氣化微油點火燃燒啟動方式的安全性和經(jīng)濟性分析

氣化微油點火燃燒啟動方式的安全性和經(jīng)濟性分析

隨著中國對石油的需求增加，發(fā)電公司的燃料成本增加，這對節(jié)省燃料日常工作尤為重要。燃油消耗的主要原因是從低負荷穩(wěn)定燃燒過程轉(zhuǎn)變?yōu)殄仩t的燃燒和停止過程。傳統(tǒng)的大油槍點火方式已不適應(yīng)日益緊張的石油資源供應(yīng),等離子點火、小油槍點火技術(shù)等各種無油或少油點火穩(wěn)燃節(jié)油技術(shù)不斷涌現(xiàn),給降低燃油消耗提供了技術(shù)支持。某電廠4號爐改造前采用機械霧化油槍,啟動油槍噴油量800kg/h,因為機組檢修后試驗多,調(diào)試時間長,耗油量特別大。為了降低機組啟動時的耗油量,對4號爐進行了微油點火改造。本文對改造后的鍋爐運行情況及相關(guān)試驗進行分析。1冷塊的總結(jié)和啟動和研磨試驗1.1鍋爐摻燒系統(tǒng)某電廠的3號及4號鍋爐是采用英國BEL公司技術(shù)制造的型號為WGZ1246/18.15-1的自然循環(huán)汽包爐,采用亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、П型布置、旋流燃燒器前墻布置、煙氣擋板調(diào)再熱汽溫、固定排渣。在350MW負荷下爐膛容積熱負荷為140.3kW/m3,斷面熱負荷為5.01MW/m2。鍋爐配置4套10.9E8中速鋼球磨煤機、正壓直吹式制粉系統(tǒng),每套制粉系統(tǒng)帶一排布置在前墻的6只雙調(diào)風(fēng)軸向調(diào)節(jié)旋流燃燒器,四排燃燒器由上至下的編號順序為ABCD。在額定負荷(350MW)下3臺磨煤機運行。24只燃燒器分成四層布置在爐膛前墻的風(fēng)箱內(nèi),二次風(fēng)箱也分成四層,每層風(fēng)箱的左右兩側(cè)均有風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板。每個燃燒器中部有1只機械霧化油槍,用于機組啟動時的升溫、升壓和磨煤機啟、停操作時的輔助燃燒。1.2投用磨煤機根據(jù)規(guī)定,機組冷態(tài)啟動方式下使用油槍點火升壓一直到并網(wǎng),并網(wǎng)后才允許啟動磨煤機投煤粉運行。這種啟動方式耗用燃油量大,尤其是啟動中故障也多,一次啟動的用油量在100～200t。如果能在鍋爐點火后適時投用磨煤機,及早以煤代油就能取得很好的節(jié)油效果。為此,2005年11月3號機組小修后曾進行了冷爐啟磨、以煤代油的試驗。通過修改有關(guān)邏輯和磨煤機對應(yīng)燃燒器的運行方式,在機組冷態(tài)啟動時實現(xiàn)以煤代油,并取得了成功。2燃料微油燃燒2.1蒸發(fā)氣化燃燒油槍氣化微油點火燃燒器的工作原理是:先利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎,霧化成超細油滴進行燃燒,同時用燃燒產(chǎn)生的熱量對燃料進行初期加熱、擴容、后期加熱,在極短的時間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)氣化,使油槍在正常燃燒過程中直接燃燒氣體燃料,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,其傳播速度超過聲速,火焰呈完全透明狀(根部為藍色,中間及尾部為透明白色),火焰中心溫度高達1500～2000℃。微油氣化油槍燃燒形成的高溫火焰,使進入一次室的濃相煤粉顆粒溫度急劇升高、破裂粉碎,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室內(nèi)與稀相煤粉混合,并點燃稀相煤粉,實現(xiàn)了煤粉的分級燃燒,大大減少煤粉所需的引燃能量。2.2d層燃燒微油點火系統(tǒng)改造3號機組采用冷爐啟磨方式進行冷態(tài)啟動后,用油量大幅度地下降,但因為需要用油槍烘爐,所以每次啟動仍然用30～40t燃油。為了進一步降低啟動用油量,2009年11月4號機組大修中對D層燃燒器進行了微油點火改造。因為微油點火改造后的小油槍噴油量更小,在磨煤機入口增加了暖風(fēng)器,可以在實現(xiàn)點火的同時啟動磨煤機,使機組啟動的用油量減小。2.3煤粉燃燒及煤調(diào)濕風(fēng)道可改造內(nèi)容包括:(1)對最下層的D層燃燒器一次風(fēng)室進行了更換,原旋流燃燒器主結(jié)構(gòu)不變,只將燃燒器前部一次風(fēng)管更換為一級、二級煤粉燃燒室,實現(xiàn)分級燃燒;(2)在一級燃燒室前設(shè)有煤粉濃縮裝置,便于將貼壁的煤粉向中心濃縮;(3)取消了原一次風(fēng)內(nèi)的中心套筒,中間插入氣化小油槍替換掉原來的大油槍;(4)為了提高煤粉溫度,在D磨煤機進口增加了旁路風(fēng)道和采用蒸汽加熱的暖風(fēng)器;(5)為了穩(wěn)定氣化小油槍的油壓,在小油槍進油小母管上增加了穩(wěn)壓罐,通過調(diào)節(jié)閥調(diào)整進入穩(wěn)壓罐空氣來微調(diào)小油槍噴油量和穩(wěn)定小油槍油壓。2.4啟動后開始改造后進行了3次啟動試驗。(1)小油槍噴油量測定機組采用APS方式進行鍋爐升溫升壓,D層小油槍投運后APS自動啟動磨煤機,之后保持6只小油槍和D磨運行,經(jīng)測定小油槍單槍噴油量227kg/h。(2)d層二次風(fēng)壓提高因為處理油槍缺陷,所以啟磨時油槍已經(jīng)將二次風(fēng)溫加熱到83℃。磨煤機啟動后在15t/h煤、60t/h一次風(fēng)量下煤粉著火很差。后將D層二次風(fēng)壓由300Pa提高到650Pa左右后著火有好轉(zhuǎn),但總體著火和燃燒情況很差,爐膛不亮,火星多。將一次風(fēng)量減小到52t/h仍無好轉(zhuǎn);再將煤加到18t/h、一次風(fēng)量提高到60t/h也無明顯變化。(3)煤粉細度與燃燒飛灰的試驗每支小油槍噴油量為114kg/h,點火后馬上進行暖磨。磨煤機啟動后取樣化驗,煤粉細度R75=43.2%(對應(yīng)13t/h煤,65t/h一次風(fēng));參數(shù)調(diào)整后再次取樣化驗,煤粉細度R75=38.32%(對應(yīng)13/h煤,56t/h一次風(fēng))。磨煤機啟動后1h化驗A側(cè)撞擊飛灰樣,其可燃物39.12%,樣品外觀和純煤粉區(qū)別不大,很黑(B側(cè)無樣)。第2h化驗A側(cè)撞擊飛灰樣,其可燃物9.74%,B側(cè)等速樣飛灰可燃物23.29%。燃燒用煤為神華煤,w(Var)為26.61%,w(Sar)為0.4%,w(Aar)為10.89%,w(Mt)為17.14%,Qnet,ar為22258kJ/kg。2.5在冷卻和研磨過程中，不使用微油消耗為了對比,3號爐采用冷爐啟磨方式啟動時也進行了灰樣可燃物測定。3煤粉細度試驗根據(jù)技術(shù)協(xié)議,4號機組微油點火改造后保證機組啟動時飛灰含碳量≤10%。改造后共進行過4次機組的啟動,只有1次是全程使用微油點火。無論是冷爐啟磨方式還是微油點火方式,對D磨煤機加倉煤均為揮發(fā)分高、著火燃燒性能好的神華煤或準混煤,以便在磨煤機啟動后煤粉盡快著火,提高燃盡程度。表1為各次啟動中飛灰可燃物及煤粉細度。表2為各種啟動方式的對比。3.1微油點火方式啟動時飛灰可燃物情況使用微油點火啟動時曾發(fā)生以下情況:(1)第一次使用微油點火啟動時小油槍單槍噴油量227kg/h,煤火焰外觀較好,但在磨煤機啟動11h后發(fā)生A空氣預(yù)熱器著火跳閘,內(nèi)部有大量可燃物的灰粒,A空氣預(yù)熱器有部分燒損。(2)全程使用微油點火方式啟動(更換油槍霧化片后單槍噴油量為114kg/h),在磨煤機啟動后第1h撞擊飛灰樣可燃物達到39.12%,第2h等速樣飛灰可燃物還有23.29%,遠超過技術(shù)協(xié)議保證的≤10%。根據(jù)資料,很多電廠微油點火改造后啟動時飛灰可燃物都在20%～30%,所以微油點火方式啟動時鍋爐煙道、空氣預(yù)熱器、電除塵器均存在很大的二次燃燒危險。(3)幾次使用微油點火方式進行機組啟動后,均在半個月左右就發(fā)現(xiàn)電除塵灰斗有焦塊。檢查電除塵極板上有放電燒損現(xiàn)象,焦塊可燃物均在0.09%～0.3%,正常運行中灰的可燃物在2%～4%,這可能是鍋爐啟動時未燃燒的碳粒在電除塵極板中積聚后因放電產(chǎn)生二次燃燒形成焦塊,所以微油點火方式中產(chǎn)生高的飛灰可燃物對電除塵器安全運行也有很大威脅。(4)微油點火方式啟磨后因為爐膛溫度低,煤粉著火不穩(wěn)定,鍋爐發(fā)生滅火、爆燃的危險性很大。(5)鍋爐點火后就啟動磨煤機,火焰長,煙溫高,很難避免氧化皮的產(chǎn)生和脫落。3.2增加加煤機的投資使用微油點火啟動時,經(jīng)濟收效如下:(1)機組啟動全程使用微油點火方式,節(jié)油效果顯著,比采用冷爐啟磨方式節(jié)油約2/3。(2)一臺鍋爐的微油點火改造投資約160萬元,而冷爐啟磨方式只是通過修改有關(guān)邏輯程序,改變磨煤機對應(yīng)燃燒器的運行方式和運行工況,不新增投資。相同工況下微油點火與冷爐啟磨方式相比,按每次啟動節(jié)油25t、每年啟動3次計算,需要3.55年收回投資(油價按6000元/t計算)。(3)機組采用微油點火方式冷態(tài)啟動時飛灰可燃物高,也造成能源損失。4確定好煤粉系統(tǒng)的復(fù)合控制系統(tǒng),提高設(shè)備的使用和使用水平,減少小油槍點火的風(fēng)鍋爐在使用微油點火時應(yīng)注意:(1)在保證磨煤機不堵煤、一次風(fēng)管不堵粉的前提下,盡可能降低一次風(fēng)量,提高煤粉濃度,這有利于煤粉初期的著火,提高燃燒效率。(2)對于旋流燃燒器來說,保持較大的二次風(fēng)量可增加燃燒器擴散角,有利于點火初期煤粉的著火。(3)提高磨煤機出口溫度,有利于煤粉的著火。(4)調(diào)整磨煤機煤粉細度,增大煤粉與火焰接觸的表面積,有利于煤粉的著火和燃盡。(5)調(diào)整油槍噴油量,以保證完全點燃煤粉。(6)微油點火燃燒器對應(yīng)的磨煤機應(yīng)加入揮發(fā)分高、水分少、著火性能好的煤。(7)鍋爐點火后至鍋爐斷油前保持空氣預(yù)熱器蒸汽吹灰連續(xù)進行,中斷時間不得超過30min。(8)鍋爐點火至鍋爐斷油前空氣預(yù)熱器、省煤器、電除塵灰斗要連續(xù)進行排灰,防止可燃物堆積后發(fā)生二次燃燒。(9)在保證總風(fēng)量的前提下,關(guān)閉停用燃燒器的二次風(fēng)。停運燃燒器的這部分二次風(fēng)量雖然可提高煙道中的煙氣流速,但會降低爐膛溫度,也會減少小油槍層燃燒器的二次風(fēng)比例,對煤粉的著火、燃燒不利。(10)在滿足機組啟動要求的前提下,盡快提高熱負荷,減少小油槍點火的使用時間,盡早投入第2套制粉系統(tǒng)。(11)磨煤機啟動后及時取樣,檢測煤粉細度和飛灰可燃物,發(fā)現(xiàn)煤粉過粗或飛灰可燃物過大時及時停運磨煤機。(12)進行磨煤機暖風(fēng)器和空氣預(yù)熱器熱風(fēng)切換時,控制好切換速率,防止出現(xiàn)一次風(fēng)量大幅度波動。(13)啟動時加強各有關(guān)參數(shù)的檢查,發(fā)現(xiàn)異常情況及時調(diào)整解決。(14)發(fā)現(xiàn)煙道、空氣預(yù)熱器或電除塵器有著火跡象時,先停爐,后將設(shè)備隔絕,并及時采用蒸汽滅火,然后采用消防水滅火。5預(yù)冷爐啟磨后2.5%飛灰可燃物鑒定成功率高的原因雖然微油冷爐點火系統(tǒng)能實現(xiàn)機組冷、熱態(tài)啟動的節(jié)油,經(jīng)濟效益顯著,但也存在很大的安全隱患,在機組啟動時需要特別注意。(1)2