华能辛店电厂微油点火设计方案

****电厂三期＃6炉微油冷炉点火和超低负荷稳燃技术设计方案杭州****科技有限公司二零零六年八月二十九日编写：校对：审核：批准：目录一、方案设计标准及依据 21.1设计执行标准 21.2设计依据 2二、机组和锅炉设备概况 22.1锅炉主要参数 32.2锅炉燃烧系统 32.3煤质特性 32.4制粉系统 4三、微油点火技术基本原理 53.1微油气化燃烧原理 53.2冷炉微油点火燃烧器工作原理 6四、微油点火系统设计 64.1油燃烧系统设计 64.1.1油系统的具体参数 74.2微油煤粉燃烧器设计 74.3风粉管道的设计 84.4压力冷风系统设计 84.5气膜冷却风及火检冷却风系统 94.6自动控制系统与FSSS、DCS接口设计 94.6.1微油点火的控制系统构成 94.6.2微油点火程序设计及保护逻辑 104.6.3CCD工业电视监视系统 114.7锅炉升温升压速率控制 114.8微油点火燃烧器冷态启动程序 114.9停炉程序 12五、微油燃烧器现场投运试验 125.1微油点火燃烧器启动前冷态调整试验 125.2热态调整试验 12六、效益分析 136.1节省燃料费用 136.2锅炉超低负荷运行 136.3尾部二次燃烧问题 146.4环保效益 14一、方案设计标准及依据1.1设计执行标准NDGJ16-89火力发电厂热工自动化设计技术规定DL435－91火力发电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程SDJ1火力发电厂设计技术规程GB3047.1面板、架和框的基本尺寸系列GB2681电工成套装置中的导线颜色GB2682电工成套装置中指示灯和按钮的颜色JB/T1402-91盘装工业过程和控制仪表尺寸和开孔尺寸ANSI/NFPA70国家电气规范ANSI/IEEE472冲击电压承受能力导则（SWC）ANSI/NEMEICS4工业控制设备和系统的端子排ANSI/NEMEICS6工业控制设备和系统外壳GB/11352-89铸件铸造技术要求GB/T14976-94流体输送用不锈钢无缝钢管GB/T13384-92机电产品包装通用技术条件DL5031-1994电力建设施工及验收技术规范（管道篇）DL5007-92电力建设施工及验收技术规范（火电焊接篇）SDJ297-1990电力建设施工及验收技术规范（热工仪表及控制装置篇）1.2设计依据《辛店电厂＃6炉说明书》、****电厂300MW机组相关技术图纸、资料。有关设计规程，防爆规程的规定。同时参考台州发电厂、华能海口发电厂、温州发电厂、谏壁电厂等微油点火改造工程的设计方案、调试报告等。二、机组和锅炉设备概况辛电电厂发电厂三期＃6炉型号为哈锅的HG-1025/17.5-PM32型单汽包自然循环、悬吊∏型布置、全露天、煤粉炉。锅炉制粉系统采用BBD4060双进双出磨煤机直吹给粉式制粉系统。共配备有12支油枪，每支出力均为1700kg/h。燃油压力1.37MPa。2.1锅炉主要参数表1锅炉主要参数序号项目#6炉1型号HG-1025/17.5-PM322最大连续蒸发量（B-MCR）1025t/h3额定汽包压力17.5MPa4额定主蒸汽压力17.2MPa5额定蒸汽温度540℃6燃烧方式四角直流喷燃器、切园燃烧7点火方式四角#0柴油点火油枪点火8不投油助燃时最低稳燃负荷150MW9空气预热器型式三分仓式2.2锅炉燃烧系统锅炉燃烧方式为四角切圆燃烧，燃烧器采用传统的大风箱结构，由隔板将大风箱分隔成若干风室，在各风室出口布置了不等边的燃烧器，顶部燃烬风室可以作上30°，下5°的摆动，一次风喷嘴可以上下摆动各20°，二次风可做上下30°的摆动。总共12支油枪，分3层布置，每支出力为1700Kg/h。2.3煤质特性表2煤质特性项目单位设计值校核煤种收到基碳Car%56.5651.14收到基氢Har%2.732.49收到基氧Oar%2.451.73收到基氮Nar%0.800.89收到基硫St,ar%1.321.82收到基水分Mtar%7.18.50收到基灰分Aar%29.0133.43可燃基挥发份Vdaf%19.6115.47（干燥基）低位发热量Qnet.arMJ/kg21.4319.522.4制粉系统本炉采用双进双出钢球磨煤机正压直吹系统,每炉配3台BBD4060双进双出磨煤机。表3磨煤机资料序号项目单位设计煤种校核煤种1锅炉工况最大出力BMCRTHA最大出力BMCRTHA2每炉耗煤量t/h134128.54147144.33磨煤机运行台数台33334每台磨煤机出力t/h6044.66742.84757.34948.15最大装球量下出力富余系数/11.3431.411.1691.1916最佳装球量下出力富余系数//1.2201.271/1.0631.0837推荐装球量t7758587766668磨机最佳/最大装球量t70/7770/7770/7770/7770/7770/779磨煤机出口一次风量kg/h84000696896799181480737337289310磨煤机入口一次风量(不含密封风)kg/h80000656896399177480697336889311进入每台磨煤机的密封风量kg/h40004000400040004000400012磨煤机转速r/min16.616.616.616.616.616.613磨煤机进口风温℃24122722325624824614磨煤机出口风温℃90909090909015最终煤粉水份％1111.51.51.516磨煤机通风阻力(从磨煤机进口到分离器分配器出口)Pa17901215115517151392136017分离器出口煤粉细度（通过200目筛）%85858585858518煤粉细度调节范围200目过筛率%75～9075～9075～9075～9075～9075～9019磨煤机出口一次风风煤比kg/kg1.41.5601.5891.4221.5051.51520磨煤机筒体风煤比kg/kg1.351.351.351.351.351.3521磨煤机入口一次风风煤比kg/kg1.3331.4711.4931.3521.4231.43222磨煤机单位功耗19.68320.61921.49520.61021.02021.41323磨煤机轴功率kW118192192111811030103024磨机电机输入功率kW124397097012431084108425磨煤机单位磨损率g/t≤80≤80≤80≤80≤80≤80三、微油点火技术基本原理3.1微油气化燃烧原理微油气化燃烧的工作原理是:利用机械雾化将燃料油挤压、撕裂、破碎，产生超细油滴后通过高能点火器引燃，同时巧妙地利用燃烧产生的热量对燃油进行加热、扩容，使燃油在极短的时间内蒸发气化。由于燃油是在气化状态下燃烧，可以大大提高燃油火焰温度，并急剧缩短燃烧时间。气化燃烧后的火焰，。气化后的火焰传播速度快、火焰呈蓝色，中心温度高达1500～2000℃，可作为高温火核在煤粉燃烧器内直接点燃一级煤粉，从而实现电站锅炉启动、停止以及低负荷稳燃。3.2冷炉微油点火燃烧器工作原理冷炉微油点火燃烧器的工作原理是：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。四、微油点火系统设计微油点火系统由油燃烧系统、微油煤粉燃烧器、压力冷风系统、自动控制系统四大部分组成。1）微油点火燃烧器由微油煤粉燃烧器以及相关粉管和连接法兰组成；2）油燃烧系统由微油油管路、高能气化油枪、辅助油枪、高能点火器、油火检等组成。3）压力冷风系统由风道、相关风门。金属软管等组成。4）自动控制系统由就地控制柜，就地控制元件、DCS接口和CCD工业电视监视系统等组成。在点火和稳燃状态下单只微油燃烧器的出力可以在2000-10000kg/h煤粉时保持稳定地燃烧。微油点火所有热工控制及显示信号，均由电厂DCS系统统一调控，以便于运行操作和盘面布置。4.1油燃烧系统设计微油点火燃烧器油系统油压，完全根据辛店电厂＃6炉的燃油系统油压为1.37MPa的实际情况进行设计，并且不影响原燃油系统的正常运行，保证其大油枪可随时正常投用。燃油系统组成:由两级油过滤器（分别为150μm和100μm）、若干截止阀、球阀及电动球阀、管道(用φ22×3以及φ16×3)、现场压力表、压力变送器、连接高压耐油软管、高能气化油燃烧器和辅助油燃烧器等组成。微油燃油管路从＃6炉进油总管引入，微油油系统见附图1。4.1.1油系统的具体参数最低油压：0.8MPa；最高油压：1.4MPa；单支消耗量：60kg/h。微油油管路用φ22×3不锈钢管从原燃油进油总母管上接出，绕＃6炉一周后引至A层各角附近。在各角煤粉燃烧器附近，从微油油管路上接出φ16×3的不锈钢管接到微油点火燃烧器附近，在油管路上安装不锈钢截止阀、电动球阀、大、小过滤器、回油截止阀等，再通过软管引入高能气化油枪和辅助气化油枪。气化油枪配有高能油燃烧室，高能点火器以及油火检系统等设备，燃烧温度可达1800～2000℃，为点燃煤粉创造很好的条件。由于原燃油系统可能含有较多杂质，故采用两级过滤，以保证杂质不会堵塞微油高能气化油枪。系统设计时考虑到对煤质的适应性，在A层各角各加装一根辅助气化油枪。辅助气化油枪的出力与主油枪一致均为60kg/h，并配有吹扫风，确保辅助油枪不积碳、不粘污。4.2微油煤粉燃烧器设计辛店电厂＃6炉现有的煤粉燃烧器是采用大风箱结构，百叶窗式水平浓淡技术，喷口配有垂直波形稳燃器并带翻边，采用不对称周界风，背火侧为大周界风的结构设计。根据辛店电厂＃6炉燃用煤质的情况，经过详细的设计计算，将拆除该炉A层（最下层主燃烧器）原＃1～＃4角的煤粉燃烧器，改造成微油点火燃烧器。并将微油煤粉燃烧器设计圆形结构，喷口出口净面积比原喷口增加5％，喷口一次风速由原设计的23m/s降为21.85m/s。但保持煤粉风室流通面积与原一次风管面积一致。微油煤粉燃烧器为3级放大引燃方式，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级和第3级煤粉，达到在冷炉状态下，用微油点燃煤粉的目的。微油点火燃烧器不仅可以作为点火以及低负荷稳燃燃烧器，而且在正常运行时可以作为主燃烧器使用。煤粉燃烧器改造后具有以下特性：喷口面积与改前基本一致，一次风风管内的风速仍选用原设计风速。喷口具有不对称周界风，背火面为大周界风，防止喷口烧坏和锅炉结焦。改造后对炉内空气动力场基本无影响，从而不会对锅炉结渣、飞灰可燃物、汽温、NOx排放产生影响微油煤粉燃烧器带有滚轮，方便检修和维护。微油煤粉燃烧器不具有摆动的功能。微油煤粉燃烧器采用耐磨、耐高温的材料，并由气膜冷却风保护，保证喷口的使用寿命。每个微油煤粉燃烧器均设置两个温度监测点，一点监测一级燃烧室壁温、另一点监测喷口壁温。微油燃烧系统主要参数见表4：表4微油点火燃烧器主要设计参数序号名称单位结果备注1一次风管风速m/s20-28微油点火器投运状态2一次风温℃80～903单只喷口煤粉量t/h2.0-10.0视锅炉负荷情况定4煤粉浓度kg/kg0.15-0.70视锅炉负荷情况定4.3风粉管道的设计由于将微油点火燃烧器作为点火兼有主燃烧器的功能，因此可以完全利用原有A1层＃1～＃4角的输粉系统，包括一次风输粉管道、风门以及一次风在线检测系统，无需增加新的设备和管道。4.4压力冷风系统设计压力冷风的作用主要由以下三个：1）为微油油枪提供充分燃烧的氧量。2）为气化油枪提供冷却。3）为高强度油燃烧室提供壁面冷却。压力冷风系统的设计参数为：表5微油气化油枪运行微油气化油枪停止风压Pa50002000风量m3/h35001000压力冷风从电厂一次风机冷风管道接出，通过风管接至各角附近，期间装有电动调节门、手动截止门、风量测量装置、手动风门、金属软管等，接入微油气化油枪和辅助油枪。见附图2压力冷风系统图4.5气膜冷却风及火检冷却风系统气膜冷却风从原二次风箱引入（原周界风），保留原有二次风箱风门和二次风箱等部件。微油点火燃烧器油火检冷却风引至电厂＃6炉已有的火检风管，微油火检风总风量为50m3/h.4.6自动控制系统与FSSS、DCS接口设计4.6.1微油点火的控制系统构成如图3所示，微油燃烧器的监测与控制信号利用原有DCS，在DCS系统内增加控制画面，用于实现启停控制与过程参数（压力、温度等）的采集与监测，以及安全保护与联锁，确保系统安全，并能够记录过程参数历史数据，以便于分析和研究系统的运行情况。微油点火自动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。控制系统组成见图1图1微油点火装置控制系统的组成框图4.6.2微油点火程序设计及保护逻辑微油点火正常启动逻辑正常启动允许条件：a无MFT动作信号b无OFT跳闸信号满足启动允许条件后，可以接通高能点火器点火。2）灭火保护eq\o\ac(○,1)当MFT发生时，控制系统自动切断燃料。eq\o\ac(○,2)当启动点火器和燃烧过程中由微油气化油枪上的火检探头检测到灭火时，控制系统投用相应角大油枪。eq\o\ac(○,3)当燃油电磁阀或燃油快关阀关闭时，控制系统自动投用相应角大油枪。以上为微油投入状态逻辑，在锅炉冷态启动过程中，微油联保投入运行，在锅炉正常运行状态，退出微油联保，投入锅炉大保护系统。FSSS系统停磨逻辑修改将锅炉FSSS系统进行微小的修改，设立微油模式和正常停磨模式切换，微油模式停磨时停磨条件比正常停磨缺少一项即系统RB要求磨跳闸。使用微油模式时，由于系统RB，则不会引起磨跳闸。FSSS系统OFT逻辑修改将锅炉FSSS系统进行微小的修改，设立微油模式和正常OFT模式切换，微油模式OFT条件比正常OFT缺少一项即蒸汽压力低引起OFT。使用微油模式时，由于蒸汽压力低，则不会引起磨跳闸。具体逻辑图。4.6.3CCD工业电视监视系统为了能直观地观察和监视微油点火燃烧器的着火和火焰情况，在每个微油点火燃烧器装置附近（各角观火孔）各安装一个CCD工业电视探头，其视频信号送至集控室内四画面分割器及视频切换器，经处理再送到工业电视，工业电视可同时监视4个微油燃烧器的火焰也可以实现单角和全炉膛火焰监视。CCD工业电视探头采用风冷，冷却风源取自电厂已有的火检风管。摄像头的电源引至各角就地控制柜。4.7锅炉升温升压速率控制根据锅炉运行规程，锅炉的升温升压曲线受到严格的控制，对于直吹式制粉系统进行微油冷炉启动时，可以通过调整磨煤机出力进行控制。锅炉进行冷态启动时，使用四台微油点火燃烧器代替原有的两根大油枪（1800kg/h）进行启动锅炉时，根据能量相等原理，并考虑煤粉燃烧效率，通过计算启动时所需的总粉量为13.2t/h，折合每个角3.3t/h。根据温州电厂300MW机组的运行经验，并考虑到点火初期煤粉燃烧效率不高的因素，磨煤机的出力控制在15t/h左右，既可以满足锅炉升稳、升压的要求，又可以满足磨煤机最低出力的要求。一次风管道的风速设计为22m/s，经过计算此时一次风浓度为0.344kg/kg，完全符合微油点火的要求。启动后由于给粉量通过磨煤机实现连续可调节，因此可以满足锅炉启动时的升温升压曲线。4.8微油点火燃烧器冷态启动程序按正常启动顺序，先投大油枪，热风温度达到启磨条件后，投入A磨煤机。A磨具备启磨条件后，投入微油油枪，根据着火情况，调整各参数至最佳值，着火稳定后，逐步退出大油枪，调整容量风至适当出力运行。根据锅炉升温、升压曲线，逐渐调整磨煤机的容量风以调整出粉量，观察炉膛出口烟温和炉内燃烧情况,如燃烧稳定,可继续增加磨煤机的出粉量,观察炉膛出口烟温是否超限。完成汽轮机冲转、定速，发电机并网等工作。在锅炉负荷达到30%BMCR以上后，可以视锅炉负荷情况逐次地投入主燃烧器，到达不投油稳燃负荷时将微油点火燃烧器逐次退出运行，此时4台微油点火燃烧器可以作为主燃烧器运行。逐次启动其他磨煤机，锅炉升负荷。4.9停炉程序机组降负荷，逐次停止上层对角燃烧器和对应的磨煤机运行；当机组负荷降至最低不投油稳燃负荷后，启动微油点火燃烧器；机组继续降负荷，逐次对角停用下两层主燃烧器；机组降负荷，磨煤机调整容量风风量逐渐减小出力；下层燃烧器对应的磨煤机给煤量降至最低出力，根据需要，停下层燃烧器对应的磨煤机，微油点火及超低负荷稳然燃烧系统停用，锅炉灭火。五、微油燃烧器现场投运试验5.1微油点火燃烧器启动前冷态调整试验油枪出力冷态标定；一、二次风管的流速标定试验；一、二次风管阻力预调平；磨煤机机最低出力调整试验；控制系统保护试验；5.2热态调整试验一次风速对煤粉着火特性的影响；煤粉浓度对着火特性的影响；微油点火燃烧器壁温试验；冷态启动过程中锅炉升温升压曲线测试；锅炉低负荷稳燃试验；六、效益分析6.1节省燃料费用燃油消耗：每台炉按年耗油500吨计（正常运行）燃油价格：0.58万元/吨（市场价）每角微油枪（主、辅油枪）出力为120kg/h，大油枪出力为1700kg/h，微油节油率为：1－120/1700=0.929=92.9%节省燃油量：500×92.9%＝464.5吨节省燃油耗费：0.58×464.5＝269.41万元原煤耗费：燃油的低位热值按4.187×104kJ/kg，按实际煤种的平均低位发热值为19500kJ/kg（校合煤质），到厂煤价按400元/吨，则按发热量相等原则所需的原煤费用为：4.187×104×464.5÷19500÷0.7×400÷10000＝56.99万元0.7—煤粉初始燃烬率耗电费用：设计煤种发热量：19500kJ/kg原煤消耗：4.187×104×464.5÷19500÷0.7＝1424.8吨制粉单耗：按7.9度/吨用电价格：按0.4元/度耗电费