大型机组气化小油枪点火及稳燃技术的应用

大型机组气化小油枪点火及稳燃技术的应用

随着我国社会经济的快速发展，能源工业的发展更加迅速。我国到2007年底全国装机容量为7.2亿kW,其中火电及热电占80%,机组的启停及低负荷稳燃需消耗大量的石油资源,年耗油量占我国整个燃油油量很大比例,达到1590万t,其中锅炉点火启动及稳燃用油约800万t。到2008年随着新机组的陆续投运,点火及稳燃用油将达到1000多万t。近年来在火电厂锅炉机组调峰启停次数增加的情况下,燃烧用油已成为火电厂一笔很大的开支,随着发电企业的燃料成本增加,节约燃料用油的工作日显重要。节油重点由低负荷稳燃过程转向锅炉点火与停炉过程(发电厂锅炉启、停时耗油占60%,低负荷稳燃耗油占40%),因此节约煤粉锅炉燃油在火电厂已成为节能方面的重要课题之一。在这种背景下,传统的大油枪点火方式已不能适应日益紧张的石油资源供应形势,等离子点火、高温空气无油点火及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。气化小油枪点火稳燃技术是用微量的油(25～60kg/h)通过专门设计的燃烧器,点燃大量的煤粉(2～10t/h),从而达到锅炉冷炉微油点火、低负荷和超低负荷稳燃的目的,数据模拟该燃烧器的节油率可达90%以上。它是在百余台小油枪煤粉直燃式燃烧器成功应用的基础上开发的新型燃烧技术,已在300MW及以下机组的燃煤锅炉上得到应用。利用微油点火原理研制开发的气化小油枪点火及稳燃装置,完全可以替代现有的大油枪及等离子点火稳燃技术,投资约为等离子的1/3左右,而实际运行、检修及维护费用,远远低于等离子点火的费用。另外,由于点火初期油燃烧完全,对静电除尘器的极板无粘污,不用解列静电除尘器,大大减少了粉尘排放量。因此,气化小油枪点火稳燃技术作为一种应用于电站锅炉启动、停止以及低负荷稳燃的新节油技术,具有良好的节油性能,对能源安全和可持续发展起到巨大的推动作用,国家发改委已将此技术列入我国十大节能工程。1磨煤机的燃烧方式国电太原热电厂11号机组锅炉型号为BP-1025型,系波兰拉法克公司制造的,该锅炉的设计比较先进,属20世纪70年代初的世界先进产品,锅炉的汽水系统采用了苏尔寿专利。锅炉为低倍率循环半塔式锅炉,采用正压直吹式制粉系统。磨煤机采用5台型号RP-1043XS的DOLMEL-Wroefaw波兰型式的,磨煤机基本出力45t/h,磨煤机额定空气流量为26.39m3/s,出口温度是80～100℃。锅炉装有20个煤粉喷燃器,分五层布置在炉膛的四角,为直流煤粉燃烧器。煤粉喷燃器第一层标高为17.97m,第二层为20.6m,第三层为23.77m,第四层为26.40m,第五层为29.03m。每一层的四个喷燃器与一台磨煤机相对应。在每一个一次风喷口的上部与下部均有一个二次风喷口,另外在每一个一次风喷口周围有一周界风喷口,周界风是二次风的一部分。锅炉的组织燃烧方式是采用四角布置切圆燃烧,假想圆的直径为1514mm。现用煤质指标如表1所示。2燃料小气枪的工作原理、点火和稳定燃料2.1蒸发气化燃烧油枪气化小油枪的工作原理是: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、传播速度极快,超过了声速,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。2.2煤粉点火燃烧煤粉技术气化小油枪点火燃烧器工作原理见图1.气化小油枪燃烧形成高温火焰,使进入一次室的浓相煤粉颗粒温度急剧升高、破裂粉碎,并释放出大量的挥发份,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,燃烧能量逐级放大,达到点火并加速煤粉燃烧的目的,大大减少了煤粉燃烧所需引燃的能量,满足了锅炉启、停及低负荷稳燃的需求。周界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。2.3煤粉点火区域有利于稳燃性能的提高采用浓淡燃烧方式已经使煤粉在着火区域形成了高浓度、少空气、易着火的有利条件,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,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,使得每只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。3小油枪点火系统针对国电太原第一热电厂11号机组锅炉燃煤特点,并结合锅炉燃烧设备结构,为保证改造效果,使锅炉燃烧器在改造后能长期、安全、稳定运行,设计将锅炉第二层4只煤粉燃烧器改造为40kg/h双气化小油枪点火稳燃燃烧器。气化小油枪燃烧器结构见图2.每只燃烧器安装两只油枪,根据煤质的好坏决定投用一只油枪还是两只油枪,以保证改造效果。微油点火燃烧器安装在煤粉燃烧器轴向后侧。包括供油系统、压缩空气系统、助燃风系统(来自冷一次风)、可见光火检等。改造后的主要参数如下。油压0.5～0.7MPa;单只油枪出力40kg/h;压缩空气压力>0.5MPa;压缩空气流量～0.6Nm3/min;油枪高压风压力～2000Pa;油枪高压风流量～800m3/h;气化油枪燃烧火焰中心温度1500℃;燃烧器壁温≤450℃。1)当锅炉在点火或低负荷运行时一般停用上组燃烧器,根据燃烧原理,炉内有一层一次风稳定着火,将改善整个炉膛的着火稳定状态。2)冷态启动或调峰,投小油枪后,即可投粉,通过调节给煤量来满足锅炉升温升压的需求,可大量节约点火及助燃用油。3)燃烧器改造后,与原燃烧器相比,气化小油枪点火燃烧器的基本性能保持不变。4)燃烧器出口一次风气流的炉内工况不变。在正常运行中不发生超温、燃烧效率下降。飞灰、炉渣含碳量不大于设计值或改造前正常运行值。5)燃烧器结构简单,能满足各燃烧器之间阻力匹配的要求。6)燃烧器采用防止烧坏和磨损的新型合金材料制造设计,耐热耐磨。7)点燃稳定可靠,确保点火过程中不爆燃、不二次燃烧;点火及正常运行过程中燃烧器不结渣、不烧损。8)燃烧器的出力可以适应给煤机出力调整范围。满足锅炉冷态启动曲线的要求,同时满足锅炉满负荷连续运行的要求。9)燃烧器后段的外形主要尺寸与原燃烧器相同,便于燃烧器的布置和与系统的接口。改造不改变一次风管走向、假想切圆直径、支吊架支承点及二次风箱中心等,改造不改变原煤粉燃烧器与炉膛的整体相关设计。10)燃烧器内设燃烧器壁温监视测点,便于随时调整,既有利于点火又可防止燃烧器被烧坏。11)燃烧器采用内风膜技术,在煤粉燃烧器内形成了风在外、粉在内的“风包粉”燃烧方式,在燃烧器内壁壁面形成一层风膜,防止未燃尽煤粉粒子贴壁及壁面附近的还原性气氛的出现而导致的结渣和高温腐蚀的发生。12)保证锅炉启动时气化小油枪燃烧器能够稳定点火运行,能够满足电厂目前使用的煤质、细度、一次风温度条件。4改造后，主缸的调试运行和效率分析4.1微油点火启动2007年7月1～2日11号机组中修后,晚上21点30分锅炉冷态点火,启动过程中使用了微油点火燃烧器,点燃的第一支小油枪是3号小油枪。3号气化油枪点燃、着火正常后即投入给粉机运行,给粉机转速大约为120r/min,一次风风速为27m/s,肉眼观察到开始时粉量很小,燃烧器着火有火星,无明显未着火煤粉,随着粉量正常,煤粉着火迅速,炉膛燃烧基本稳定。4支微油小油枪点火后运行稳定,并于1.5h后启动制粉系统。当2号磨煤机投运后,控制磨煤机煤量12.6t/h,一次风量76t/h,出口温度68℃,炉膛着火情况良好;燃烧器出口煤粉被引燃,火核火焰明亮,但火焰长度不长且火焰外围温度不高,说明锅炉燃烧不够充分;炉膛负压在0～-0.4kPa之间波动,炉膛能见度良好。运行2h后炉膛负压波动逐渐平稳。炉水温度变化平缓,温升率保持在0.6～1℃/min之间。当磨煤机煤量加至14t/h后,炉膛着火更好,四角火焰已形成切圆燃烧,此时炉水温升达1℃/min,炉水温度上升小于允许值2℃/min,且变化平缓,见图3.炉水温度上升平缓,说明在微油点火条件下,煤粉着火燃烧过程稳定。当2号磨煤机煤量达40t/h时,启动2号磨煤机运行。磨煤机煤粉被火焰顺利引燃,炉膛内着火良好,炉膛负压稳定。当机组负荷大于300MW,撤出4支微油枪运行。此次大修启动共投运微油枪65.3h.通过试验可确定使用微油点火技术得到的实际经济效益。本次机组启动共投运微油枪65.3h,期间油枪未发生灭火退出运行现象,原有的大油枪未曾投运,启动共用油11.2t。相同炉型的本厂12号炉在去年大修后的冷炉启动过程中,采用传统大油枪点火方式,投油87h,共计耗油631t,平均7.25t/h。按照相同的用油率,11号炉传统启动方式的耗油量为473.4t,本次共节油462.2t,节油率达97.6%.燃油热值为41870kJ/kg,而投油期间煤粉燃烧效率最低为94%,煤的热值为23962kJ/kg,油煤热值比为1.747.使用微油点火多消耗煤粉为859.18t,按油价5300元/t、煤价430元/t计算,则可节约成本为208.02万元,经济效益非常显著。此外,使用微油点火后,还可以实现低负荷无油稳燃,按改造前投4支油枪助燃的方式,油枪出力1.25t/h计算,则节油量为5.8t/h.从12号机组大修启动情况看,11号机组大修启动节油效果非常明显。11号机组采用微油点火后,磨煤机投运提前,锅炉汽温汽压上升较快,机组冲转并网提前,且并网前磨煤机已启动,机组并网后操作量减少,机组加负荷较快,使整个启动过程断油提前了22h.因实现微油点火,在发电机并网后不久就可投入电除尘装置,减少了粉尘排放,降低了环境污染。4.2锅炉负压稳定无异常稳定2007年7月5日23:00点机组负荷150MW,开始投油稳燃试验,一次风风速为24m/s,给粉机转速为360r/min,气化小油枪供油压力为0.45MPa,投入1、3号气化小油枪,锅炉负压稳定无异常波动,喷口燃烧稳定无结焦现象,燃烧器壁温不超过400℃,稳定运行1h无异常,24:00试验结束。试验表明,机组在低负荷燃烧不稳时可投用气化小油枪来稳燃,能满足稳燃要求。5社会主义煤粉点火的优势太原一电厂11号炉通过采用微油点火