燕山湖發電廠新建工程節油點火系統設計

張廣文,高玉新

（1.華北電力設計院工程有限公司,北京 100120;2.燕山湖發電廠有限公司,遼寧 朝陽 122000）

1 節油點火技術的比較

當前,火力發電廠節油點火技術主要有等離子點火技術和少油點火技術。等離子點火技術是利用磁場控制電離產生的直流空氣等離子體,形成高溫“火核”以引燃煤粉的技術;少油點火技術是將霧化成的超細油滴在極短的時間內加熱氣化后引燃,產生高溫“火核”以引燃煤粉的技術。這兩種技術均為內燃式燃燒器,均已在國內大中型電廠得到了廣泛應用,由于等離子技術起步較早,故其業績較多。

2 種節油點火技術的主要特點如表1所示。

2 工程概況

2.1 裝機規模

本期工程新建2臺600 MW國產超臨界燃煤直接空冷機組,同步建設煙氣脫硫設施,預留煙氣脫硝的條件。鍋爐、汽輪機和發電機分別由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司、哈爾濱汽輪機廠有限責任公司和哈爾濱電機廠有限責任公司設計、制造和供貨。

2.2 煤質條件

設計和校核煤種的煤質資料如表2所示。

2.3 鍋爐型式

鍋爐型式為超臨界參數變壓直流爐,前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態排渣的П型爐。采用旋流式燃燒器,前后墻布置,前墻布置4層燃燒器,后墻布置3層燃燒器。

表1 2種節油點火技術的主要特點比較

表2 設計和校核煤種的煤質及灰成分分析

2.4 制粉系統

采用中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式制粉系統,每臺爐配7臺中速磨煤機,對于設計煤種,6臺磨煤機可滿足鍋爐MCR工況運行的要求,其中1臺備用;對于校核煤種,7臺磨煤機全部投運可滿足鍋爐MCR工況運行的要求。每臺磨煤機帶鍋爐的一層燃燒器。磨煤機為長春發電設備有限責任公司產品,型號為MPS225HP-Ⅱ。

3 節油點火技術方案

3.1 煤質特點

本工程燃用褐煤,設計煤種和校核煤種的Vdaf分別為47.97%和46.91%;Mar分別為29.6%和33%;Mad分別為14.2%和15%;Ad分別為22.7%和28.5%,屬于高揮發分、高水分、中等灰分煤質。該煤質易于點燃,但穩燃性差,若煤粉干燥不充分,煤粉水分高,則煤粉不易引燃。

3.2 適合本工程的節油點火技術

根據工程煤質特點、節油點火技術特點和調研掌握的情況,本工程節油點火方案擬采用少油點火技術。

a.煤質特點要求

本工程為高水分褐煤。若煤質波動或冷爐制粉系統出力不足等原因造成煤粉水分增大,超出設計值,就會引起煤粉著火困難。若煤質波動,造成灰分增大,超出設計值,同樣會引起著火困難。

煤質的高水分性要求冷爐制粉系統必須采用風道燃燒器的型式,常規的蒸汽暖風器型式不能滿足啟磨的熱空氣溫度要求。風道燃燒器需要消耗少量的燃油。其燃油系統可以與少油點火燃燒器的油系統統一設計。

b.由節油點火技術的特點決定

點燃無煙煤、貧煤及高水分等難著火的煤種需要較大的點火能量。等離子發生器的功率有限,引燃這些煤種存在技術上的困難。而少油點火技術,其點火能量可調整,沒有上限約束,可以點燃難燃煤種。

綜上所述,等離子燃燒器的煤種適應性弱,系統復雜,初投資高,可靠性差,陰極壽命短,維護成本高;少油點火燃燒器的煤種適應性強,系統簡單,初投資低,可靠性強,壽命長,維護成本低。決策過程中調研了已投運的大唐七臺河發電有限責任公司二期工程2×600 MW機組和大唐長春第三熱電廠2×350 MW供熱機組新建工程,一個燃用次煙煤,一個燃用褐煤,均采用了少油點火技術,正是出于以上考慮。

4 方案實施

4.1 少油點火燃燒器具備的功能

a.少油點火燃燒器在鍋爐達到斷油負荷后,可以切斷小油槍作為普通主燃燒器正常使用,此期間不應造成鍋爐受熱面超溫、燃燒器結渣、鍋爐效率降低、NOx升高等問題。

b.少油點火燃燒器可以在鍋爐低負荷運行時投入使用,起到穩定燃燒的作用。

4.2 少油點火燃燒器改造方案

對于燃用揮發分高的煙煤的電廠,一般僅改造1層燃燒器,即可實現在鍋爐啟動和低負荷穩燃階段不投大油槍。

本工程在采用少油點火燃燒器技術后,在鍋爐啟動、低負荷穩燃情況下,要求不投入大油槍,僅采用少油點火燃燒器即可。為了實現這一要求,必須落實改造幾層煤粉燃燒器的問題。

對于改造1層少油點火燃燒器還是多層少油點火燃燒器,首先要滿足2個條件：改造1層少油點火燃燒器,當對應的制粉系統達到設計值時,空預器出口風溫要滿足啟動另1臺磨煤機（該磨在最小負荷下工作）的制粉條件;而爐膛溫度能點燃另1臺磨煤機的煤粉。2個條件必須同時滿足,否則必須改造2層甚至3層燃燒器。

通過了解,褐煤煤粉需要在550～600℃的爐膛溫度中引燃并充分燃燒。通過制粉系統計算,磨煤機在其最小負荷下,需要的熱風溫度至少在180℃以上,空預器出口的熱風溫度至少為215℃。

本工程每臺爐安裝7臺磨煤機,每臺磨煤機的設計出力為75 t/h（設計煤種、校核煤種）。當1臺磨煤機達到設計出力的100%時,可以帶鍋爐BMCR負荷的19%/15%左右（設計煤種/校核煤種）。

由于廠家未能提供鍋爐19%/15%BMCR工況的熱力計算參數,通過已有工況熱力參數的推算,在19%/15%BMCR工況下,爐膛溫度約為500℃;空預器出口一次熱風溫度會在200℃左右。因此,啟動1臺磨煤機（對應改造為少油點火的燃燒器）,即使磨煤機達到了額定出力（此運行方式對燃燒器是不安全的）,也不具備投第2臺磨煤機的條件,即不具備冷爐制粉的熱風條件,不具備引燃、燃燼煤粉的爐膛溫度條件。因此,無論是從系統運行安全的角度考慮,還是從系統功能設計的角度考慮,均需要改造另1層煤粉燃燒器為少油點火燃燒器。

當2層少油點火燃燒器投入運行時,即2臺磨煤機投入運行、且達到額定出力時,可以帶鍋爐BMCR負荷的38%/30%左右（設計煤種/校核煤種）。根據廠家提供的熱力參數,爐膛溫度在900℃以上,空預器出口一次熱風溫度在330℃以上。因此,具備了投運第3臺磨煤機的條件。

改造2層少油點火燃燒器后,對應的磨煤機不必達到額定滿負荷,只要爐膛溫度和空預器出口風溫滿足要求,便可投入第3臺磨煤機,這對于系統的安全運行是有利的。

4.3 冷爐制粉系統熱風加熱器的選擇

磨煤機冷爐制粉系統的作用是在鍋爐冷態啟動過程中使磨煤機具備啟動條件,磨制出合格的煤粉。工程實踐中一般采用本爐制粉。其系統簡單、運行方便,關鍵是解決制粉用熱風的來源問題。對于煙煤鍋爐,由于煙煤水分相對較小,冷爐制粉的熱風一般采用蒸汽加熱器的方式。對于高水分褐煤,當磨煤機負荷在60%時,磨煤機前的熱風溫度至少為270℃,在認為沒有冷風漏入以及換熱器端差10℃的情況下,加熱蒸汽的壓力為6.4 MPa。電廠輔助蒸汽參數一般為P=1.0MPa,t=350℃。因此,本工程煤質的特點決定了冷爐制粉系統必須采用風道燃燒器方案解決熱風的來源問題。

5 結論

a.改造2層煤粉燃燒器為少油點火燃燒器,對應2臺磨煤機。

b.改造后的少油點火燃燒器具有冷爐啟動、低負荷穩燃和主燃燒器的功能。

c.冷爐制粉系統的加熱器采用風道燃燒器方案。