基于深度調(diào)峰中鍋爐超低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)的探究

李振亮

【摘 ?要】為了實現(xiàn)鍋爐在深度調(diào)峰中超低負(fù)荷運行的需求，本研究通過機(jī)組鍋爐點火穩(wěn)燃試驗，對比微油點火燃燒器技術(shù)與傳統(tǒng)強(qiáng)化燃燒器，分析機(jī)組鍋爐負(fù)荷、燃燒器的溫度與入爐煤量，煤粉燃盡率與節(jié)油率之間的聯(lián)系以及多層微油點火技術(shù)的優(yōu)勢及風(fēng)險等，為將來燃煤鍋爐超低負(fù)荷穩(wěn)燃的改造提供一定的參考建議。

【關(guān)鍵詞】深度調(diào)峰;超低負(fù)荷穩(wěn)燃;干濕狀態(tài)轉(zhuǎn)換，水動力;穩(wěn)燃能力

1 研究概況

某發(fā)電廠擴(kuò)建工程2x330 MW鍋爐，為自然循環(huán)汽包式、微油點火、對沖燃燒鍋爐，其最低斷油穩(wěn)燃負(fù)荷為30%BMCR，設(shè)計爐膛容積熱負(fù)荷116.71/（kW·m，100%BMCR），設(shè)計燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷為1.31/（MW·m，100%BMCR）。

對于該鍋爐將前墻下層D燃燒器以及后墻下層E燃燒器中的燃燒噴口改為微油點火，并在滿足鍋爐氣化微油冷爐啟動以及低負(fù)荷穩(wěn)燃的情況下維持鍋爐燃燒器的性能。并且微油點火燃燒器不僅能夠用作點火器和低負(fù)荷穩(wěn)燃燃燒器，而且還能在微油槍退出后當(dāng)作主要燃燒器。對于本次改造可繼續(xù)使用鍋爐的一次風(fēng)燃燒器的輸粉系統(tǒng)，并且改造工程極為簡便。

2 超低負(fù)荷穩(wěn)燃試驗

2.1 試驗概況

對沖燃燒鍋爐為單燃燒器式非全膛鍋爐，并且鍋爐在50%ECR負(fù)荷狀態(tài)下，需要使用大油槍助燃，因此將需要較高的油量。本次研究將通過改造鍋爐的點火技術(shù)來驗證在超低負(fù)荷情況下不使用大油槍助燃能否實現(xiàn)穩(wěn)燃以及節(jié)省油量。

2.2 試驗條件

鍋爐在正常運行時所使用煤種中會摻入洗中煤，為了使本次試驗結(jié)果更具有研究價值，D層燃燒器的煤種將采用洗中煤。不過由于洗中煤具有水分高、灰分含量大以及具有較低的低位發(fā)熱量等特性，為了避免試驗中鍋爐在運行過程中發(fā)生燃燒惡化甚至出現(xiàn)滅火，需要保證鍋爐D層燃燒器溫度高于最低穩(wěn)燃溫度。

鍋爐在低負(fù)荷工況下運行2臺磨煤機(jī)將會受到新的制粉系統(tǒng)耗時的影響，導(dǎo)致鍋爐無法快速的上升負(fù)荷，因此，本次研究中將采用3臺磨煤機(jī)并分析此工況下鍋爐的低負(fù)荷情況。

2.3 試驗過程

（1）機(jī)組鍋爐負(fù)荷與入爐煤量分析

機(jī)組滑參數(shù)停運進(jìn)行試驗，進(jìn)行停機(jī)前將各層燃燒器的大油槍進(jìn)行隔離處理，改用微油槍作為燃燒器，并停止機(jī)組鍋爐對外供熱，以此確保試驗過程中鍋爐煤量與負(fù)荷相對應(yīng)。本次試驗中從330MW進(jìn)行降負(fù)荷，初期機(jī)組鍋爐爐膛燃燒情況正常，當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低至140MW時保持機(jī)組中具有3套制粉系統(tǒng)，此時A層的給煤量為16t/h、D/E給煤量為31t/h，而機(jī)組鍋爐爐膛燃燒減小，燃燒器噴口火焰降低。如果繼續(xù)降低給煤量，尤其是底層燃燒器，將會進(jìn)一步的導(dǎo)致鍋爐爐膛溫度降低，甚至形成的煙氣無法將中層燃燒器的煤粉進(jìn)行有效的點燃，這種情況則是鍋爐無油助燃的最低負(fù)荷狀態(tài)，因此，投入微油槍能否更進(jìn)一步降低負(fù)荷穩(wěn)燃是本研究的主要內(nèi)容。試驗中機(jī)組鍋爐負(fù)荷與入爐煤量變化曲線如圖1所示。

為了降低鍋爐中的蓄熱，需要將機(jī)組鍋爐在140MW負(fù)荷狀態(tài)下穩(wěn)定運行至少5h，然后投入D層燃燒器4支微油槍并測量各噴口區(qū)域的爐膛溫度，見表1。

由上表可知，D層燃燒器噴口區(qū)域的爐膛溫度相對E層有所提升，分析原因為D層燃燒器所使用的煤種為洗中煤，具有具有水分高、灰分含量大以及具有較低的低位發(fā)熱量等特性，雖然使用了微油槍但是起到的效果不大;A層燃燒噴口區(qū)域的爐膛溫度相對偏低，若繼續(xù)減少入爐煤量將增加A層燃燒器的滅火幾率。本次試驗中通過將A層燃燒器煤量降低至13/th，D/E層燃燒器煤量均為30t/h，此時機(jī)組鍋爐的負(fù)荷為120MW，A/E層燃燒器的噴口區(qū)域的爐膛溫度均達(dá)到800℃的穩(wěn)燃最低溫度;繼續(xù)減少A/E層燃燒器的入爐煤量，雖然可以使鍋爐負(fù)荷不斷的降低，但會嚴(yán)重影響鍋爐爐溫裕量，因此本次試驗不予考慮;由于A層燃燒器位于D等燃燒器上方，A層燃燒器會受到D層燃燒器高溫?zé)煔獾挠绊懀虼耍私M合方式為試驗中單層微油最佳的超低負(fù)荷穩(wěn)燃磨組組合方式，若向B層或C層燃燒器，則二者噴口區(qū)域的爐膛溫度將低于A層燃燒器，因此單層微油超低負(fù)荷穩(wěn)燃能力為鍋爐額定負(fù)荷的35%左右。

（2）燃燒器的溫度與入爐煤量分析

通過投入E層燃燒器4支微油槍驗證能否使用更低入爐煤量，并觀察投入E層燃燒器4支微油槍后各噴口區(qū)域的爐膛溫度，見表2。

由上表可知，E層燃燒器噴口區(qū)域的爐膛溫度出現(xiàn)明顯的上升，所形成的煙氣將導(dǎo)致A與D層燃燒器噴口區(qū)域的爐膛溫度上升。通過持續(xù)減少A層燃燒器的入爐煤量，A層燃燒器噴口區(qū)域的爐膛溫度呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，至最低的入爐煤量10t/h時A層燃燒器的溫度仍高于穩(wěn)燃最低溫度800℃，此時機(jī)組的負(fù)荷為105MW，且噴口燃燒火焰狀態(tài)良好;A層燃燒器的溫度與入爐煤量的變化情況如圖2所示。

在此條件下A/D/E層燃燒器的入爐煤量分別為10t/h、30t/h與30t/h，通過試驗顯示，E層燃燒器的入爐煤量增加到34t/h后噴口區(qū)域的爐膛溫度將上升到1200℃，噴口燃燒火焰狀態(tài)良好，具有較為穩(wěn)定的穩(wěn)燃效果。因此，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低于105MW時可將A層燃燒器進(jìn)行停運，使用微油槍穩(wěn)燃D/E層燃燒器，鍋爐整體的穩(wěn)燃效果將會得到提升。此外，還可以停運A層燃燒器，并將機(jī)組負(fù)荷控制在70MW，此時D/E層燃燒器噴口區(qū)域的爐膛溫度則高于1050℃。綜上所述，增加投入2層微油槍相對于單層微油槍，鍋爐的超低負(fù)荷穩(wěn)燃能力將得到極大的提升，通過微油點火技術(shù)可實現(xiàn)鍋爐30%超低負(fù)荷穩(wěn)燃運行。

（3）煤粉燃盡率與節(jié)油率分析

投入D/E層燃燒器8支微油槍后，通過對鍋爐的飛灰及大渣分析計算煤灰的燃盡率。試驗中煤灰的燃盡率能夠達(dá)到85%以上，具有較好的微油槍引燃效果，試驗中單支微油槍的用油量為50kg/h，僅為傳統(tǒng)大油槍用油量的5%，微油系統(tǒng)運行3h中時共耗油0.9t，節(jié)油比達(dá)到95%。A層燃燒器煤粉燃盡率與節(jié)油率變化情況如圖3所示。

3 多層微油點火技術(shù)的優(yōu)勢及風(fēng)險

多層微油點火技術(shù)相對于傳統(tǒng)大油槍穩(wěn)燃技術(shù)，能夠在確保煤粉燃盡率的情況下節(jié)省較多的燃油用量;傳統(tǒng)的大油槍穩(wěn)燃中需要退出電除塵系統(tǒng)，以防止未充分燃燒的油煙附著在陰陽極板表面，而使用多層微油點火技術(shù)穩(wěn)燃，通過提升振動頻率，可不斷進(jìn)行電除塵的投入，從而減少粉塵排放以及引風(fēng)機(jī)的磨損的發(fā)生。

不過，目前多層微油槍穩(wěn)燃技術(shù)正在發(fā)展階段，在運行中也會出現(xiàn)一定的弊端，同傳統(tǒng)大油槍穩(wěn)燃技術(shù)相比，微油點火技術(shù)采用的是內(nèi)燃式燃燒器，因此燃燒室溫度通常較高，其壁溫容易出現(xiàn)超限的情況，造成燃燒器噴口過熱出現(xiàn)損壞或內(nèi)部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)渣;相較于傳統(tǒng)大油槍穩(wěn)燃技術(shù)，微油系統(tǒng)對于油壓及燃油清潔度具有較高的要求，并且系統(tǒng)無備用微油槍，使用多層微油點火技術(shù)穩(wěn)燃時需要將全部微油槍進(jìn)行投入以保障鍋爐的超低負(fù)荷穩(wěn)燃，因此，在鍋爐運行的過程中需要保障燃燒器噴口不被雜質(zhì)阻塞造成穩(wěn)燃效果降低。

4 結(jié)語

通過鍋爐的超低負(fù)荷可滿足機(jī)組深度調(diào)峰需求，但通過傳統(tǒng)燃燒器無法進(jìn)行低負(fù)荷穩(wěn)燃，而大油槍穩(wěn)燃則會增加運行成本以及粉塵排放超標(biāo)的情況發(fā)生。通過本次研究，雖然燃用部分洗中煤，但穩(wěn)燃性能較僅燃用煙煤具有一定的降低，而使用微油點火技術(shù)不僅可以達(dá)到超低負(fù)荷穩(wěn)燃，而且煤粉燃盡情況較好以及能夠減少95%的油耗，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益，能夠為將來燃煤鍋爐超低負(fù)荷穩(wěn)燃的改造提供一定的參考建議。

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（作者單位：國投哈密發(fā)電有限公司發(fā)電部）