超临界直流锅炉等离子点火技术应用分析

超临界直流锅炉等离子点火技术应用分析

福建大唐国际宁德发电公司一期工程2.600mww离心式发电装置。该锅炉由黑龙江省锅炉厂开发，并采用英国三角帆板公司技术。螺旋管系列hg-1900/25.4ym4具有设计和制造方法。类型：单炉、中压加热、对压燃烧法、平衡通风、室外配置、固定负荷、悬挂式发电锅炉。燃烧系统采用三井巴布科克公司的低NOx轴向旋流煤粉燃烧器(LNASB),燃烧器前后墙对称布置。制粉系统采用中速磨煤机正压直吹方式,每台锅炉配6台中速磨煤机,磨煤机为上海重型机械厂生产的HP1003型中速磨煤机,燃烧设计煤种时,5台运行,1台备用。前后墙各3层燃烧器,每层5只燃烧器,共30只燃烧器,每台磨煤机出口5根输粉管对应供给前墙(或后墙)一层5台煤粉燃烧器。燃煤设计煤种为大同塔山矿洗精煤,校核煤种为东胜纳林庙烟煤,点火及助燃用油为零号轻柴油,油枪采用机械雾化。在锅炉前墙最下层E制粉系统对应燃烧器上安装了一套等离子点火装置,等离子燃烧器具有在锅炉启动初期点火的功能,并具有原煤粉燃烧器的全部功能,不影响锅炉的安全和出力。宁德发电公司一期工程3、4号机组分别于2006年6月6日和2006年9月8日投产发电。1等离子燃烧技术由于等离子燃烧器原结构设计上的原因,等离子发生器运行中断弧频繁,等离子磨煤机运行不稳定,等离子燃烧器燃烧不稳定,适应煤种性能差,机组启动过程中需投油枪助燃,无法真正实现无油点火,设备可靠性低,浪费燃油;且启动过程中投入大量燃油助燃导致电除尘无法投运,造成粉尘排放,污染环境;由于载体风机风压不能满足需求,需用压缩空气保证风压,压缩空气控制不稳定,造成输送弧和等离子燃烧器、中心风筒损坏,更换部件费用昂贵;运行调整困难;冷炉点火时(特别是点火初期),燃尽率低,炉膛存在大量未着火的煤粉,存在锅炉爆炸的风险,且飞灰可燃物含量高(达33%),存在锅炉尾部发生二次燃烧的隐患。为提高等离子燃烧器设备可靠性和经济性,保证机组启动稳定,节省燃油和节省更换损坏部件的费用,保证电除尘投入率,实现环保目标,对3、4号锅炉等离子燃烧器进行技术改造,很有必要。2009年1月利用3号锅炉春节检修的机会对3号锅炉等离子燃烧器进行了技术改造。2称重传感器的设计与性能的比较2.1次风交叉点火装置及改造原设计方案为:拆除前墙下层原英巴燃烧器的中心风管及其内部的油枪,将其替换为可实现分级点火的等离子燃烧器,在原一次风管上加装分叉管,引出部分煤粉为等离子燃烧器供粉。在锅炉点火启动阶段,一次风分叉管上的插板门打开,原一次风管内的部分煤粉通过分叉管被引至等离子燃烧器,煤粉被等离子电弧点燃并喷入炉膛;一次风管内剩余的煤粉继续沿一次风管进入原燃烧器的一次风室,并向前喷入炉膛后被等离子燃烧器所产生的煤粉火焰点燃。在锅炉高负荷运行阶段,一次风分叉管上的气动插板门关闭,所有煤粉仍按原设计路径进入燃烧器的一次风室,燃烧器完全按原设计方式运行。等离子燃烧器的外形尺寸完全按照原燃烧器的中心风管设计,只需将前墙下层燃烧器中心风管从燃烧器后端抽出,将等离子燃烧器插入即可。加装等离子点火装置后前墙下层燃烧器与锅炉厂设计唯一不同的是其中心油枪被拆除,其点火及助燃的功能将由等离子发生器替代。改造方案:为了完善等离子燃烧器,彻底解决原分叉管设计方案出现的问题,进一步对等离子燃烧器进行改造,整体更换原一次风喷嘴为等离子燃烧器,彻底取消英巴燃烧器原设计的中心风筒及油枪结构,取消原设计等离子燃烧器的分叉管结构,用等离子点火器代替原来的油枪,一次风由原设计的带有一定旋流的方式改为纯直流方式进入燃烧器,同时增大原英巴燃烧器一次风筒的喷口截面积,并在一次风与二次风之间增加夹层风(改原来中心风为夹层风),取消原分叉管电动调节机构和电动插板门电气和控制部分,其它电气、控制以及辅助系统不做任何改动。等离子点火燃烧器的外形尺寸完全按照原燃烧器的一次风部分设计,现场改造时只需将前墙下层燃烧器一次风结构从燃烧器后端抽拆出,将等离子燃烧器插入,等离子燃烧器入口与带有浓缩机构的一次风弯头用法兰连接;等离子点火器沿轴向插入等离子燃烧器,由支座安装在一次风弯头上;一次风粉由一次风弯头进燃烧器。在锅炉点火和稳燃期间,该燃烧器具有等离子点火和稳燃功能;在锅炉正常运行时,该燃烧器具有主燃烧器功能,且在出力方面及燃烧工况与原来保持一致。2.2改造等离子燃烧系统原设计方案为了尽量保证等离子燃烧器与原英巴型燃烧器性能完全相同,虽然保证了燃烧器在正常运行时的性能,但此方案限制了等离子装置的设计空间,影响了其点火效果和煤种适应性,容易造成燃烧器结焦甚至烧坏燃烧器;同时这种方案等离子系统的运行调试难度较高,检修和维护工作量大。(1)改造后等离子燃烧器性能改善改造未对旋流燃烧器内、外二次风进行改动,改造后燃烧器及炉内的空气动力场变化较小,正常运行时不会影响炉内燃烧组织;未对燃烧器喷口的火焰稳定部件进行改动,有利于燃烧器原着火及稳燃特性的保留,与原有燃烧器相比较:(1)对一次风筒的内部结构有较大改变。一次风筒内的油枪及中心风取消,正常运行中原有的四周浓缩变为中心浓缩。原有的浓缩含粉气流接触的是相对较冷的二次风,改造后的燃烧器浓缩的煤粉集中在一次风管中心(中心为高温烟气回流区),更容易着火,同时实现浓淡燃烧,降低NOx;(2)设备运行控制更加简单化。取消一次风分叉管后,使等离子燃烧器控制程序简单,系统控制电源简化。避免了分叉管插板门卡塞现象的发生,等离子燃烧器既可作为点火燃烧器使用,又可作为主燃烧器使用。等离子燃烧器可保证较好的燃烧效果,投入功率灵活可靠,以满足机组冷态启动、低负荷稳燃和滑停的要求。(2)改造后增加了多项防止燃烧器结焦的措施a.设计采用电磁线圈磁压缩作用的长距离输送等离子发生器,并沿燃烧器轴向布置,这样,在燃烧器的内部结构设计上避免了一次风、等离子流可能形成的回流区,是避免结焦的主要措施。b.在燃烧器设计中,考虑到一级燃烧室主要是煤粉裂解及挥发分燃烧,因此防止结焦的措施主要放在二级燃烧室,二级燃烧器室设计参数,以燃烧器的出力为主要参数,借鉴已经投运的大量工程,适当降低燃烧器的点火出力,从而降低燃烧器内的热负荷,防止结焦发生。c.等离子燃烧器属内燃式燃烧器。等离子点火过程中,煤粉在燃烧器内被点燃,火焰向炉膛传播。在燃烧器内温度梯度很大,体积急剧膨胀,流速高,其本身具有自吹扫及缓解结焦能力。d.增加监测手段,在每台等离子燃烧器热负荷较高的区域,增加两个燃烧器壁温测点,并在逻辑上增加“燃烧器壁温高声光报警”,运行中发生“燃烧器壁温高声光报警”时,及时调整给煤量、一次风量,可以很快消除结焦的隐患。(3)改造后等离子燃烧器系统进一步优化,关键设备寿命提高:(1)等离子燃烧器充分考虑了在作为主燃烧器使用时的耐磨损、耐烧损问题,寿命能满足锅炉检修周期的要求。(2)技术改造后,调整优化等离子点火系统各系统参数,等离子发生器的阴阳极寿命得到进一步提高。(4)改造前后经济性对比改造前,由于等离子磨煤机运行不稳定,等离子燃烧器燃烧不稳定,得伴油枪运行,在机组达到冲车参数时,磨煤机燃料量在27t/h左右,同时还有3t/h的燃油量,机组启动一次耗油达40t。改造后,由于设备性能改善,真正实现冷态无油点火,无油稳燃,而且运行稳定,仅在升温冲车投运其它磨煤机时,需投油枪点火,每次启动耗油8t,可节约燃油32t,按每吨燃油5000元计算,每次启动可节省燃油费用16万元,按单台机组全年启停3次计,单台机组年节约费用48万元。设备可靠性提高,部件损坏大大减少,年节约更换部件(输送弧、一次风筒等)费用达20万元,同时由于燃尽性的提高,总燃料量会有所下降。技术改造以设备投运最大化、投资最小化为原则,改造内容仅为燃烧器及连接部分,其它部分不做变动。改造费用为每台机组60万元人民币,一年可收回改造投资。改造后检修维护、运行调整工作量大大减小。技术改造以取消分叉管、原燃烧器改造成等离子燃烧器为主;对各系统进行优化调整,使等离子燃烧器在最合理的运行参数下运行,保证系统的安全性与稳定性。改造后,运行及检修人员仅按照厂家操作说明执行,不必再次调整各参数,减少电厂在该系统设备上投入的人力物力,提高设备利用率。3等离子点火系统改造通过对3号锅炉等离子燃烧器进行改造,机组启动直接采用等离子模式启动,等离子运行较稳定,未出现过掉弧现象,并且着火情况良好,图象火检观看着火清晰,就地观看着火火焰明亮,燃烧很好,飞灰检查,含炭量不高,可以完全实现无油点火。新型等离子燃烧器的点火性能、防结焦性能和对煤种的适应范围均较以前有大幅度提高。改进后的等离子燃烧器点火效果将大大优于原等离子燃烧器,同时燃烧效率和NOx排放等性能可达到或优于原英巴燃烧器。等离子点火系统整体性能提高,设备投入率100%,节省大量燃油及运行和检修成本,同时大大降低锅炉爆燃和发生二次燃烧的危险。改造达到预期效果。等离子燃烧器改造前后优缺点对比:(1)分叉管方案优点是不改变原燃烧器的结构性能。缺点是:(1)限制了等离子装置的设计空间,影响了其点火效果和煤种适应性,容易造成燃烧器结焦甚至烧坏燃烧器,同时输送弧易烧损;(2)等离子系统结构复杂,运行调试难度较高,检修和维护的量大;(3)电动调整挡板工作条件恶劣,故障率较高;(4)复杂的分叉管结构增加一次风管道阻力。(2)整体更换方案优点:(1)一次风煤粉均由等离子燃烧器点燃,保证等离子的点火效果,增加了煤种适应性;(2)增大一次风筒尺寸,降低