双强煤粉燃烧器在600 MW机组的应用

李 宁

(武乡和信发电有限责任公司,山西武乡 046300)

双强煤粉燃烧器在600 MW机组的应用

李 宁

(武乡和信发电有限责任公司,山西武乡 046300)

针对山西武乡和信发电有限公司新建2×600 MW机组启停机过程中燃油消耗量较大的问题,应用了双强煤粉燃烧器,对原燃烧器进行了改造。通过机组启、停时对该技术的应用,取得了显著的经济效益,为电厂节能降耗做出了重要贡献。分析了双强煤粉燃烧器的特点,运行效果及运行安全性分析,对于燃用贫煤的锅炉机组有推广参考价值。

节油点火技术;双强煤粉燃烧器;经济效益

0 引言

目前,锅炉节油点火技术在全国范围内得到了广泛地应用,并为发电企业带来了非常显著的经济效益。少油点火技术具有投资省,系统简单,维护量小及适用煤种广的优点。

仅在2007年,武乡和信发电有限责任公司燃油消耗就达2 000余t,其中80%为机组启停机所用。因此,在国内燃油价格高启的形势下,节油点火技术的改造和应用就显得更加重要和迫切。

通过对国内600 MW机组和300 MW机组的考察和调研,结合武乡和信发电有限责任公司所燃用的煤种,选用了双强煤粉点火技术,2008年先后对1号、2号机组进行了改造。通过随后3次机组启动和调试,使双强煤粉燃烧器技术又得到了进一步的完善和改进,为企业带来了非常显著的经济效益。

1 双强煤粉点火及稳燃技术

某公司开发的双强煤粉燃烧器,是专门针对燃用挥发分较低煤种而研制的节油燃烧器,对煤种的适应性广 (无烟煤、贫煤、烟煤、褐煤),在锅炉的冷态点火、低负荷稳燃时,通过煤粉燃烧器内部的油燃烧器将少量的燃油点燃,再将煤粉引燃,因而可以节约大量的燃油,适宜武乡和信发电有限责任公司燃用煤种,且设备、系统简单,改装方便,是较理想的一套节油方案。

油燃烧器采用强制配风、强化燃烧的航空工业油燃烧技术,在煤粉燃烧器内,用油燃烧器产生的油火焰加热通过煤粉燃烧器的一次风粉气流,由于油火焰温度高达1 800℃,油燃烧器的出力可根据燃煤的着火特性选择。因此,能使具有不同着火特性的燃煤的风粉气流瞬间加热到着火温度,实现着火并保持火焰的稳定燃烧,从而达到大幅度降低点火和稳燃用油的目的。

双强煤粉燃烧器外层为气膜风箱,气膜风采用独特的百叶窗式结构设计,根据温度场的分布可在任意位置上开设气膜风窗口,这种结构设计不但可保证气膜风始终贴壁,而且在燃烧器内壁形成了一个完整的、流动的气膜保护层,保证燃烧室不结渣,不烧蚀,还能缓解燃烧器内壁的磨损,延长其使用寿命。

双强煤粉点火燃烧器具有以下技术特点。

a)点火油燃烧器的出力在30～300 kg/h的范围内,可根据燃煤的着火特性选择,能瞬间点燃各种动力用煤,包括着火难和着火极难的贫煤和无烟煤。

b)采用特殊的气膜冷却技术,在燃烧器内形成完整的气膜保护层,除了能防止燃烧器的结渣和烧蚀外,还能缓解燃烧器内壁的磨损,延长其使用寿命。

c)对于着火难和着火极难的煤种,采用分级浓缩,逐级点燃技术,在实现瞬间点燃煤粉和稳定燃烧的前提下,大幅度降低点火和稳燃用油。

d)双强煤粉燃烧器喷口采用特殊设计,不影响原有不投油低负荷稳燃性能。

e)油枪、点火枪均不在高温区工作,无需另设驱动装置,系统简单,可靠性高,维护工作量显著减少。

f)对一次风粉浓度无特殊要求,可根据机组升温、升压及助燃时所需功率进行调节。

g)油燃烧器燃烬率高达98%以上,在锅炉点火和低负荷稳燃时均可投运静电除尘设备,环保效益显著。

2 煤粉燃烧器改造技术方案的提出及实施

2.1 锅炉机组概况

山西武乡和信发电有限公司装机容量为2×600 MW,锅炉为亚临界压力强制循环汽包炉,采用摆动式水平浓淡喷燃器,四角切圆布置,制粉系统为冷一次风机正压直吹式,配置5台双进双出钢球磨煤机 (分别对应5层共20个煤粉燃烧器),燃用煤种是武乡地区的贫瘦煤。锅炉布置4层油燃烧器,共计16个,每个油燃烧器的出力为2.58 t/h,运行油压为3.2 MPa。

2.2 煤粉燃烧器技术改造方案

根据公司锅炉机组的结构特点,将锅炉原设计B层四角共4台煤粉燃烧器改为YSQ-Ⅲ型上偏置双强煤粉燃烧器,其结构见图1。根据原设计燃烧器热功率、一次风量、原设计燃烧器的通流面积设计双强煤粉燃烧器,替代原设计煤粉燃烧器,并保证燃烧器出口一次风速及炉内空气动力场基本不变。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。

图1 YSQ-Ⅲ型上偏置双强煤粉燃烧器结构图

双强煤粉燃烧器为上偏置型煤粉燃烧器,具有良好的低负荷性能,其低负荷性能与水平浓淡型燃烧器基本相当,改造后可保证不影响原有的低负荷性能,不对锅炉燃烧造成影响。

偏置喷口设有周界风,避免做主燃烧器使用时因卷吸炉膛高温烟气烧坏喷口,周界风采用大风箱内的热二次风,不单设风管。

双强煤粉燃烧器在不同区域采用了不同的冷却方式。采用分区域冷却方式,在控制燃烧器内壁不超温的前提下,尽可能地减少气膜风量,以减少热损失,减小双强煤粉燃烧器在投油时的阻力,减小对锅炉燃烧的影响。一次风粉气流经过浓缩后,浓相进入一级燃烧筒,淡相作为一级燃烧筒的冷却风;因为一级燃烧筒主要为煤粉的吸热区,壁温相对较低,采用这种冷却方式,可控制温度在700℃以下,保证该区域不结焦、不烧蚀。二、三级燃烧筒为煤粉放热区,煤粉在进入二级燃烧筒时已开始燃烧,放出大量热能,壁温急剧上升,为冷却该区壁温,防止煤粉燃烧器结焦和烧蚀,采用独特的百叶窗式气膜冷却,气膜风在此区域形成一个完整的、流动的气膜保护层,可控制温度在800℃以下,保证该区域不结焦、不烧蚀。气膜风采用喷口周界风 (二次风),风量约2 000 m3/h。

双强煤粉喷燃器内安装有用于点燃煤粉的油燃烧器,其结构见图2。

图2 油燃烧器结构示意图

油燃烧器是由航空发动机的高压强制配风油燃烧器发展而来。通过强制配风使其发出高温火焰,火焰表面温度测定为1 520℃,中心温度不低于1 800℃,油燃烬率高达98%以上。低压强制配风油燃烧器出力在50～300 kg/h间,根据不同的煤质确定油燃烧器的出力,在规定的温度指标内,通过强制配风,获得了不同容量的高温火焰,将通过高温火焰的煤粉瞬间引燃,实现不同煤种的点火燃烧。

该结构设计使油燃烧器工作时油枪和点火枪不在高温区工作,当燃烧器不工作时,油枪、点火枪、油火检基本处在常温下,所以避免了油枪的结焦和点火枪的烧蚀问题。油枪和点火枪也无需推进装置,进一步简化了系统,便于控制操作。

油配风需要压力比较稳定的风源,在保证风压和风量的同时尽可能减少波动。对于武乡和信发电有限责任公司冷一次风机直吹制粉系统,冷一次风就可满足上述需要。考虑到安装的方便,从标高11.5 m的冷一次风母管靠近炉四角位置分别取一根φ 219 mm×5 mm冷风管作为油配风的供风管路。冷风管直接与油燃烧器冷风三通连接,风管上设有手动蝶阀、电动蝶阀及测压装置,根据油燃烧器出力控制油配风量。

对于武乡和信发电有限责任公司锅炉制粉系统,主要是解决冷态启动初期B磨暖磨所需要的热风问题。在设计初期提出两种解决方案,一是在B磨入口装设暖风器,二是在B磨入口设置1套油燃烧器直接对冷风加热。考虑到安装空间及系统阻力问题,最后选择了增加1套油加热器系统的方案。

油加热器系统自相邻的A磨冷一次风管引出一根φ 426 mm×10 mm冷风管,作为风源,冷风管内安装1支油燃烧器作为热源,由此共同组成了热风来源。为了提高安全系数,在现有的空间内,油燃烧器后的管道尽量地加长,最后连入B磨的热风管道内。配风采用过量配置 (过氧系数大于1.2),确保燃油短时间内燃烬,采用过氧配置的油燃烧器燃烬度在99%以上,确保无未燃烬燃油进入磨煤机。风管上加装电动蝶阀及测压装置,当空预器出口热风温度满足磨煤机运行要求时,停运加热装置。

为了提供油燃烧器使用的油配风,从A磨冷一次风管引出一根φ 219 mm×5 mm冷风管。风管上加装手动蝶阀、电动蝶阀及测压装置,用来调节供给的油配风量。不用时可通过电动蝶阀关闭风管路。

3 双强煤粉燃烧器的使用情况分析

3.1 启动总结

在实施技术改造后,先后进行了多次冷态启动,并应用了节油点火技术,均较为顺利地保证了机组的正常启动。在启动初期,煤粉燃烬率相对较低,配以1～2支大油枪助燃,随着炉膛温度升高,煤粉着火效果进一步提升,当炉膛出口温度达到350℃左右时,可将大油枪全部退出。在此期间,有一个煤粉燃烬率迅速提高的过程,主汽温度和压力升速较快,此时,通过减小给煤机煤量来予以控制。另外,在热一次风温度达到160℃时,就可将油加热器退出运行。双强煤粉燃烧器内的油燃烧器的燃烬率极高,因此,在点火的初期阶段就可以将电除尘器投入,大量减少烟尘排放,拥有较高的环保价值。

3.2 运行经济性分析

1号、2号炉节油燃烧器改造后,先后经历了多次冷态启动,燃油消耗较改造之前大幅度降低,在原煤热值约为20.9 MJ/kg,挥发分约为17%的情况下,每次启动平均消耗燃油30 t,以原锅炉冷态启动1次用油量120 t计算,节油率达到75%。

按照0号柴油6 500元/t,每次启动替代用煤200 t,煤价500元/t计算,每次冷态启动节省启动用油 90 t,节省燃油费用585 000元,用煤200 t,增加燃煤费用100 000元,B磨煤机提前6 h运行增加电耗费用2 400元,2台一次风机提前6 h运行增加电耗费用3 600元,因此,每次冷态启动节省费用可达479 000元。

3.3 双强煤粉燃烧器运行当中的危险因素分析及应对措施

3.3.1 尾部烟道二次燃烧

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在冷态启动点火初期,由于炉膛温度较低,势必造成部分煤粉着火不好,并沉积在尾部烟道,尤其是空预器蓄热元件上,随着烟气温度的升高,有可能造成尾部烟道的二次燃烧。对此,主要应对办法是在点火初期将空预器吹灰投入,进行连续不断地吹灰,可以有效防止二次燃烧的发生。

3.3.2 油滴进入磨煤机大罐引起爆燃

在磨煤机入口的油加热器投入时,若油燃烧器着火不良,则有可能使油滴进入磨煤机罐体而引起煤粉爆燃。在设计时一方面加长了加热风管道的长度,以增加油燃烧器至磨煤机入口的距离,同时在油燃烧器后加装了可靠的油火检信号,若发生着火不好时,在5 s之内自动停运该油枪,从而有效避免了未着火的油滴进入磨煤机罐体。

3.3.3 磨煤机堵罐

在双强煤粉燃烧器投运过程中,磨煤机的通风量相对较小,若对料位控制不好或料位计故障情况下,可能造成磨煤机堵罐的发生[1]。在实际操作过程中,必须严密监视和控制磨煤机料位,若料位计故障时,可根据磨煤机出入口风压、风温等参数判断磨煤机料位是否在正常范围之内。

3.3.4 磨煤机加热风管管壁超温损坏

磨煤机加热风管上的油加热器投运时,若控制不良,会造成管壁温度超限,严重时会造成管道损坏,主要原因是通风量不足。而影响风量的主要因素是磨煤机入口风门挡板开度,当磨煤机入口的风门开度较大时,加热风管的出口阻力增大,相应加热风风速降低,风量减小。当该风量小到一定程度时,便会造成风管冷却不良,管壁温度迅速升高,严重时,将管道烧毁。应合理控制磨煤机入口风门开度,并严格控制加热风管管壁温度不超过600℃,方可保证加热风管的安全。

4 结论

通过进行双强煤粉燃烧器改造,实现了锅炉的少油点火,节约了大量的燃油,有效降低了机组的运行成本,给企业带来了显著的经济效益。另外,改造后的双强煤粉燃烧器在正常运行当中具有较佳的稳燃性能和防结焦性能。

[1] 华东六省一市电机工程学会.600 MW火力发电机组培训教材—锅炉设备及其系统 [M].北京:中国电力出版社,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 宁 (1971-),男,山西平定人,1993年毕业于太原电力专科学校热能动力专业,工程师,从事电厂锅炉运行专业。