張萌萌,鄧朝旭,曹海波

(姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司,河南 平頂山 467031)

1 #3、#4鍋爐概況

姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司#3、#4機(jī)組鍋爐為考克利爾鋼鐵公司制造的半塔式、中間再熱直流鍋爐。鍋爐配備的制粉系統(tǒng)為正壓直吹式系統(tǒng),燃燒器自上而下共有 7層,其中#3、#7層為油燃燒器,#1、#2、#4、#5、#6層為煤粉燃燒器,共由2臺(tái)離心式一次風(fēng)機(jī)、5臺(tái)碗式中速磨煤機(jī)、5臺(tái)刮板式給煤機(jī)組成。改造前每次冷態(tài)啟動(dòng)用油量為 40～60 t。

2 微油點(diǎn)火原理

微油點(diǎn)火系統(tǒng)主要由微油氣化小油槍和點(diǎn)火燃燒器(如圖 1所示)組成。

圖1 微油點(diǎn)火燃燒器

微油點(diǎn)火燃燒器主要由微油槍點(diǎn)火系統(tǒng)(如圖2所示)、煤粉燃燒器和控制系統(tǒng) 3大部分組成。點(diǎn)火系統(tǒng)由微油燃燒室及高壓點(diǎn)火槍、壓縮空氣、燃燒油系統(tǒng)、壁溫監(jiān)測(cè)、火檢系統(tǒng)等組成。煤粉燃燒器主要由煤粉濃縮器、一次煤粉燃燒室、二次煤粉燃燒室、周界風(fēng)和冷卻風(fēng)室組成?？刂葡到y(tǒng)對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)和送粉系統(tǒng)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)程控點(diǎn)火與油槍滅火聯(lián)鎖保護(hù),保證鍋爐安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

微油點(diǎn)火的工作原理:先利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎,霧化成超細(xì)油滴進(jìn)行燃燒,同時(shí)巧妙地利用燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)燃油進(jìn)行加熱、擴(kuò)容,使燃油在極短的時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)氣化。油槍在正常燃燒過(guò)程中直接燃燒油氣,從而大大提高燃燒效率及火焰溫度。氣化燃燒后的火焰剛性極強(qiáng)、傳播速度極快,火焰中心溫度高達(dá) 1 500～2000℃,可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)直接點(diǎn)燃煤粉燃燒,從而使用少量燃油實(shí)現(xiàn)電站鍋爐啟動(dòng)、停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃。壓縮空氣主要用于燃油霧化、正常燃燒時(shí)加速燃油氣化及補(bǔ)充前期燃燒需要的氧量;高壓風(fēng)主要用于補(bǔ)充后期燃燒所需的氧量以及冷卻油燃燒室。微油量氣化油槍燃燒形成的火焰,在煤粉燃燒器內(nèi)形成溫度梯度極大的局部高溫火核,使進(jìn)入一次煤粉燃燒室的濃相煤粉通過(guò)高溫火核時(shí),煤粉顆粒溫度急劇升高、破裂粉碎,并釋放出大量的揮發(fā)分迅速著火燃燒;然后,由已著火燃燒的濃相煤粉在二次煤粉燃燒室內(nèi)與稀相煤粉混合并點(diǎn)燃稀相煤粉,實(shí)現(xiàn)煤粉的分級(jí)燃燒,燃燒能量逐級(jí)放大,達(dá)到點(diǎn)火并加速煤粉燃燒的目的,大大減少煤粉燃燒所需引燃能量,滿足了鍋爐啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃的需求。氣膜冷卻二次風(fēng)主要用于保護(hù)燃燒室安全,防止結(jié)焦燒損及補(bǔ)充后期燃燒所需氧量。

3 #3、#4鍋爐微油點(diǎn)火改造方案

3.1 微油燃燒器改造

根據(jù)該鍋爐燃燒器布置特性和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),火焰中心在爐膛中下部,鍋爐燃燒比較穩(wěn)定,鍋爐啟動(dòng)初期或負(fù)荷在 180MW以下燃用劣質(zhì)煤時(shí)需投微油助燃,因此,選擇第 5層燃燒器進(jìn)行微油燃燒器改造,既可以在啟動(dòng)點(diǎn)火時(shí)使用,又可以在低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)投用(第 5層燃燒器在爐膛中下部)。

3.2 制粉系統(tǒng)的改造

圖2 微油點(diǎn)火系統(tǒng)

在#5磨煤機(jī)出口的 4根一次粉管上各加一道擋板,其開(kāi)關(guān)邏輯與微油點(diǎn)火系統(tǒng)相聯(lián)系,在微油模式下,當(dāng)微油槍熄滅時(shí),該角擋板自動(dòng)關(guān)閉,防止未燃燒煤粉進(jìn)入爐膛,保證鍋爐安全。

3.3 點(diǎn)火初期干燥制粉問(wèn)題的解決

姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司#3、#4機(jī)組均配備直吹式制粉系統(tǒng),冷態(tài)啟動(dòng)點(diǎn)火制粉要求一次風(fēng)溫達(dá)到 130～160℃。為挖掘節(jié)油潛力,少投大油槍,在#5磨煤機(jī)入口總風(fēng)道上增加旁路風(fēng)道,在此風(fēng)道上安裝 1臺(tái)暖風(fēng)器,由輔汽加熱一次風(fēng),使風(fēng)溫由冷態(tài)的 30℃提高到 160℃,滿足磨煤機(jī)啟動(dòng)制粉的條件,實(shí)現(xiàn)冷爐制粉、微油點(diǎn)火,進(jìn)行鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)。

3.4 煤粉燃燒器及微油氣化油槍的安裝

此次微油點(diǎn)火改造將原#3、#4爐 5層主燃燒器(#1～#4角一次風(fēng)噴口)從法蘭至噴口段拆除,安裝某公司設(shè)計(jì)的微油點(diǎn)火煤粉燃燒器。相對(duì)應(yīng)地在#3、#4爐 5層#1～#4角微油點(diǎn)火煤粉燃燒器上各安裝 1支微油主油槍和 1支輔助油槍以及點(diǎn)火槍、火檢。主、輔油槍出力分別為 30 kg/h和 60 kg/h,主油槍具有點(diǎn)火功能,輔助油槍僅噴油助燃,本身不能點(diǎn)火。

3.5 微油壓縮空氣系統(tǒng)

微油槍使用壓縮空氣霧化,強(qiáng)化燃燒,引自機(jī)組儀用壓縮空氣系統(tǒng),壓力要求 0.3MPa。微油槍壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)閥門、電磁閥和相關(guān)儀表。壓縮空氣管路上設(shè)有壓力調(diào)節(jié)、過(guò)濾裝置,可以有效過(guò)濾壓縮空氣中的水分和雜質(zhì),確保進(jìn)入油槍的霧化空氣的潔凈,從而保證了燃油的霧化效果,為潔凈高效燃燒創(chuàng)造有利條件。

3.6 供油系統(tǒng)的安裝

利用原有的油系統(tǒng)在爐前油站供油閥后接 1根?22mm×3mm的不銹鋼管作為微油點(diǎn)火燃油來(lái)源,在來(lái)油管上安裝來(lái)油總門,順序安裝 1臺(tái)燃油過(guò)濾器、燃油氣動(dòng)球閥、旁路閥,通過(guò)球形接頭和高壓燃油軟管連接,然后通過(guò)燃油軟管和氣化小油槍連接。

3.7 高壓冷卻風(fēng)系統(tǒng)的安裝

微油系統(tǒng)在運(yùn)行和備用期間,需要 6 000 Pa、2000m3/h的助燃吹掃風(fēng),分別從 2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)出口冷風(fēng)道用 ?219mm×5mm鋼管引出,供微油系統(tǒng)的高壓風(fēng)母管并安裝壓力表。高壓風(fēng)母管的安裝接近下一次風(fēng)管標(biāo)高,在鍋爐四角燃燒器處各安裝 1個(gè) ?32mm×3mm的金屬軟管接頭,然后用金屬軟管將高壓風(fēng)接入微油槍中。

3.8 氣化小油槍點(diǎn)火燃燒器壁溫監(jiān)測(cè)

微油槍點(diǎn)火燃燒器設(shè)有獨(dú)立的燃燒器壁溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃燒器壁面溫度,避免燃燒器超溫?zé)龘p。布置 2個(gè)溫度測(cè)點(diǎn),一個(gè)測(cè)點(diǎn)在一級(jí)燃燒筒的外壁處,另一測(cè)點(diǎn)在燃燒器噴口附近。溫度信號(hào)接入 DCS進(jìn)行監(jiān)視。

3.9 微油邏輯變更

#3、#4鍋爐#1、#4角安裝有 4個(gè)全爐膛紅外線火監(jiān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),鍋爐在正常運(yùn)行過(guò)程中,當(dāng)火監(jiān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)大于 3個(gè)角無(wú)火焰且無(wú)大油槍投運(yùn)時(shí),爐膛滅火保護(hù)動(dòng)作,鍋爐跳閘。采用微油點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí),不投或少投大油槍,火監(jiān)系統(tǒng)可能監(jiān)測(cè)不到火監(jiān),所以,采用微油點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí),需投入“微油模式”運(yùn)行,“微油模式”退出后,鍋爐滅火保護(hù)邏輯自動(dòng)恢復(fù)。

4 微油點(diǎn)火系統(tǒng)的運(yùn)行情況及效益分析

4.1 改造后冷態(tài)啟動(dòng)及低負(fù)荷時(shí)的使用情況

#3鍋爐微油點(diǎn)火系統(tǒng)改造后,2009-08-13,采用微油冷態(tài)點(diǎn)火啟動(dòng)成功。整個(gè)過(guò)程鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定,燃燒器壁溫控制在 300～400℃之間,煤粉燃燒較完全,未見(jiàn)有明顯黑煙,未出現(xiàn)爆燃現(xiàn)象,鍋爐也未發(fā)生超溫和尾部二次燃燒現(xiàn)象。2009-10-12,鍋爐再次利用微油槍點(diǎn)火,#3機(jī)組整組啟動(dòng)正常,沖轉(zhuǎn)順利。

2009-08-13 ,啟動(dòng)過(guò)程投用大油槍共耗油10.1 t,微油槍耗油 2.2 t,共耗油 12.3 t;2009-10-12,啟動(dòng)共耗油 9.5 t。而按原方式啟動(dòng)需耗油 60 t左右,節(jié)約燃油約 40 t,節(jié)油率可達(dá) 85%,節(jié)油效果相當(dāng)明顯。

4.2 低負(fù)荷燃用劣質(zhì)煤時(shí)投用微油槍的經(jīng)濟(jì)性

當(dāng)?shù)拓?fù)荷燃用劣質(zhì)煤時(shí),爐膛內(nèi)燃燒惡化,正常情況下需投入 2層 2支大油槍助燃,微油點(diǎn)火系統(tǒng)安裝后,完全可以用小油槍代替,燃燒穩(wěn)定性有足夠保證。每支大油槍流量為 2 t/h,大油槍助燃時(shí)每小時(shí)需燃用 4 t的助燃用油,微油點(diǎn)火系統(tǒng)投入后,只需投入 5層 4支微油助燃即可,流量為 0.36 t/h,節(jié)油效果也十分明顯。

4.3 機(jī)組滑參數(shù)停爐過(guò)程微油點(diǎn)火系統(tǒng)的使用

2009-08-22 ,#3機(jī)組使用微油系統(tǒng)滑參數(shù)停爐,實(shí)現(xiàn)了全微油停爐,用油 1.5 t,節(jié)油效果同樣顯著。

5 改造過(guò)程中遇到的問(wèn)題及改進(jìn)措施

微油點(diǎn)火系統(tǒng)改造成功后,在鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)及低負(fù)荷穩(wěn)燃中發(fā)揮著重要的作用,節(jié)省了大量燃油。當(dāng)然,它在運(yùn)行中也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。

5.1 油壓、壓縮空氣壓力控制困難

由于小油槍系統(tǒng)采用手動(dòng)門來(lái)調(diào)節(jié)壓力,而油系統(tǒng)是連接在主供油系統(tǒng)上的,壓縮空氣采用手動(dòng)調(diào)節(jié)壓力,因此,其壓力控制比較困難,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)難以控制燃燒的問(wèn)題。

整改措施:為了既保證原有系統(tǒng)油壓不變,又保證微油點(diǎn)火系統(tǒng)正常運(yùn)行,在微油系統(tǒng)來(lái)油總截止門后加裝手動(dòng)調(diào)壓門,將油壓由2.5MPa減到 2.0 MPa,以保證就地油角閥后壓力在正常使用范圍(1.0～1.5MPa)。

針對(duì)壓縮空氣不穩(wěn)問(wèn)題,將壓縮空氣的接入點(diǎn)由單根變?yōu)?2根,分 2路供氣即可保證壓縮空氣壓力大于 0.3MPa。

5.2 燃燒器壁溫測(cè)點(diǎn)測(cè)量溫度偏高

微油槍運(yùn)行時(shí),燃燒器壁溫測(cè)點(diǎn)溫度偏高,主要因?yàn)橹芙缋鋮s風(fēng)量不足,安裝油槍部位的后側(cè)存在一定的渦流區(qū),使該區(qū)域缺少一定風(fēng)壓的冷卻風(fēng)量對(duì)該區(qū)域進(jìn)行足夠的冷卻,同時(shí)使一次風(fēng)側(cè)的熱煙氣從環(huán)形冷卻間隙倒流到熱電偶的測(cè)點(diǎn)處,熱電偶直接測(cè)量的實(shí)際是熱煙氣的溫度,從而導(dǎo)致該測(cè)點(diǎn)的溫度偏高,沒(méi)有達(dá)到局部壁面的冷卻效果。

整改措施:加強(qiáng)該區(qū)域燃燒器壁面的冷卻,保證冷卻風(fēng)量從環(huán)形間隙進(jìn)入噴口的內(nèi)壁面,防止微油點(diǎn)火期間煤粉燃燒產(chǎn)生的熱煙氣回流。具體實(shí)施方法是將上、下二次風(fēng)室內(nèi)的熱風(fēng)通過(guò)加裝的風(fēng)道引入周界風(fēng)風(fēng)室,直接對(duì)安裝油槍的后部側(cè)壁面進(jìn)行冷卻,增加該處的風(fēng)壓,使冷卻風(fēng)順利進(jìn)入冷卻套筒的內(nèi)壁面。

5.3 一次粉管堵塞,投微油槍時(shí)粉管易著火

在鍋爐燃用劣質(zhì)煤時(shí),由于發(fā)熱量較低、給煤機(jī)轉(zhuǎn)速較高,磨煤機(jī)分離器出口煤粉濃度大于設(shè)計(jì)值,一次粉管易堵塞。此時(shí)若投堵管對(duì)應(yīng)角的微油槍,易引起管內(nèi)積粉的自燃,威脅鍋爐安全運(yùn)行。

整改措施:鍋爐運(yùn)行時(shí)定期觀測(cè)各角粉管運(yùn)行情況,若發(fā)現(xiàn)一次粉管堵塞,進(jìn)行變風(fēng)量吹管,保證一次粉管暢通,在沒(méi)有吹通前禁止投該角微油槍。

5.4 在冷態(tài)啟動(dòng)微油投運(yùn)初期,燃料量的控制

過(guò)高的給粉量會(huì)使?fàn)t內(nèi)懸吊管超溫,影響鍋爐設(shè)備安全;給粉量少,進(jìn)入爐內(nèi)的總熱量減少,爐膛內(nèi)溫度降低,延長(zhǎng)鍋爐啟動(dòng)過(guò)程且不利于煤粉的燃盡。

整改措施:冷態(tài)啟動(dòng)前將#5給煤機(jī)原煤倉(cāng)北倉(cāng)直壁插板關(guān)閉,啟動(dòng)初期單倉(cāng)進(jìn)煤,隨著所需熱負(fù)荷的增加,提高#5給煤機(jī)轉(zhuǎn)速,給煤機(jī)轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速的 80%時(shí),開(kāi)啟南倉(cāng)插板,雙倉(cāng)進(jìn)煤,同時(shí)降低給煤機(jī)轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)燃料量的平穩(wěn)增加。

6 結(jié)論

姚孟發(fā)電有限責(zé)任公司#3、#4鍋爐成功應(yīng)用微油點(diǎn)火技術(shù),實(shí)現(xiàn)了鍋爐的冷態(tài)啟動(dòng),保證了鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。微油點(diǎn)火系統(tǒng)不僅在機(jī)組啟動(dòng)階段具有良好的節(jié)油效果,在停爐、煤質(zhì)變差、低負(fù)荷穩(wěn)燃狀況下也具有較大的節(jié)油潛力。作者綜合分析認(rèn)為,火力發(fā)電廠進(jìn)行微油點(diǎn)火技術(shù)改造,積極響應(yīng)了國(guó)家的節(jié)能政策,對(duì)創(chuàng)建安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、節(jié)能型企業(yè)、推動(dòng)企業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

[1]謝玉豹.氣化小油槍點(diǎn)火裝置及穩(wěn)燃技術(shù)探討[C]//第二屆工業(yè)企業(yè)節(jié)電技術(shù)研討會(huì)論文集.北京:中國(guó)電力出版社,2007.

[2]陳建國(guó).少油點(diǎn)火煤粉燃燒器技術(shù)改造與效果[J].電力建設(shè),2007,28(4):76-78.

[3]吳鵬良.氣化小油槍點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)在 300MW機(jī)組上的應(yīng)用[J].湖北電力,2006,30(5):15-17.

[4]姜列,董艽.小油量氣化燃燒直接點(diǎn)燃煤粉技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].電站系統(tǒng)工程,2006,22(6):35-39.