陳 銘

（深能合和電力（河源）有限公司，廣東河源517025）

超超臨界燃煤鍋爐穩(wěn)燃系統(tǒng)改造設(shè)計

陳 銘

（深能合和電力（河源）有限公司，廣東河源517025）

介紹了鍋爐穩(wěn)燃系統(tǒng)天然氣助燃改造的設(shè)計過程。該設(shè)計改變了電廠超超臨界燃煤鍋爐采用等離子點火和輕質(zhì)柴油穩(wěn)燃不環(huán)保且在鍋爐燃燒不穩(wěn)時難以及時投入的情況；通過改造可實現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保多方面的良好效果。關(guān)鍵詞：鍋爐；穩(wěn)燃系統(tǒng)；天然氣；改造

某600 MW超超臨界燃煤電廠于2008年投產(chǎn)，一直采用等離子點火，原設(shè)計柴油助燃系統(tǒng)因油耗高、影響環(huán)保設(shè)施可靠性等問題而被長期棄用。2015年國家開始逐步放開電力市場，電廠必須通過節(jié)能減排、深度調(diào)峰等手段進(jìn)行增收節(jié)支，這樣才能在激烈的市場競爭中得以生存。低負(fù)荷節(jié)能的常用措施有減少磨煤機、風(fēng)機運行臺數(shù)等。這些措施易造成設(shè)備備用條件不足，當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件時鍋爐易發(fā)生燃燒失調(diào)、爐膛滅火的情況。另外，低負(fù)荷運行期間氧量較大，氮氧化物控制更加困難，因此研究并實施可靠且環(huán)保的穩(wěn)燃系統(tǒng)已勢在必行。

1 設(shè)備概述

某廠鍋爐為超超臨界煤粉爐，單爐膛、Π型布置，配低NOx主煤粉燃燒器，采用分級燃燒技術(shù)和MACT型低NOx分級送風(fēng)燃燒系統(tǒng)、反向墻式切圓燃燒方式。鍋爐制粉系統(tǒng)為6臺型號為HP1003中速磨，正壓直吹，額定工況時5臺投運，1臺備用。每臺磨煤機供布置于爐墻四側(cè)同一層的4個燃燒器。鍋爐采用二級點火方式：高能電火花點火器－油槍－煤粉燃燒器。此外，還在最下層燃燒器設(shè)置了等離子直接點燃煤粉的燃燒方式。原油槍的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 原有油槍技術(shù)參數(shù)

近年來燃煤電廠成本壓力劇增，為降低成本，該電廠已在研究低負(fù)荷三臺磨運行、深度調(diào)峰等項目，最大限度地增收節(jié)支，提高經(jīng)濟(jì)生存能力，但同時低負(fù)荷穩(wěn)燃的風(fēng)險大幅上升。為保證機組在安全可控的前提下有強大的市場競爭力，必須進(jìn)行穩(wěn)燃系統(tǒng)改造。

2 改造方案選擇

對該廠現(xiàn)有設(shè)備情況進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，微油機械霧化助燃改造和天然氣助燃改造兩種技改方案比較合適。兩種技改思路的對比情況如表2所示。

表2 兩種技改思路的對比情況

從表2可以看出，天然氣改造方案雖初期投資較大，但具有備用消耗少、環(huán)保效果好的優(yōu)勢，更適合于燃煤電廠。2016年起，國家大力加強天然氣行業(yè)推廣和管控，很多省市都可為電廠配套相應(yīng)管道工程，在省去了LNG氣化站約350萬元的投資以及日常運維成本后，其經(jīng)濟(jì)效益更加凸顯，因此最終選擇天然氣助燃改造方案。

3 天然氣改造概述

天然氣穩(wěn)燃系統(tǒng)采用LNG氣化站進(jìn)行供氣，氣源壓力0．2 MPa，輸入管徑DN300 mm，最大流量1．3萬m3／h，天然氣高位發(fā)熱量為37．4 MJ／m3，Rhon為0．62 kg／m3；CH4體積比為93．9%，燃?xì)獾臀粺嶂礠ydw＝35 500 kJ／m3，燃?xì)饷芏圈眩?．75 kg／m3。

天然氣點火穩(wěn)燃系統(tǒng)主要由天然氣燃燒器及配風(fēng)系統(tǒng)、天然氣管線系統(tǒng)、安全保護(hù)報警及控制系統(tǒng)、LNG氣化站等組成。結(jié)合該廠鍋爐現(xiàn)有設(shè)備情況，擬拆除原AB層、EF層油槍，并對CD層油槍進(jìn)行天然氣改造。

3．1 燃?xì)馊紵b置選型

燃?xì)馊紵鞑捎靡患夵c火，即高能點火槍直接點燃燃?xì)鈽尅８鶕?jù)經(jīng)驗，二級點火的小氣槍存在不安全因素。由于燃煤電站鍋爐爐內(nèi)空氣擾動較為強烈，小氣槍火焰抗干擾能力差，存在點火困難、燃燒穩(wěn)定性差的問題，所以一級點火時可將燃燒器燃?xì)饬空{(diào)節(jié)到較小的流量。

燃?xì)鈽屧O(shè)計為固定結(jié)構(gòu)且不上下擺動，需將二次風(fēng)噴口聯(lián)動銷軸拆除，并將二次風(fēng)噴口水平固定。每臺燃燒器設(shè)置一套高能點火器及點火器的氣動推進(jìn)器，實現(xiàn)自動點火。為保證設(shè)備穩(wěn)定運行，全部采用新購置設(shè)備。每臺燃燒器設(shè)置紫外線火檢，實時監(jiān)測燃燒情況。天然氣燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 天然氣燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖

推薦采用強混式鋸齒形燃?xì)馊紵?，其具有以下特點：

1）采用強混技術(shù)，燃燒效率高，燃盡程度好；

2）調(diào)節(jié)性能好，調(diào)節(jié)比大；

3）獨有的穩(wěn)焰技術(shù)使得該燃?xì)馊紵鞑换鼗?、不脫火、不燒噴口、不結(jié)焦；

4）運行調(diào)節(jié)方便，且不產(chǎn)生沖墻、燃燒區(qū)域過熱或超溫等問題；

5）燃?xì)馊紵鞒隽εc原油槍等熱值，能完全滿足鍋爐的啟動和輔助燃燒要求。

電站鍋爐燃?xì)恻c火穩(wěn)燃燃燒器一般采用鼓風(fēng)式擴散燃燒器，由配風(fēng)噴口、燃?xì)鈬娮臁忼X形穩(wěn)焰器、配風(fēng)器、點火槍、火檢及看火孔等組成。燃?xì)鈬娮焐嫌袛?shù)排3～10mm噴孔，燃?xì)庖?00～300 m／s的速率從小孔噴出，空氣通過配風(fēng)器形成旋轉(zhuǎn)氣流與小孔出來的燃?xì)饣旌先紵?，噴嘴上的鋸齒形穩(wěn)焰體保證燃?xì)庵稹⑷紵€(wěn)定以及燃?xì)馀c空氣的及時混合。點火槍用于冷態(tài)時點燃燃?xì)猓饳z用于檢測火焰的燃燒情況。這種鋸齒形燃?xì)馊紵饕呀?jīng)在幾十臺鍋爐上有使用業(yè)績，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

3．2 燃?xì)鈮毫?/p>

額定壓力燃?xì)馐侨紵鞯年P(guān)鍵性能參數(shù)，對于保證燃燒器的穩(wěn)定性非常重要，燃?xì)鈬娮斓膰娍琢魉僦饕Q于燃?xì)鈮毫?。根?jù)應(yīng)用經(jīng)驗表明，燃?xì)忸~定壓力取50～60 kPa較為合適，燃?xì)馊紵鲊娍椎牧魉俑鶕?jù)公式計算，噴孔流速約為226 m／s。

3．3 燃燒器功率及出力

燃?xì)馊紵鞴β蕽M足鍋爐點火及穩(wěn)燃要求，若系統(tǒng)原設(shè)計為油燃燒器，單臺燃?xì)馊紵鞯念~定功率等于原油槍的額定功率，原油槍的出力達(dá)到G＝2 000 kg／h即可滿足穩(wěn)燃。取原油熱值Qynet．cr＝42 900 kJ／kg，相應(yīng)的燃?xì)馊紵黝~定功率為

3．4 燃?xì)饬?/p>

單臺燃燒器的額定燃?xì)饬颗c燃燒器的額定功率及燃?xì)獾臒嶂涤嘘P(guān)，燃?xì)饬康挠嬎闶綖?/p>

若取燃燒器的額定功率N＝23．83×103kW，燃?xì)鉄嶂礠qnet．cr＝ 35 500 kJ／Nm3，相應(yīng)的燃?xì)饬繛?/p>

另外，燃燒器的功率是可以調(diào)節(jié)的，調(diào)節(jié)范圍為額定出力的45%～150%。根據(jù)燃燒器出口壓力，通過每臺燃燒器對應(yīng)的氣動調(diào)節(jié)閥進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，壓力可在10～120 kPa范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，對應(yīng)的燃?xì)饬糠秶鸀? 080～3 600 Nm3／h，對應(yīng)的功率范圍在10．64～35．4 MW，燃?xì)饬颗c功率及出力的調(diào)節(jié)范圍及幅度是一致的。

根據(jù)以上計算，改造中共涉及4×2 416．6＝9 666．4 Nm3／h，約為7%的BMCR燃料量，符合鍋爐穩(wěn)燃需求。

3．5 空氣量

燃?xì)馊紵璧目諝饬浚Q于燃?xì)饬考袄碚摽諝饬?。空氣量的計算如下?/p>

式中：V0k為燃?xì)獾念~定空氣量；Vq為燃?xì)饬?；α為過量空氣系數(shù)，一般取1．2。如燃燒器的額定燃?xì)饬縑q＝2 416．6 Nm3／h，理論空氣量V0k＝9．64 Nm3／h，取過量空氣系數(shù)α＝1．2，燃燒器的額定空氣量為

Vk＝V0k×Vq×α＝2 416．6×9．64×1．2＝27 955．2 Nm33．6 燃?xì)馊紵b置的布置

燃?xì)恻c火燃燒器的布置位置與原油燃燒器相同，四角布置在CD，EF層原油燃燒器噴口內(nèi)，利用原二次風(fēng)噴口，標(biāo)高與中心位置不變。

3．7 燃?xì)馊紵b置配風(fēng)系統(tǒng)

燃?xì)馊紵鞑捎迷惋L(fēng)道的調(diào)節(jié)擋板進(jìn)行燃?xì)馊紵髋滹L(fēng)量的調(diào)節(jié)，通過二次風(fēng)道將風(fēng)送入燃?xì)馊紵鞯呐滹L(fēng)器及二次風(fēng)噴口，對燃?xì)馊紵M(jìn)行配風(fēng)及補風(fēng)。由于原油槍的空氣量與燃?xì)獾目諝饬肯喈?dāng)，所以原油風(fēng)道的風(fēng)量滿足燃?xì)馊紵鞯男枰?/p>

4 天然氣管線系統(tǒng)設(shè)計

本項目天然氣氣源采用LNG氣化站直供，氣源出口壓力0．2 MPa，管徑取DN300 mm，最大輸出流量13 000 Nm3／h，天然氣高位發(fā)熱量37．4 MJ／m3，Rhon為0．62 kg／m3；CH4體積比93．9%。

4．1 燃?xì)饽腹芫€系統(tǒng)

燃?xì)夤芫€系統(tǒng)按燃?xì)鈮毫x用中壓管道（0．01 MPa＜p≤0．2 MPa）系統(tǒng)輸送，管線系統(tǒng)包括燃?xì)饽腹芫€系統(tǒng)、單臺爐燃?xì)夥止芫€系統(tǒng)、燃?xì)庵Ч芫€系統(tǒng)。

燃?xì)饽腹芫€系統(tǒng)是指從計量站來氣到鍋爐房的管線，要求計量站燃?xì)鈮毫?．2 MPa，流量為13 000 Nm3／h，通過DN300 mm無縫鋼管從LNG氣化站直接取氣至1＃，2＃鍋爐處。在鍋爐房前鋼管上安裝手動閥、吹掃閥、壓力表。

4．2 單臺爐燃?xì)夥止芫€系統(tǒng)

從兩臺爐天然氣母管道附近，由1條DN300 mm管道將天然氣引至每臺鍋爐點火平臺，且在適當(dāng)位置繞爐膛1圈。該管路上布置1臺手動球閥（分爐總?cè)肟陂T）、1臺氣動快速關(guān)斷球閥、1臺流量計、1臺就地壓力表、1臺壓力變送器及6臺壓力開關(guān)等。在該管道手動球閥前還布置有1路DN100 mm放空管路，聯(lián)通各分、支管路放空管路后引至爐頂，總放空管高于爐頂2 m。在流量計前布置1條DN50 mm吹掃置換管路，設(shè)置1臺手動球閥、1臺就地壓力表、1臺氣動球閥及1臺止回閥等，在該管路最遠(yuǎn)處布置1條DN25 mm疏水管路，該疏水管路上布置2臺手動球閥。

4．3 各角天然氣分管道

從爐前圍繞的DN300mm天然氣分管道上，四角引出4條DN150 mm天然氣分管道，用于對應(yīng)各個角的天然氣燃燒器。該DN150 mm管路上布置手動球閥、氣動調(diào)節(jié)閥、氣動快速關(guān)斷球閥、管道阻火器、壓力變送器、就地壓力表各1臺，并與燃?xì)馊紵饔媒饘佘浌芟噙B。在DN150 mm手動球閥后設(shè)置1路DN25 mm放空管。該放空管上布置1臺手動球閥、1臺氣動放空閥，放空管引至DN100 mm放空母管。在氣動快速關(guān)斷球閥后將原油槍霧化蒸汽管路接至對應(yīng)燃?xì)馊紵?，用于燃?xì)馊紵鞔祾摺?/p>

4．5 天然氣管線系統(tǒng)的設(shè)計計算

燃?xì)飧呶粺嶂礠ydw＝37 400 kJ／m3，燃?xì)饷芏圈眩?．75 kg／m3，燃?xì)鈮毫υO(shè)定為P＝50 kPa。為滿足鍋爐穩(wěn)燃，需同時投運4臺燃?xì)馊紵?，單臺氣槍設(shè)計燃?xì)饬繛? 400 Nm3／h，單臺爐最大設(shè)計燃?xì)饬繛? 600 Nm3／h。

4．6 天然氣泄露監(jiān)測系統(tǒng)

為保證燃?xì)庀到y(tǒng)的安全，按規(guī)定配備天然氣檢漏裝置，每臺爐布置5只可燃?xì)怏w探測器，燃燒器閥組4只及母管閥組1只，將全部可燃?xì)怏w探測器信號接入DCS系統(tǒng)。當(dāng)有天然氣泄漏時，發(fā)出報警信號，保證鍋爐安全運行。

5 結(jié)語

目前國內(nèi)電力行業(yè)形勢日益嚴(yán)峻，超超臨界燃煤電廠雖在業(yè)內(nèi)具有煤耗低、減排效果好等優(yōu)勢，但隨著國家對節(jié)能環(huán)保的要求不斷加強，要適應(yīng)各種不利的市場局面，必須深入研究低負(fù)荷優(yōu)化節(jié)能和穩(wěn)燃技術(shù)。2016年間，國務(wù)院、發(fā)改委、能源局、工商總局等多部門先后出臺多項政策，分別涉及天然氣領(lǐng)域的官網(wǎng)開放、價格改革、成本審核、壟斷合規(guī)等方面。很多省市在大幅擴大天然氣管道鋪設(shè)面積，有的甚至已為電廠這種大型用戶免費進(jìn)行配套設(shè)施建設(shè)，電廠只需完成廠內(nèi)設(shè)備改造即可，省去LNG約350萬投資，且無需氣站的運維成本，改造經(jīng)濟(jì)性大幅提升。天然氣穩(wěn)燃改造，為燃煤電廠引入清潔的助燃技術(shù)，不僅能為電廠提高市場競爭力提供技術(shù)依托，還能顯著提升電廠環(huán)保經(jīng)濟(jì)性能，是極佳的技改方案。

［1］ 劉眾擎，何宏舟，莊煌煌．天然氣助燃超細(xì)無煙煤粉燃燒器設(shè)計要點概述［J］．工業(yè)鍋爐，2015（2）：1－5．

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［3］ 劉圣勇，張百良，劉志剛，等．電站鍋爐天然氣點火裝置的設(shè)計與研究［J］．熱能動力工程，2002，17（2）：180－182．

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A Study on the Renovation Design of the Stable Combustion System of the Ultra－Supercritical Coal－Fired Boiler

CHEN Ming
（Shenzhen Energy Hopewell Power（Heyuan）Co．，Ltd．，Heyuan Guangdong517025，P．R．China）

Plasma ignition and stable combustion with light diesel oil are applied in the ultra supercritical coal fired boiler of the power plant．However，the fuel system is not environmentally friendly and the plasma igniter can not work in timewhen the combustion is not stable．This paper introduces the design process of the natural gas combus tion supporting renovation for the stable combustion system of the boiler，which can solve the above mentioned prob lems and realize energy conservation and environmental protection．

boiler；stable combustion system；natural gas；renovation

TK124

A

1008 8032（2017）03 0037 04

2017－03－21

陳 銘（1984－），工程師，研究方向為電廠安全、節(jié)能、環(huán)保等方面技術(shù)。