降,但因为需要用油枪烘炉,所以每次启动仍然用30～40t燃油。为了进一步降低启动用油量,2009年11月4号机组大修中对D层燃烧器进行了微油点火改造。因为微油点火改造后的小油枪喷油量更小,在磨煤机入口增加了暖风器,可以在实现点火的同时启动磨煤机,使机组启动的用油量减小。2.3煤粉燃烧及煤调湿风道可改造内容包括:(1)对最下层的D层燃烧器一次风室进行了更换,原旋流燃烧器主结构不变,只将燃烧器前部一次风管更换为一级、二级煤粉燃烧室,实现分级燃烧;(2)在一级燃烧室前设有煤粉浓缩装置,便于将贴壁的煤粉向中心浓缩;(3)取消了原一次风内的中心套筒,中间插入气化小油枪替换掉原来的大油枪;(4)为了提高煤粉温度,在D磨煤机进口增加了旁路风道和采用蒸汽加热的暖风器;(5)为了稳定气化小油枪的油压,在小油枪进油小母管上增加了稳压罐,通过调节阀调整进入稳压罐空气来微调小油枪喷油量和稳定小油枪油压。2.4启动后开始改造后进行了3次启动试验。(1)小油枪喷油量测定机组采用APS方式进行锅炉升温升压,D层小油枪投运后APS自动启动磨煤机,之后保持6只小油枪和D磨运行,经测定小油枪单枪喷油量227kg/h。(2)d层二次风压提高因为处理油枪缺陷,所以启磨时油枪已经将二次风温加热到83℃。磨煤机启动后在15t/h煤、60t/h一次风量下煤粉着火很差。后将D层二次风压由300Pa提高到650Pa左右后着火有好转,但总体着火和燃烧情况很差,炉膛不亮,火星多。将一次风量减小到52t/h仍无好转;再将煤加到18t/h、一次风量提高到60t/h也无明显变化。(3)煤粉细度与燃烧飞灰的试验每支小油枪喷油量为114kg/h,点火后马上进行暖磨。磨煤机启动后取样化验,煤粉细度R75=43.2%(对应13t/h煤,65t/h一次风);参数调整后再次取样化验,煤粉细度R75=38.32%(对应13/h煤,56t/h一次风)。磨煤机启动后1h化验A侧撞击飞灰样,其可燃物39.12%,样品外观和纯煤粉区别不大,很黑(B侧无样)。第2h化验A侧撞击飞灰样,其可燃物9.74%,B侧等速样飞灰可燃物23.29%。燃烧用煤为神华煤,w(Var)为26.61%,w(Sar)为0.4%,w(Aar)为10.89%,w(Mt)为17.14%,Qnet,ar为22258kJ/kg。2.5在冷却和研磨过程中，不使用微油消耗为了对比,3号炉采用冷炉启磨方式启动时也进行了灰样可燃物测定。3煤粉细度试验根据技术协议,4号机组微油点火改造后保证机组启动时飞灰含碳量≤10%。改造后共进行过4次机组的启动,只有1次是全程使用微油点火。无论是冷炉启磨方式还是微油点火方式,对D磨煤机加仓煤均为挥发分高、着火燃烧性能好的神华煤或准混煤,以便在磨煤机启动后煤粉尽快着火,提高燃尽程度。表1为各次启动中飞灰可燃物及煤粉细度。表2为各种启动方式的对比。3.1微油点火方式启动时飞灰可燃物情况使用微油点火启动时曾发生以下情况:(1)第一次使用微油点火启动时小油枪单枪喷油量227kg/h,煤火焰外观较好,但在磨煤机启动11h后发生A空气预热器着火跳闸,内部有大量可燃物的灰粒,A空气预热器有部分烧损。(2)全程使用微油点火方式启动(更换油枪雾化片后单枪喷油量为114kg/h),在磨煤机启动后第1h撞击飞灰样可燃物达到39.12%,第2h等速样飞灰可燃物还有23.29%,远超过技术协议保证的≤10%。根据资料,很多电厂微油点火改造后启动时飞灰可燃物都在20%～30%,所以微油点火方式启动时锅炉烟道、空气预热器、电除尘器均存在很大的二次燃烧危险。(3)几次使用微油点火方式进行机组启动后,均在半个月左右就发现电除尘灰斗有焦块。检查电除尘极板上有放电烧损现象,焦块可燃物均在0.09%～0.3%,正常运行中灰的可燃物在2%～4%,这可能是锅炉启动时未燃烧的碳粒在电除尘极板中积聚后因放电产生二次燃烧形成焦块,所以微油点火方式中产生高的飞灰可燃物对电除尘器安全运行也有很大威胁。(4)微油点火方式启磨后因为炉膛温度低,煤粉着火不稳定,锅炉发生灭火、爆燃的危险性很大。(5)锅炉点火后就启动磨煤机,火焰长,烟温高,很难避免氧化皮的产生和脱落。3.2增加加煤机的投资使用微油点火启动时,经济收效如下:(1)机组启动全程使用微油点火方式,节油效果显著,比采用冷炉启磨方式节油约2/3。(2)一台锅炉的微油点火改造投资约160万元,而冷炉启磨方式只是通过修改有关逻辑程序,改变磨煤机对应燃烧器的运行方式和运行工况,不新增投资。相同工况下微油点火与冷炉启磨方式相比,按每次启动节油25t、每年启动3次计算,需要3.55年收回投资(油价按6000元/t计算)。(3)机组采用微油点火方式冷态启动时飞灰可燃物高,也造成能源损失。4确定好煤粉系统的复合控制系统,提高设备的使用和使用水平,减少小油枪点火的风锅炉在使用微油点火时应注意:(1)在保证磨煤机不堵煤、一次风管不堵粉的前提下,尽可能降低一次风量,提高煤粉浓度,这有利于煤粉初期的着火,提高燃烧效率。(2)对于旋流燃烧器来说,保持较大的二次风量可增加燃烧器扩散角,有利于点火初期煤粉的着火。(3)提高磨煤机出口温度,有利于煤粉的着火。(4)调整磨煤机煤粉细度,增大煤粉与火焰接触的表面积,有利于煤粉的着火和燃尽。(5)调整油枪喷油量,以保证完全点燃煤粉。(6)微油点火燃烧器对应的磨煤机应加入挥发分高、水分少、着火性能好的煤。(7)锅炉点火后至锅炉断油前保持空气预热器蒸汽吹灰连续进行,中断时间不得超过30min。(8)锅炉点火至锅炉断油前空气预热器、省煤器、电除尘灰斗要连续进行排灰,防止可燃物堆积后发生二次燃烧。(9)在保证总风量的前提下,关闭停用燃烧器的二次风。停运燃烧器的这部分二次风量虽然可提高烟道中的烟气流速,但会降低炉膛温度,也会减少小油枪层燃烧器的二次风比例,对煤粉的着火、燃烧不利。(10)在满足机组启动要求的前提下,尽快提高热负荷,减少小油枪点火的使用时间,尽早投入第2套制粉系统。(11)磨煤机启动后及时取样,检测煤粉细度和飞灰可燃物,发现煤粉过粗或飞灰可燃物过大时及时停运磨煤机。(12)进行磨煤机暖风器和空气预热器热风切换时,控制好切换速率,防止出现一次风量大幅度波动。(13)启动时加强各有关参数的检查,发现异常情况及时调整解决。(14)发现烟道、空气预热器或电除尘器有着火迹象时,先停炉,后将设备隔绝,并及时采用蒸汽灭火,然后采用消防水灭火。5预冷炉启磨后2.5%飞灰可燃物鉴定成功率高的原因虽然微油冷炉点火系统能实现机组冷、热态启动的节油,经济效益显著,但也存在很大的安全隐患,在机组启动时需要特别注意。(1)2