氣化微油點(diǎn)火技術(shù)在600mw超臨界直流鍋爐蒸汽吹管中的應(yīng)用

氣化微油點(diǎn)火技術(shù)在600mw超臨界直流鍋爐蒸汽吹管中的應(yīng)用

中國(guó)的能源消耗高，石油少，煤炭替代石油是滿(mǎn)足中國(guó)國(guó)情的一項(xiàng)重要能源政策。面對(duì)國(guó)際原油價(jià)格上漲及國(guó)內(nèi)電廠(chǎng)競(jìng)價(jià)上網(wǎng)政策的出臺(tái),減少鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷穩(wěn)燃用油以降低發(fā)電成本,提高競(jìng)爭(zhēng)力,已成為發(fā)電企業(yè)迫在眉睫的問(wèn)題。若采用傳統(tǒng)點(diǎn)火方式,燃煤電廠(chǎng)在機(jī)組啟動(dòng)、調(diào)試期間用油量很大,據(jù)保守估計(jì),一臺(tái)600MW機(jī)組的調(diào)試用油約7000t,因此開(kāi)發(fā)無(wú)油或者少油鍋爐點(diǎn)火技術(shù)成為當(dāng)前一個(gè)重要的課題。某發(fā)電公司2號(hào)鍋爐安裝了氣化微油燃燒器,該鍋爐吹管僅耗油22t,與1號(hào)爐相比,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益,極大地促進(jìn)了節(jié)油降耗問(wèn)題的解決。1直接燃燒和研磨技術(shù)的原理微油氣化點(diǎn)火直接點(diǎn)燃煤粉系統(tǒng)運(yùn)用了氣化微油量燃燒技術(shù)和煤粉多級(jí)燃燒能量逐級(jí)放大技術(shù)。1.1加熱燃燒及氣化氣化微油量燃燒技術(shù)是利用壓縮空氣的高速射流,將燃料油直接擊碎,霧化成納米級(jí)超細(xì)油滴進(jìn)行燃燒,同時(shí)用燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)燃料進(jìn)行初期加熱、擴(kuò)容并后期加熱,在極短時(shí)間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)氣化,使正常燃燒過(guò)程中的油槍直接燃燒氣體燃料,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(qiáng),其傳播速度超過(guò)音速,火焰呈完全透明狀(根部為藍(lán)色,中間及尾部為透明白色),火焰中心溫度高達(dá)1500~2000℃。1.2煤粉燃燒結(jié)構(gòu)燃料若使煤粉氣流達(dá)到著火溫度,必須提供一定的熱量,才能點(diǎn)燃煤粉。根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算,每小時(shí)點(diǎn)燃300kg的煤粉,需要200kW左右的點(diǎn)火能量,折算成0號(hào)柴油,需要15kg。因此,每小時(shí)采用15~20kg的小油槍,完全能點(diǎn)燃300kg左右的煤粉。采用圖1所示的多級(jí)煤粉燃燒結(jié)構(gòu)燃燒器實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒、逐級(jí)放大。一級(jí)燃燒室內(nèi)部:高溫油氣火焰與高濃度的煤粉在此發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng),煤粉裂解同時(shí)產(chǎn)生大量揮發(fā)份并被點(diǎn)燃;煤粉二、三級(jí)燃燒室:在一級(jí)燃燒室內(nèi)被點(diǎn)燃的揮發(fā)份及部分煤粉繼續(xù)燃燒,進(jìn)入二級(jí)燃燒室將后續(xù)引入的煤粉點(diǎn)燃,如此實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒和能量逐級(jí)放大,最終引燃點(diǎn)燃3~5t/h煤粉,在燃燒器出口產(chǎn)生約1200℃的煤粉火焰。2吹管方案的確定某發(fā)電公司于2007年3月28日至2007年4月3日對(duì)2號(hào)鍋爐進(jìn)行了蒸汽吹管。由于直流爐降壓吹管的有效時(shí)間太短(每次僅為3~7s),故吹管方案定為穩(wěn)壓吹管降壓打靶,且每次穩(wěn)壓吹管結(jié)束后停爐12h。首先用2~3MPa低壓試吹一次,以檢查吹管系統(tǒng)的膨脹、支撐及排汽口安全情況,直至排氣比較干凈;接著用5.2~5.5MPa穩(wěn)壓吹管三次,每次1h,并在第三次穩(wěn)壓吹管結(jié)束時(shí)降壓打靶。共降壓吹管7次,其中4次裝有靶板,打靶結(jié)果為優(yōu)秀。2.1燃煤制粉系統(tǒng)此公司的鍋爐系東方鍋爐廠(chǎng)設(shè)計(jì)的DG1950/25.4-Ⅱ3超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐。鍋爐采用前后墻對(duì)沖燃燒方式、旋流燃燒器;采用6套中速磨煤機(jī)、正壓冷一次風(fēng)機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)。燃煤設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煤,校核煤種為晉北煙煤,實(shí)際入廠(chǎng)煤的煤質(zhì)特性見(jiàn)表1。針對(duì)該公司600MW機(jī)組的具體情況,將2號(hào)爐A層燃燒器(A1—A6)改造成氣化微油點(diǎn)火煤粉燃燒器。改造后的系統(tǒng)由氣化微油點(diǎn)火系統(tǒng)、一次風(fēng)加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。氣化微油點(diǎn)火系統(tǒng)由燃油、壓縮空氣、燃燒器、助燃風(fēng)、壁溫監(jiān)測(cè)、火檢系統(tǒng)等組成;一次風(fēng)加熱系統(tǒng)由暖風(fēng)器、風(fēng)門(mén)、支吊架等組成;控制系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)和制粉系統(tǒng)進(jìn)行控制,保證鍋爐安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。氣化微油點(diǎn)火油系統(tǒng)的額定參數(shù)為油壓1.3MPa,耗油量50kg/h。2.2煤機(jī)投煤方案改造前的投煤點(diǎn)火升溫升壓的速度通過(guò)油壓的調(diào)節(jié)和油槍的增減進(jìn)行控制,而改造后僅通過(guò)煤量增減就可進(jìn)行升溫升壓速度的控制。氣化微油點(diǎn)火在投粉前位于燃燒器中的微油點(diǎn)火槍處于投運(yùn)狀態(tài),磨煤機(jī)入口風(fēng)溫達(dá)到規(guī)定值后即可投煤。如圖2所示。由于直吹式制粉系統(tǒng)特性,且給煤機(jī)的最低給煤率為22~27t/h,開(kāi)啟給煤機(jī)的下煤閘板后,入爐燃料由0迅速增加到23t/h,但是為保證水動(dòng)力的穩(wěn)定性,直流鍋爐規(guī)定了最低的啟動(dòng)流量(該爐的規(guī)定值為400t/h)。投入A制粉系統(tǒng)后,水煤比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行時(shí)的8∶1,再加上此時(shí)燃盡率較低。所以此階段主蒸汽的最大升溫速率為1.93℃/min,最大升壓速率為0.017MPa/min,完全滿(mǎn)足運(yùn)行規(guī)程規(guī)定的升溫、升壓速率要求(升壓速率小于0.06MPa/min,升溫速率小于2℃/min)。2.3吹管及氣化微油點(diǎn)火系統(tǒng)費(fèi)用此公司1號(hào)、2號(hào)鍋爐采用相同的吹管方案,由于點(diǎn)火方式各異,產(chǎn)生的費(fèi)用也不同。如表2所示:以目前0號(hào)輕柴油價(jià)格為0.5萬(wàn)元/t,燃煤價(jià)格0.04萬(wàn)元/t,制粉單耗按25kWh/t,廠(chǎng)用電價(jià)0.6元/kWh計(jì),則1號(hào)爐的吹管費(fèi)用約為827萬(wàn)元;2號(hào)爐吹管費(fèi)用僅為87萬(wàn)元。一套氣化微油點(diǎn)火系統(tǒng)初投資按240萬(wàn)元計(jì)算,則在2號(hào)爐僅在吹管階段就比1號(hào)爐節(jié)約了500萬(wàn)元。假設(shè)2號(hào)爐改造成等離子點(diǎn)火系統(tǒng)(假設(shè)吹管耗煤量相同):等離子點(diǎn)火打火器耗電20kWh/t,吹管期間所耗陰極為10個(gè),每個(gè)按1000元價(jià)計(jì)算,吹管所產(chǎn)生的費(fèi)用約為82萬(wàn)元,與氣化微油點(diǎn)火相差無(wú)幾。但是一套等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的初投資至少500萬(wàn)元,比氣化微油點(diǎn)火系統(tǒng)多出260萬(wàn)元。氣化微油點(diǎn)火系統(tǒng)除了用少量油之外,日常維護(hù)量小,操作簡(jiǎn)單。由此可見(jiàn),利用氣化微油點(diǎn)火系統(tǒng),可以產(chǎn)生可觀(guān)的經(jīng)濟(jì)效益。3應(yīng)注意天然氣小油點(diǎn)的技術(shù)和應(yīng)用3.1微油槍點(diǎn)火的影響考慮在點(diǎn)火過(guò)程中煤粉燃燒的要求及鍋爐運(yùn)行的安全,在熱工邏輯上規(guī)定了“任意兩支微油槍失去火焰,A磨煤機(jī)跳閘”。因此,在實(shí)際使用中,如何減少甚至杜絕兩個(gè)或以上微油槍同時(shí)滅火或失去火檢是關(guān)鍵問(wèn)題。在吹管過(guò)程中,曾出現(xiàn)以下兩種原因引起的滅火:a)微油槍初始點(diǎn)火時(shí)油壓波動(dòng)引起滅火。氣化微油系統(tǒng)的母管使用?22mm×3mm不銹鋼管,單支油槍采用?14mm×2mm不銹鋼管連接,由于母管管徑小、流量小,而且沒(méi)有穩(wěn)壓裝置,導(dǎo)致點(diǎn)火初期出現(xiàn)油壓波動(dòng),使已投運(yùn)的油槍滅火,加裝穩(wěn)壓裝置后,此問(wèn)題徹底解決。b)油槍助燃風(fēng)壓力低,使微油火焰剛度不夠,被帶有強(qiáng)烈旋流的三次風(fēng)吹滅。起初油槍助燃風(fēng)取自送風(fēng)機(jī)出口,很難達(dá)到助燃風(fēng)要求的2kPa,將油槍助燃風(fēng)風(fēng)源改為冷一次風(fēng)后此問(wèn)題得以解決。3.2煤少風(fēng)大時(shí)煤粉燃燒效果差由于磨煤機(jī)設(shè)有“入口風(fēng)壓<6.2kPa跳磨煤機(jī)”的邏輯,為了避免磨煤機(jī)跳閘,初次點(diǎn)火時(shí)A磨煤機(jī)入口風(fēng)壓一般維持在6.5kPa左右,此時(shí)磨煤機(jī)的入口風(fēng)量約105t/h,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于初始點(diǎn)火風(fēng)量設(shè)計(jì)值80t/h。另外,為了在啟動(dòng)初期控制升溫升壓的速度,磨煤機(jī)基本上以最小給煤量22t/h運(yùn)行。因此在煤少風(fēng)大的情況下,磨煤機(jī)內(nèi)部煤層厚度比較薄,容易造成運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)振動(dòng)大的現(xiàn)象。而且在煤少風(fēng)大、一次風(fēng)速偏高下,不利于煤粉點(diǎn)燃和組織燃燒。在這種情況下投煤粉,煤粉燃盡率低。如表3所示,剛投煤粉時(shí)飛灰可燃物含量高至32.65%,隨著給煤量的增加和爐膛溫度的升高,燃燒效果越來(lái)越好,飛灰可燃物含量也逐漸降低。因此,在點(diǎn)火初期,要綜合考慮磨煤機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性、煤粉燃盡率是否利于煤粉著火幾個(gè)方面的關(guān)系。綜合幾個(gè)方面的原因,后將A磨煤機(jī)“入口風(fēng)壓<6.2kPa跳磨煤機(jī)”的邏輯取消,將磨煤機(jī)入口風(fēng)壓降低至5.8kPa