雙強(qiáng)煤粉燃燒器在600 MW機(jī)組的應(yīng)用

李 寧

(武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限責(zé)任公司,山西武鄉(xiāng) 046300)

雙強(qiáng)煤粉燃燒器在600 MW機(jī)組的應(yīng)用

李 寧

(武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限責(zé)任公司,山西武鄉(xiāng) 046300)

針對(duì)山西武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限公司新建2×600 MW機(jī)組啟停機(jī)過(guò)程中燃油消耗量較大的問(wèn)題,應(yīng)用了雙強(qiáng)煤粉燃燒器,對(duì)原燃燒器進(jìn)行了改造。通過(guò)機(jī)組啟、停時(shí)對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用,取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益,為電廠節(jié)能降耗做出了重要貢獻(xiàn)。分析了雙強(qiáng)煤粉燃燒器的特點(diǎn),運(yùn)行效果及運(yùn)行安全性分析,對(duì)于燃用貧煤的鍋爐機(jī)組有推廣參考價(jià)值。

節(jié)油點(diǎn)火技術(shù);雙強(qiáng)煤粉燃燒器;經(jīng)濟(jì)效益

0 引言

目前,鍋爐節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)在全國(guó)范圍內(nèi)得到了廣泛地應(yīng)用,并為發(fā)電企業(yè)帶來(lái)了非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益。少油點(diǎn)火技術(shù)具有投資省,系統(tǒng)簡(jiǎn)單,維護(hù)量小及適用煤種廣的優(yōu)點(diǎn)。

僅在2007年,武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限責(zé)任公司燃油消耗就達(dá)2 000余t,其中80%為機(jī)組啟停機(jī)所用。因此,在國(guó)內(nèi)燃油價(jià)格高啟的形勢(shì)下,節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)的改造和應(yīng)用就顯得更加重要和迫切。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)600 MW機(jī)組和300 MW機(jī)組的考察和調(diào)研,結(jié)合武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限責(zé)任公司所燃用的煤種,選用了雙強(qiáng)煤粉點(diǎn)火技術(shù),2008年先后對(duì)1號(hào)、2號(hào)機(jī)組進(jìn)行了改造。通過(guò)隨后3次機(jī)組啟動(dòng)和調(diào)試,使雙強(qiáng)煤粉燃燒器技術(shù)又得到了進(jìn)一步的完善和改進(jìn),為企業(yè)帶來(lái)了非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

1 雙強(qiáng)煤粉點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)

某公司開發(fā)的雙強(qiáng)煤粉燃燒器,是專門針對(duì)燃用揮發(fā)分較低煤種而研制的節(jié)油燃燒器,對(duì)煤種的適應(yīng)性廣 (無(wú)煙煤、貧煤、煙煤、褐煤),在鍋爐的冷態(tài)點(diǎn)火、低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí),通過(guò)煤粉燃燒器內(nèi)部的油燃燒器將少量的燃油點(diǎn)燃,再將煤粉引燃,因而可以節(jié)約大量的燃油,適宜武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限責(zé)任公司燃用煤種,且設(shè)備、系統(tǒng)簡(jiǎn)單,改裝方便,是較理想的一套節(jié)油方案。

油燃燒器采用強(qiáng)制配風(fēng)、強(qiáng)化燃燒的航空工業(yè)油燃燒技術(shù),在煤粉燃燒器內(nèi),用油燃燒器產(chǎn)生的油火焰加熱通過(guò)煤粉燃燒器的一次風(fēng)粉氣流,由于油火焰溫度高達(dá)1 800℃,油燃燒器的出力可根據(jù)燃煤的著火特性選擇。因此,能使具有不同著火特性的燃煤的風(fēng)粉氣流瞬間加熱到著火溫度,實(shí)現(xiàn)著火并保持火焰的穩(wěn)定燃燒,從而達(dá)到大幅度降低點(diǎn)火和穩(wěn)燃用油的目的。

雙強(qiáng)煤粉燃燒器外層為氣膜風(fēng)箱,氣膜風(fēng)采用獨(dú)特的百葉窗式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),根據(jù)溫度場(chǎng)的分布可在任意位置上開設(shè)氣膜風(fēng)窗口,這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不但可保證氣膜風(fēng)始終貼壁,而且在燃燒器內(nèi)壁形成了一個(gè)完整的、流動(dòng)的氣膜保護(hù)層,保證燃燒室不結(jié)渣,不燒蝕,還能緩解燃燒器內(nèi)壁的磨損,延長(zhǎng)其使用壽命。

雙強(qiáng)煤粉點(diǎn)火燃燒器具有以下技術(shù)特點(diǎn)。

a)點(diǎn)火油燃燒器的出力在30～300 kg/h的范圍內(nèi),可根據(jù)燃煤的著火特性選擇,能瞬間點(diǎn)燃各種動(dòng)力用煤,包括著火難和著火極難的貧煤和無(wú)煙煤。

b)采用特殊的氣膜冷卻技術(shù),在燃燒器內(nèi)形成完整的氣膜保護(hù)層,除了能防止燃燒器的結(jié)渣和燒蝕外,還能緩解燃燒器內(nèi)壁的磨損,延長(zhǎng)其使用壽命。

c)對(duì)于著火難和著火極難的煤種,采用分級(jí)濃縮,逐級(jí)點(diǎn)燃技術(shù),在實(shí)現(xiàn)瞬間點(diǎn)燃煤粉和穩(wěn)定燃燒的前提下,大幅度降低點(diǎn)火和穩(wěn)燃用油。

d)雙強(qiáng)煤粉燃燒器噴口采用特殊設(shè)計(jì),不影響原有不投油低負(fù)荷穩(wěn)燃性能。

e)油槍、點(diǎn)火槍均不在高溫區(qū)工作,無(wú)需另設(shè)驅(qū)動(dòng)裝置,系統(tǒng)簡(jiǎn)單,可靠性高,維護(hù)工作量顯著減少。

f)對(duì)一次風(fēng)粉濃度無(wú)特殊要求,可根據(jù)機(jī)組升溫、升壓及助燃時(shí)所需功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。

g)油燃燒器燃燼率高達(dá)98%以上,在鍋爐點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)均可投運(yùn)靜電除塵設(shè)備,環(huán)保效益顯著。

2 煤粉燃燒器改造技術(shù)方案的提出及實(shí)施

2.1 鍋爐機(jī)組概況

山西武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限公司裝機(jī)容量為2×600 MW,鍋爐為亞臨界壓力強(qiáng)制循環(huán)汽包爐,采用擺動(dòng)式水平濃淡噴燃器,四角切圓布置,制粉系統(tǒng)為冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式,配置5臺(tái)雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī) (分別對(duì)應(yīng)5層共20個(gè)煤粉燃燒器),燃用煤種是武鄉(xiāng)地區(qū)的貧瘦煤。鍋爐布置4層油燃燒器,共計(jì)16個(gè),每個(gè)油燃燒器的出力為2.58 t/h,運(yùn)行油壓為3.2 MPa。

2.2 煤粉燃燒器技術(shù)改造方案

根據(jù)公司鍋爐機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),將鍋爐原設(shè)計(jì)B層四角共4臺(tái)煤粉燃燒器改為YSQ-Ⅲ型上偏置雙強(qiáng)煤粉燃燒器,其結(jié)構(gòu)見圖1。根據(jù)原設(shè)計(jì)燃燒器熱功率、一次風(fēng)量、原設(shè)計(jì)燃燒器的通流面積設(shè)計(jì)雙強(qiáng)煤粉燃燒器,替代原設(shè)計(jì)煤粉燃燒器,并保證燃燒器出口一次風(fēng)速及爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)基本不變。在正常運(yùn)行中不發(fā)生超溫、燃燒效率下降;飛灰、爐渣含碳量不大于設(shè)計(jì)值。

圖1 YSQ-Ⅲ型上偏置雙強(qiáng)煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)圖

雙強(qiáng)煤粉燃燒器為上偏置型煤粉燃燒器,具有良好的低負(fù)荷性能,其低負(fù)荷性能與水平濃淡型燃燒器基本相當(dāng),改造后可保證不影響原有的低負(fù)荷性能,不對(duì)鍋爐燃燒造成影響。

偏置噴口設(shè)有周界風(fēng),避免做主燃燒器使用時(shí)因卷吸爐膛高溫?zé)煔鉄龎膰娍?周界風(fēng)采用大風(fēng)箱內(nèi)的熱二次風(fēng),不單設(shè)風(fēng)管。

雙強(qiáng)煤粉燃燒器在不同區(qū)域采用了不同的冷卻方式。采用分區(qū)域冷卻方式,在控制燃燒器內(nèi)壁不超溫的前提下,盡可能地減少氣膜風(fēng)量,以減少熱損失,減小雙強(qiáng)煤粉燃燒器在投油時(shí)的阻力,減小對(duì)鍋爐燃燒的影響。一次風(fēng)粉氣流經(jīng)過(guò)濃縮后,濃相進(jìn)入一級(jí)燃燒筒,淡相作為一級(jí)燃燒筒的冷卻風(fēng);因?yàn)橐患?jí)燃燒筒主要為煤粉的吸熱區(qū),壁溫相對(duì)較低,采用這種冷卻方式,可控制溫度在700℃以下,保證該區(qū)域不結(jié)焦、不燒蝕。二、三級(jí)燃燒筒為煤粉放熱區(qū),煤粉在進(jìn)入二級(jí)燃燒筒時(shí)已開始燃燒,放出大量熱能,壁溫急劇上升,為冷卻該區(qū)壁溫,防止煤粉燃燒器結(jié)焦和燒蝕,采用獨(dú)特的百葉窗式氣膜冷卻,氣膜風(fēng)在此區(qū)域形成一個(gè)完整的、流動(dòng)的氣膜保護(hù)層,可控制溫度在800℃以下,保證該區(qū)域不結(jié)焦、不燒蝕。氣膜風(fēng)采用噴口周界風(fēng) (二次風(fēng)),風(fēng)量約2 000 m3/h。

雙強(qiáng)煤粉噴燃器內(nèi)安裝有用于點(diǎn)燃煤粉的油燃燒器,其結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 油燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖

油燃燒器是由航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓強(qiáng)制配風(fēng)油燃燒器發(fā)展而來(lái)。通過(guò)強(qiáng)制配風(fēng)使其發(fā)出高溫火焰,火焰表面溫度測(cè)定為1 520℃,中心溫度不低于1 800℃,油燃燼率高達(dá)98%以上。低壓強(qiáng)制配風(fēng)油燃燒器出力在50～300 kg/h間,根據(jù)不同的煤質(zhì)確定油燃燒器的出力,在規(guī)定的溫度指標(biāo)內(nèi),通過(guò)強(qiáng)制配風(fēng),獲得了不同容量的高溫火焰,將通過(guò)高溫火焰的煤粉瞬間引燃,實(shí)現(xiàn)不同煤種的點(diǎn)火燃燒。

該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使油燃燒器工作時(shí)油槍和點(diǎn)火槍不在高溫區(qū)工作,當(dāng)燃燒器不工作時(shí),油槍、點(diǎn)火槍、油火檢基本處在常溫下,所以避免了油槍的結(jié)焦和點(diǎn)火槍的燒蝕問(wèn)題。油槍和點(diǎn)火槍也無(wú)需推進(jìn)裝置,進(jìn)一步簡(jiǎn)化了系統(tǒng),便于控制操作。

油配風(fēng)需要壓力比較穩(wěn)定的風(fēng)源,在保證風(fēng)壓和風(fēng)量的同時(shí)盡可能減少波動(dòng)。對(duì)于武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限責(zé)任公司冷一次風(fēng)機(jī)直吹制粉系統(tǒng),冷一次風(fēng)就可滿足上述需要。考慮到安裝的方便,從標(biāo)高11.5 m的冷一次風(fēng)母管靠近爐四角位置分別取一根φ 219 mm×5 mm冷風(fēng)管作為油配風(fēng)的供風(fēng)管路。冷風(fēng)管直接與油燃燒器冷風(fēng)三通連接,風(fēng)管上設(shè)有手動(dòng)蝶閥、電動(dòng)蝶閥及測(cè)壓裝置,根據(jù)油燃燒器出力控制油配風(fēng)量。

對(duì)于武鄉(xiāng)和信發(fā)電有限責(zé)任公司鍋爐制粉系統(tǒng),主要是解決冷態(tài)啟動(dòng)初期B磨暖磨所需要的熱風(fēng)問(wèn)題。在設(shè)計(jì)初期提出兩種解決方案,一是在B磨入口裝設(shè)暖風(fēng)器,二是在B磨入口設(shè)置1套油燃燒器直接對(duì)冷風(fēng)加熱。考慮到安裝空間及系統(tǒng)阻力問(wèn)題,最后選擇了增加1套油加熱器系統(tǒng)的方案。

油加熱器系統(tǒng)自相鄰的A磨冷一次風(fēng)管引出一根φ 426 mm×10 mm冷風(fēng)管,作為風(fēng)源,冷風(fēng)管內(nèi)安裝1支油燃燒器作為熱源,由此共同組成了熱風(fēng)來(lái)源。為了提高安全系數(shù),在現(xiàn)有的空間內(nèi),油燃燒器后的管道盡量地加長(zhǎng),最后連入B磨的熱風(fēng)管道內(nèi)。配風(fēng)采用過(guò)量配置 (過(guò)氧系數(shù)大于1.2),確保燃油短時(shí)間內(nèi)燃燼,采用過(guò)氧配置的油燃燒器燃燼度在99%以上,確保無(wú)未燃燼燃油進(jìn)入磨煤機(jī)。風(fēng)管上加裝電動(dòng)蝶閥及測(cè)壓裝置,當(dāng)空預(yù)器出口熱風(fēng)溫度滿足磨煤機(jī)運(yùn)行要求時(shí),停運(yùn)加熱裝置。

為了提供油燃燒器使用的油配風(fēng),從A磨冷一次風(fēng)管引出一根φ 219 mm×5 mm冷風(fēng)管。風(fēng)管上加裝手動(dòng)蝶閥、電動(dòng)蝶閥及測(cè)壓裝置,用來(lái)調(diào)節(jié)供給的油配風(fēng)量。不用時(shí)可通過(guò)電動(dòng)蝶閥關(guān)閉風(fēng)管路。

3 雙強(qiáng)煤粉燃燒器的使用情況分析

3.1 啟動(dòng)總結(jié)

在實(shí)施技術(shù)改造后,先后進(jìn)行了多次冷態(tài)啟動(dòng),并應(yīng)用了節(jié)油點(diǎn)火技術(shù),均較為順利地保證了機(jī)組的正常啟動(dòng)。在啟動(dòng)初期,煤粉燃燼率相對(duì)較低,配以1～2支大油槍助燃,隨著爐膛溫度升高,煤粉著火效果進(jìn)一步提升,當(dāng)爐膛出口溫度達(dá)到350℃左右時(shí),可將大油槍全部退出。在此期間,有一個(gè)煤粉燃燼率迅速提高的過(guò)程,主汽溫度和壓力升速較快,此時(shí),通過(guò)減小給煤機(jī)煤量來(lái)予以控制。另外,在熱一次風(fēng)溫度達(dá)到160℃時(shí),就可將油加熱器退出運(yùn)行。雙強(qiáng)煤粉燃燒器內(nèi)的油燃燒器的燃燼率極高,因此,在點(diǎn)火的初期階段就可以將電除塵器投入,大量減少煙塵排放,擁有較高的環(huán)保價(jià)值。

3.2 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

1號(hào)、2號(hào)爐節(jié)油燃燒器改造后,先后經(jīng)歷了多次冷態(tài)啟動(dòng),燃油消耗較改造之前大幅度降低,在原煤熱值約為20.9 MJ/kg,揮發(fā)分約為17%的情況下,每次啟動(dòng)平均消耗燃油30 t,以原鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)1次用油量120 t計(jì)算,節(jié)油率達(dá)到75%。

按照0號(hào)柴油6 500元/t,每次啟動(dòng)替代用煤200 t,煤價(jià)500元/t計(jì)算,每次冷態(tài)啟動(dòng)節(jié)省啟動(dòng)用油 90 t,節(jié)省燃油費(fèi)用585 000元,用煤200 t,增加燃煤費(fèi)用100 000元,B磨煤機(jī)提前6 h運(yùn)行增加電耗費(fèi)用2 400元,2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)提前6 h運(yùn)行增加電耗費(fèi)用3 600元,因此,每次冷態(tài)啟動(dòng)節(jié)省費(fèi)用可達(dá)479 000元。

3.3 雙強(qiáng)煤粉燃燒器運(yùn)行當(dāng)中的危險(xiǎn)因素分析及應(yīng)對(duì)措施

3.3.1 尾部煙道二次燃燒

多數(shù)決投票同樣面臨孔多塞悖論，“如果多數(shù)投票要成為一種合理的、非任意的社會(huì)決策方式，它必須被限定于一些問(wèn)題上，在這些問(wèn)題上，已經(jīng)有了相當(dāng)數(shù)量的共同體一致意見”［3］120。互聯(lián)網(wǎng)讓這種“一致意見”成為可能，在民主投票之前，互聯(lián)網(wǎng)協(xié)商不僅可能，而且實(shí)際上已經(jīng)在影響著偏好的排序問(wèn)題，在助益集體決策積極意義的方向上發(fā)揮作用。

在冷態(tài)啟動(dòng)點(diǎn)火初期,由于爐膛溫度較低,勢(shì)必造成部分煤粉著火不好,并沉積在尾部煙道,尤其是空預(yù)器蓄熱元件上,隨著煙氣溫度的升高,有可能造成尾部煙道的二次燃燒。對(duì)此,主要應(yīng)對(duì)辦法是在點(diǎn)火初期將空預(yù)器吹灰投入,進(jìn)行連續(xù)不斷地吹灰,可以有效防止二次燃燒的發(fā)生。

3.3.2 油滴進(jìn)入磨煤機(jī)大罐引起爆燃

在磨煤機(jī)入口的油加熱器投入時(shí),若油燃燒器著火不良,則有可能使油滴進(jìn)入磨煤機(jī)罐體而引起煤粉爆燃。在設(shè)計(jì)時(shí)一方面加長(zhǎng)了加熱風(fēng)管道的長(zhǎng)度,以增加油燃燒器至磨煤機(jī)入口的距離,同時(shí)在油燃燒器后加裝了可靠的油火檢信號(hào),若發(fā)生著火不好時(shí),在5 s之內(nèi)自動(dòng)停運(yùn)該油槍,從而有效避免了未著火的油滴進(jìn)入磨煤機(jī)罐體。

3.3.3 磨煤機(jī)堵罐

在雙強(qiáng)煤粉燃燒器投運(yùn)過(guò)程中,磨煤機(jī)的通風(fēng)量相對(duì)較小,若對(duì)料位控制不好或料位計(jì)故障情況下,可能造成磨煤機(jī)堵罐的發(fā)生[1]。在實(shí)際操作過(guò)程中,必須嚴(yán)密監(jiān)視和控制磨煤機(jī)料位,若料位計(jì)故障時(shí),可根據(jù)磨煤機(jī)出入口風(fēng)壓、風(fēng)溫等參數(shù)判斷磨煤機(jī)料位是否在正常范圍之內(nèi)。

3.3.4 磨煤機(jī)加熱風(fēng)管管壁超溫?fù)p壞

磨煤機(jī)加熱風(fēng)管上的油加熱器投運(yùn)時(shí),若控制不良,會(huì)造成管壁溫度超限,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管道損壞,主要原因是通風(fēng)量不足。而影響風(fēng)量的主要因素是磨煤機(jī)入口風(fēng)門擋板開度,當(dāng)磨煤機(jī)入口的風(fēng)門開度較大時(shí),加熱風(fēng)管的出口阻力增大,相應(yīng)加熱風(fēng)風(fēng)速降低,風(fēng)量減小。當(dāng)該風(fēng)量小到一定程度時(shí),便會(huì)造成風(fēng)管冷卻不良,管壁溫度迅速升高,嚴(yán)重時(shí),將管道燒毀。應(yīng)合理控制磨煤機(jī)入口風(fēng)門開度,并嚴(yán)格控制加熱風(fēng)管管壁溫度不超過(guò)600℃,方可保證加熱風(fēng)管的安全。

4 結(jié)論

通過(guò)進(jìn)行雙強(qiáng)煤粉燃燒器改造,實(shí)現(xiàn)了鍋爐的少油點(diǎn)火,節(jié)約了大量的燃油,有效降低了機(jī)組的運(yùn)行成本,給企業(yè)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。另外,改造后的雙強(qiáng)煤粉燃燒器在正常運(yùn)行當(dāng)中具有較佳的穩(wěn)燃性能和防結(jié)焦性能。

[1] 華東六省一市電機(jī)工程學(xué)會(huì).600 MW火力發(fā)電機(jī)組培訓(xùn)教材—鍋爐設(shè)備及其系統(tǒng) [M].北京:中國(guó)電力出版社,2004:177.

Application of Shuang Qiang Pulverized Coal Burner in 600 MW Unit

Li Ning
(Wuxiang Hexin Generation Co.Ltd,Wuxiang,Shanxi 046300,China)

The Shuang qiang pulverized coal burner is applied in Wuxiang Hexin Generation Co.Ltd 2×600 MW units due to large consumption of fuel oil in units starting and stopping.The original burner is innovated and utilized in units starting and stopping,in order to achieve significant economic benefits,save the energy and reduce consumption for power plant.It is analyzed of the characteristics,operating efficiency and operational safety of the Shuang qiang pulverized coal burner.It is promoted and referenced for the lean coal used boiler units.

oil saving ignition technology;Shuang Qiang pulverized coal burner;economic benefit

TK223.23

B

1671-0320(2010)01-0057-04

2009-08-17,

2009-12-16

李 寧 (1971-),男,山西平定人,1993年畢業(yè)于太原電力專科學(xué)校熱能動(dòng)力專業(yè),工程師,從事電廠鍋爐運(yùn)行專業(yè)。