微油点火技术在 300MW机组锅炉的应用

张萌萌,邓朝旭,曹海波

(姚孟发电有限责任公司,河南 平顶山 467031)

1 #3、#4锅炉概况

姚孟发电有限责任公司#3、#4机组锅炉为考克利尔钢铁公司制造的半塔式、中间再热直流锅炉。锅炉配备的制粉系统为正压直吹式系统,燃烧器自上而下共有 7层,其中#3、#7层为油燃烧器,#1、#2、#4、#5、#6层为煤粉燃烧器,共由2台离心式一次风机、5台碗式中速磨煤机、5台刮板式给煤机组成。改造前每次冷态启动用油量为 40～60 t。

2 微油点火原理

微油点火系统主要由微油气化小油枪和点火燃烧器(如图 1所示)组成。

图1 微油点火燃烧器

微油点火燃烧器主要由微油枪点火系统(如图2所示)、煤粉燃烧器和控制系统 3大部分组成。点火系统由微油燃烧室及高压点火枪、压缩空气、燃烧油系统、壁温监测、火检系统等组成。煤粉燃烧器主要由煤粉浓缩器、一次煤粉燃烧室、二次煤粉燃烧室、周界风和冷却风室组成。控制系统对点火系统和送粉系统进行控制,实现程控点火与油枪灭火联锁保护,保证锅炉安全、稳定、可靠运行。

微油点火的工作原理:先利用压缩空气的高速射流将燃料油直接击碎,雾化成超细油滴进行燃烧,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。油枪在正常燃烧过程中直接燃烧油气,从而大大提高燃烧效率及火焰温度。气化燃烧后的火焰刚性极强、传播速度极快,火焰中心温度高达 1 500～2000℃,可作为高温火核在煤粉燃烧器内直接点燃煤粉燃烧,从而使用少量燃油实现电站锅炉启动、停止以及低负荷稳燃。压缩空气主要用于燃油雾化、正常燃烧时加速燃油气化及补充前期燃烧需要的氧量;高压风主要用于补充后期燃烧所需的氧量以及冷却油燃烧室。微油量气化油枪燃烧形成的火焰,在煤粉燃烧器内形成温度梯度极大的局部高温火核,使进入一次煤粉燃烧室的浓相煤粉通过高温火核时,煤粉颗粒温度急剧升高、破裂粉碎,并释放出大量的挥发分迅速着火燃烧;然后,由已着火燃烧的浓相煤粉在二次煤粉燃烧室内与稀相煤粉混合并点燃稀相煤粉,实现煤粉的分级燃烧,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燃烧室安全,防止结焦烧损及补充后期燃烧所需氧量。

3 #3、#4锅炉微油点火改造方案

3.1 微油燃烧器改造

根据该锅炉燃烧器布置特性和运行经验,锅炉低负荷运行时,火焰中心在炉膛中下部,锅炉燃烧比较稳定,锅炉启动初期或负荷在 180MW以下燃用劣质煤时需投微油助燃,因此,选择第 5层燃烧器进行微油燃烧器改造,既可以在启动点火时使用,又可以在低负荷稳燃时投用(第 5层燃烧器在炉膛中下部)。

3.2 制粉系统的改造

图2 微油点火系统

在#5磨煤机出口的 4根一次粉管上各加一道挡板,其开关逻辑与微油点火系统相联系,在微油模式下,当微油枪熄灭时,该角挡板自动关闭,防止未燃烧煤粉进入炉膛,保证锅炉安全。

3.3 点火初期干燥制粉问题的解决

姚孟发电有限责任公司#3、#4机组均配备直吹式制粉系统,冷态启动点火制粉要求一次风温达到 130～160℃。为挖掘节油潜力,少投大油枪,在#5磨煤机入口总风道上增加旁路风道,在此风道上安装 1台暖风器,由辅汽加热一次风,使风温由冷态的 30℃提高到 160℃,满足磨煤机启动制粉的条件,实现冷炉制粉、微油点火,进行锅炉冷态启动。

3.4 煤粉燃烧器及微油气化油枪的安装

此次微油点火改造将原#3、#4炉 5层主燃烧器(#1～#4角一次风喷口)从法兰至喷口段拆除,安装某公司设计的微油点火煤粉燃烧器。相对应地在#3、#4炉 5层#1～#4角微油点火煤粉燃烧器上各安装 1支微油主油枪和 1支辅助油枪以及点火枪、火检。主、辅油枪出力分别为 30 kg/h和 60 kg/h,主油枪具有点火功能,辅助油枪仅喷油助燃,本身不能点火。

3.5 微油压缩空气系统

微油枪使用压缩空气雾化,强化燃烧,引自机组仪用压缩空气系统,压力要求 0.3MPa。微油枪压缩空气系统设有手动阀门、电磁阀和相关仪表。压缩空气管路上设有压力调节、过滤装置,可以有效过滤压缩空气中的水分和杂质,确保进入油枪的雾化空气的洁净,从而保证了燃油的雾化效果,为洁净高效燃烧创造有利条件。

3.6 供油系统的安装

利用原有的油系统在炉前油站供油阀后接 1根Ø22mm×3mm的不锈钢管作为微油点火燃油来源,在来油管上安装来油总门,顺序安装 1台燃油过滤器、燃油气动球阀、旁路阀,通过球形接头和高压燃油软管连接,然后通过燃油软管和气化小油枪连接。

3.7 高压冷却风系统的安装

微油系统在运行和备用期间,需要 6 000 Pa、2000m3/h的助燃吹扫风,分别从 2台一次风机出口冷风道用 Ø219mm×5mm钢管引出,供微油系统的高压风母管并安装压力表。高压风母管的安装接近下一次风管标高,在锅炉四角燃烧器处各安装 1个 Ø32mm×3mm的金属软管接头,然后用金属软管将高压风接入微油枪中。

3.8 气化小油枪点火燃烧器壁温监测

微油枪点火燃烧器设有独立的燃烧器壁温监测系统,实时监测燃烧器壁面温度,避免燃烧器超温烧损。布置 2个温度测点,一个测点在一级燃烧筒的外壁处,另一测点在燃烧器喷口附近。温度信号接入 DCS进行监视。

3.9 微油逻辑变更

#3、#4锅炉#1、#4角安装有 4个全炉膛红外线火监监测系统,锅炉在正常运行过程中,当火监监测系统发现大于 3个角无火焰且无大油枪投运时,炉膛灭火保护动作,锅炉跳闸。采用微油点火启动时,不投或少投大油枪,火监系统可能监测不到火监,所以,采用微油点火启动时,需投入“微油模式”运行,“微油模式”退出后,锅炉灭火保护逻辑自动恢复。

4 微油点火系统的运行情况及效益分析

4.1 改造后冷态启动及低负荷时的使用情况

#3锅炉微油点火系统改造后,2009-08-13,采用微油冷态点火启动成功。整个过程锅炉运行稳定,燃烧器壁温控制在 300～400℃之间,煤粉燃烧较完全,未见有明显黑烟,未出现爆燃现象,锅炉也未发生超温和尾部二次燃烧现象。2009-10-12,锅炉再次利用微油枪点火,#3机组整组启动正常,冲转顺利。

2009-08-13 ,启动过程投用大油枪共耗油10.1 t,微油枪耗油 2.2 t,共耗油 12.3 t;2009-10-12,启动共耗油 9.5 t。而按原方式启动需耗油 60 t左右,节约燃油约 40 t,节油率可达 85%,节油效果相当明显。

4.2 低负荷燃用劣质煤时投用微油枪的经济性

当低负荷燃用劣质煤时,炉膛内燃烧恶化,正常情况下需投入 2层 2支大油枪助燃,微油点火系统安装后,完全可以用小油枪代替,燃烧稳定性有足够保证。每支大油枪流量为 2 t/h,大油枪助燃时每小时需燃用 4 t的助燃用油,微油点火系统投入后,只需投入 5层 4支微油助燃即可,流量为 0.36 t/h,节油效果也十分明显。

4.3 机组滑参数停炉过程微油点火系统的使用

2009-08-22 ,#3机组使用微油系统滑参数停炉,实现了全微油停炉,用油 1.5 t,节油效果同样显著。

5 改造过程中遇到的问题及改进措施

微油点火系统改造成功后,在锅炉点火启动及低负荷稳燃中发挥着重要的作用,节省了大量燃油。当然,它在运行中也出现了一些问题。

5.1 油压、压缩空气压力控制困难

由于小油枪系统采用手动门来调节压力,而油系统是连接在主供油系统上的,压缩空气采用手动调节压力,因此,其压力控制比较困难,有时会出现难以控制燃烧的问题。

整改措施:为了既保证原有系统油压不变,又保证微油点火系统正常运行,在微油系统来油总截止门后加装手动调压门,将油压由2.5MPa减到 2.0 MPa,以保证就地油角阀后压力在正常使用范围(1.0～1.5MPa)。

针对压缩空气不稳问题,将压缩空气的接入点由单根变为 2根,分 2路供气即可保证压缩空气压力大于 0.3MPa。

5.2 燃烧器壁温测点测量温度偏高

微油枪运行时,燃烧器壁温测点温度偏高,主要因为周界冷却风量不足,安装油枪部位的后侧存在一定的涡流区,使该区域缺少一定风压的冷却风量对该区域进行足够的冷却,同时使一次风侧的热烟气从环形冷却间隙倒流到热电偶的测点处,热电偶直接测量的实际是热烟气的温度,从而导致该测点的温度偏高,没有达到局部壁面的冷却效果。

整改措施:加强该区域燃烧器壁面的冷却,保证冷却风量从环形间隙进入喷口的内壁面,防止微油点火期间煤粉燃烧产生的热烟气回流。具体实施方法是将上、下二次风室内的热风通过加装的风道引入周界风风室,直接对安装油枪的后部侧壁面进行冷却,增加该处的风压,使冷却风顺利进入冷却套筒的内壁面。

5.3 一次粉管堵塞,投微油枪时粉管易着火

在锅炉燃用劣质煤时,由于发热量较低、给煤机转速较高,磨煤机分离器出口煤粉浓度大于设计值,一次粉管易堵塞。此时若投堵管对应角的微油枪,易引起管内积粉的自燃,威胁锅炉安全运行。

整改措施:锅炉运行时定期观测各角粉管运行情况,若发现一次粉管堵塞,进行变风量吹管,保证一次粉管畅通,在没有吹通前禁止投该角微油枪。

5.4 在冷态启动微油投运初期,燃料量的控制

过高的给粉量会使炉内悬吊管超温,影响锅炉设备安全;给粉量少,进入炉内的总热量减少,炉膛内温度降低,延长锅炉启动过程且不利于煤粉的燃尽。

整改措施:冷态启动前将#5给煤机原煤仓北仓直壁插板关闭,启动初期单仓进煤,随着所需热负荷的增加,提高#5给煤机转速,给煤机转速到额定转速的 80%时,开启南仓插板,双仓进煤,同时降低给煤机转速,实现燃料量的平稳增加。

6 结论

姚孟发电有限责任公司#3、#4锅炉成功应用微油点火技术,实现了锅炉的冷态启动,保证了锅炉的安全稳定运行。微油点火系统不仅在机组启动阶段具有良好的节油效果,在停炉、煤质变差、低负荷稳燃状况下也具有较大的节油潜力。作者综合分析认为,火力发电厂进行微油点火技术改造,积极响应了国家的节能政策,对创建安全、经济、环保、节能型企业、推动企业的发展具有重要意义。

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