艾達(dá)高
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氣化微油點(diǎn)火技術(shù)在600MW機(jī)組上的應(yīng)用
艾達(dá)高
介紹了氣化微油點(diǎn)火技術(shù)的工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成,并針對該技術(shù)在600MW機(jī)組燃煤鍋爐的工業(yè)性應(yīng)用情況,詳細(xì)介紹了其點(diǎn)火啟動(dòng)的調(diào)試運(yùn)行情況。結(jié)果表明,作為一種應(yīng)用于電站鍋爐啟動(dòng)的新型節(jié)油技術(shù),氣化微油點(diǎn)火技術(shù)具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,工業(yè)化應(yīng)用前景良好。
氣化微油點(diǎn)火;鍋爐;開爐;穩(wěn)燃;節(jié)油
隨著我國對石油需求的進(jìn)一步加劇,發(fā)電企業(yè)的燃料成本增加,節(jié)約燃料油的工作日顯重要,節(jié)油重點(diǎn)由低負(fù)荷穩(wěn)燃過程轉(zhuǎn)向鍋爐點(diǎn)火與停爐過程(電廠鍋爐啟停時(shí)耗油占60%,低負(fù)荷穩(wěn)燃耗油占40%),傳統(tǒng)的大油槍點(diǎn)火方式已不能適應(yīng)日益緊張的石油資源供應(yīng),等離子點(diǎn)火、高溫空氣無油點(diǎn)火及氣化微油槍點(diǎn)火技術(shù)等各種無油或少油點(diǎn)火穩(wěn)燃節(jié)油技術(shù)不斷涌現(xiàn)。氣化微油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃裝置的研制開發(fā)成功,完全可以替代現(xiàn)有的大油槍及等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù),投資約為等離子的1/3左右,而實(shí)際運(yùn)行、檢修及維護(hù)費(fèi)用,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于等離子點(diǎn)火的費(fèi)用。
2.1氣化微油點(diǎn)火油槍技術(shù)的基本原理
首先利用壓縮空氣霧化技術(shù),將柴油霧化,霧化液霧顆粒度達(dá)到SMD≤30μM,且液霧尺寸分布均勻。布置在油槍根部的點(diǎn)火槍點(diǎn)燃霧化柴油,產(chǎn)生的熱量對液霧進(jìn)行加熱,液霧在極短的時(shí)間蒸發(fā)、氣化,燃燒實(shí)際上是在氣相中發(fā)生,直接燃燒氣態(tài)燃料,通過強(qiáng)化配風(fēng)方式,增加了氣化燃料與空氣的接觸面積,大大提高了燃油的燃燒效率,強(qiáng)化燃燒的火焰音速傳播,火核呈藍(lán)色透明狀,且剛性極強(qiáng),局部高溫區(qū)溫度達(dá)2000℃,由于燃燒反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行,高溫使混合物發(fā)生了系列的物理化學(xué)變化,有助于加速煤粉的燃燒,這樣就大大地減少煤粉燃燒所需要的引燃能量。
2.2氣化微油點(diǎn)火油槍點(diǎn)燃煤粉工作原理
利用均流板獲得高濃度的煤粉和1800℃左右的高溫火核直接接觸,加熱速率極高,使得這部分濃煤粉的揮發(fā)份析出在10-2s內(nèi)完成,急劇升溫的煤粉顆粒特性發(fā)生變化,爆裂,劇烈燃燒,能量逐級放大,在燃燒器出口形成以煤粉燃燒的主火炬,分級點(diǎn)火技術(shù)大大減少了煤粉燃燒所需的引燃能量。采用分級點(diǎn)火原理,防止了壁面結(jié)焦及燃燒器燒損。
600MW超臨界機(jī)組鍋爐為東方鍋爐廠引進(jìn)技術(shù)制造的國產(chǎn)超臨界參數(shù)、變壓、直流、本生型鍋爐,鍋爐型號(hào)DG1900/ 25.4-Ⅱ1型,單爐膛,一次中間再熱,尾部雙煙道,固態(tài)排渣,全鋼構(gòu)架,全懸吊結(jié)構(gòu),平衡通風(fēng),露天布置,采用內(nèi)置式啟動(dòng)分離系統(tǒng);
設(shè)計(jì)用煤:鍋爐設(shè)計(jì)燃用山西省晉城貧煤與河南省平頂山煙煤的混煤,在B-MCR工況下,燃用發(fā)熱量Qnet,ar=22570KJ/kg的設(shè)計(jì)煤種時(shí),燃料消耗量約為245T/h。
600MW超臨界機(jī)組鍋爐采用HT-NR3旋流燃燒器,前后墻布置、對沖燃燒,燃燒器布置圖見圖1;24只HT-NR3燃燒器分三層布置在爐膛前后墻上,使沿爐膛寬度方向熱負(fù)荷及煙氣溫度分布更均勻。
鍋爐共設(shè)24只簡單機(jī)械霧化點(diǎn)火油槍,8只蒸汽霧化啟動(dòng)油槍,點(diǎn)火油槍位于三次風(fēng)通道中,其出力500kg/h;啟動(dòng)油槍位于煤粉燃燒器的中心,其出力3600kg/h。每只HT-NR3燃燒器裝有1支點(diǎn)火油槍用于點(diǎn)火。在鍋爐前墻中層、后墻中層共裝有8只啟動(dòng)油槍用于暖爐和低負(fù)荷穩(wěn)燃。
4.1改造前機(jī)組存在的問題
長期以來我公司600MW機(jī)組冷態(tài)開機(jī)耗油高居不下,達(dá)50~70t/次;2009年通過提高設(shè)備運(yùn)行可靠性、優(yōu)化開爐用油節(jié)點(diǎn)、開展降油耗行動(dòng),使機(jī)組每次正常冷態(tài)啟動(dòng)耗油降低至40t以內(nèi),油耗仍然偏高。
為了響應(yīng)國家“節(jié)能減排”的國策,同時(shí)降低鍋爐的啟動(dòng)點(diǎn)火、助燃用油,在2010年利用600MW機(jī)組檢修機(jī)會(huì)在鍋爐安裝氣化微油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃裝置。
4.2氣化微油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃裝置系統(tǒng)介紹
4.2.1燃燒器布置方式
本次改造把鍋爐后墻最下層4只煤粉燃燒器改造為氣化微油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃燃燒器,對應(yīng)F磨煤機(jī)。
4.2.2燃燒器結(jié)構(gòu)型式
依據(jù)原燃燒器的位置及氣化微油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃燃燒器在其它工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),采用分級點(diǎn)火、分級燃燒的原理,從而保證煤粉的穩(wěn)定著火。其改造示意圖如圖1所示。
圖1 HN-TR3旋流燃燒器氣化微油槍燃燒器改造示意圖
4.2.3其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下
(1)在燃燒器內(nèi)部設(shè)計(jì)一、二級燃燒室,氣化微油槍燃燒筒軸向布置于一級燃燒室入口。燃燒器內(nèi)一級、二級燃燒室采用淡相冷態(tài)煤粉冷卻,同時(shí)在每個(gè)燃燒器內(nèi)著火后溫度較高處布置壁溫測點(diǎn),方便運(yùn)行及時(shí)調(diào)整配風(fēng),有效地預(yù)防燃燒器的結(jié)焦和燒損。
(2)在燃燒器入口彎頭中心處布置一導(dǎo)流的均流板,這樣就會(huì)有效降低煤粉在燃燒器內(nèi)部分布的不均勻程度,保證煤粉能夠有效流動(dòng)進(jìn)入一級燃燒室,為點(diǎn)火創(chuàng)造有利條件;并且這樣的布置結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步改善燃燒器噴口附近的煤粉均勻程度,從而進(jìn)一步降低燃燒器的NOx排放。
(3)燃燒器采用耐熱、耐磨,的新型合金材料制造。彎頭處中心的均流板及油燃燒筒的護(hù)套管等均采取防磨處理。
4.2.4氣化微油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃裝置主要系統(tǒng)參數(shù)
油壓:0.5~0.7MPa;單只油槍出力:150~200kg/h(可根據(jù)煤質(zhì)調(diào)整);壓縮空氣壓力:>0.5MPa;單只油槍壓縮空氣流量:0.4Nm3/min左右;油槍高壓助燃風(fēng)壓力:1000Pa左右;氣化油槍燃燒火焰中心溫度:1500℃;火焰顏色:藍(lán)色透明;一次風(fēng)風(fēng)速:18~30m/s;單只油槍可點(diǎn)燃煤粉量:0~15t/h;燃燒器壁溫<500℃。
4.2.5燃油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)
(1)氣化微油槍系統(tǒng)用油由鍋爐前油系統(tǒng)管路引出。氣化微油槍供油管主管路設(shè)有氣動(dòng)球閥、一套油過濾器(共兩只、一用一備)和穩(wěn)壓蓄能裝置等,以滿足微油槍系統(tǒng)用油品質(zhì)要求。
(2)壓縮空氣為氣化微油槍燃燒霧化用氣,可使用電廠雜用壓縮空氣氣源(檢修用壓縮空氣氣源),不需要單獨(dú)加裝空氣凈化、干燥裝置。
(3)爐前壓縮空氣系統(tǒng)壓力穩(wěn)定(0.4~0.7MPa),單個(gè)氣化微油槍點(diǎn)火燃燒器用氣量不大于0.4Nm3/min。
4.2.6高壓助燃風(fēng)系統(tǒng)
高壓助燃風(fēng)補(bǔ)充氣化微油槍燃燒用空氣,從一次風(fēng)風(fēng)機(jī)出口冷風(fēng)道引出管路,引出點(diǎn)風(fēng)壓要求≥4000Pa,各燃燒器用風(fēng)采用φ76×3管路引至氣化微油槍燃燒器附近,要求壓力在1000Pa左右。單臺(tái)燃燒器油配風(fēng)量1000Nm3/h左右。
圖2
4.2.7一次風(fēng)加熱系統(tǒng)
采用直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐在安裝氣化微油槍點(diǎn)火裝置時(shí)所要解決的首要問題就是煤粉的來源問題,即解決制粉用熱風(fēng)的來源問題。
在鍋爐后墻最下層4只煤粉燃燒器對應(yīng)的F磨入口熱風(fēng)管道布置汽-氣熱交換器,并設(shè)置旁路以平衡風(fēng)管阻力,采用鄰爐輔汽聯(lián)箱的抽來的蒸汽來加熱F磨入口的冷一次風(fēng),從而實(shí)現(xiàn)冷爐不投用大油槍制粉,疏水排入定排擴(kuò)容器。鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)投入暖風(fēng)器,啟動(dòng)過程結(jié)束后切換到正常運(yùn)行狀態(tài),若阻力有增加可開啟旁路風(fēng)門平衡阻力,不會(huì)對鍋爐正常運(yùn)行造成任何影響。
圖3 暖風(fēng)器系統(tǒng)圖
4.3改造后機(jī)組的調(diào)試運(yùn)行情況
4.3.1氣化微油槍開爐點(diǎn)火情況
2010年7月17日#3爐開爐首次使用了微油點(diǎn)火,此次開機(jī)耗油44.8t:事后對此次開機(jī)進(jìn)行了分析和總結(jié),并提出了對應(yīng)措施。
2010年9月16日#3爐再次使用微油點(diǎn)火開爐,此次開機(jī)前F磨煤機(jī)原煤倉空倉,進(jìn)純煙煤,油耗為8.79t,實(shí)現(xiàn)了600MW機(jī)組開機(jī)油耗低于10t的目標(biāo)。
2010年10月12日#3機(jī)組冷態(tài)開機(jī)僅耗油5.4t,打破公司60萬kW機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)最低油耗記錄。
2011年8月10日通過進(jìn)一步優(yōu)化開機(jī)步序,開展微油槍治理工作,保證了微油槍在啟動(dòng)初期的順利點(diǎn)火,同時(shí)開爐入爐煤質(zhì)達(dá)到了要求:低位發(fā)熱量18000KJ/kg以上,分析基揮發(fā)份20%左右,耗油僅為4.77t,實(shí)現(xiàn)了600MW機(jī)組開機(jī)油耗低于5t的目標(biāo)。
2012年4月13日#3機(jī)組冷態(tài)開機(jī)僅耗油2.75t,打破公司60萬kW機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)最低油耗記錄。
(1)微油改造前后經(jīng)濟(jì)性比較分析:改造前:一般開機(jī)耗油約50t,合計(jì)費(fèi)用約30萬元左右;改造后:采用微油點(diǎn)火開機(jī)耗油約9t,合計(jì)5.4萬元;因提前投粉及啟動(dòng)時(shí)間延長多耗用煤量約150t,按600元/t原煤計(jì)算,約9萬元;廠用電量多耗用約2.5萬kWh,按0.4元/kWh計(jì)算,約1萬元;暖風(fēng)器耗用蒸汽約25t,按50元/t計(jì)算,約0.125萬元;合計(jì)費(fèi)用約15.5萬元。比較:采用微油點(diǎn)火開機(jī)與未進(jìn)行微油改造開機(jī)相比較,每次開機(jī)能節(jié)約14.5萬元。
(2)采用微油點(diǎn)火開機(jī)的節(jié)油效果很明顯,關(guān)鍵在于以煤代油:鍋爐停爐時(shí)應(yīng)將所有原煤倉空倉,為開爐時(shí)進(jìn)優(yōu)質(zhì)煙煤打好基礎(chǔ)。開爐入爐煤質(zhì)要求:低位發(fā)熱量19000KJ/kg以上,分析基揮發(fā)份25%左右。因微油槍的油流量較小,霧化片孔徑很小,易堵塞,因此保證油槍正常維護(hù),加強(qiáng)油槍清理工作,對油槍能否正常投運(yùn)點(diǎn)火至關(guān)重要。
(3)通過停爐試驗(yàn)以及開爐煤質(zhì)較差時(shí)的燃燒情況,發(fā)現(xiàn)微油槍的穩(wěn)燃能力相對較弱,特別是在煤質(zhì)較差時(shí)的穩(wěn)燃效果較差,火檢不好,主要是微油槍的油流量較小,在煤質(zhì)差時(shí)其點(diǎn)火能量明顯不足。
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2016-3-8
TK227.7
A
2095-2066(2016)12-0053-02