超臨界直流鍋爐等離子點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用分析

超臨界直流鍋爐等離子點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用分析

福建大唐國際寧德發(fā)電公司一期工程2.600mww離心式發(fā)電裝置。該鍋爐由黑龍江省鍋爐廠開發(fā)，并采用英國三角帆板公司技術(shù)。螺旋管系列hg-1900/25.4ym4具有設(shè)計(jì)和制造方法。類型：單爐、中壓加熱、對壓燃燒法、平衡通風(fēng)、室外配置、固定負(fù)荷、懸掛式發(fā)電鍋爐。燃燒系統(tǒng)采用三井巴布科克公司的低NOx軸向旋流煤粉燃燒器(LNASB),燃燒器前后墻對稱布置。制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)正壓直吹方式,每臺(tái)鍋爐配6臺(tái)中速磨煤機(jī),磨煤機(jī)為上海重型機(jī)械廠生產(chǎn)的HP1003型中速磨煤機(jī),燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí),5臺(tái)運(yùn)行,1臺(tái)備用。前后墻各3層燃燒器,每層5只燃燒器,共30只燃燒器,每臺(tái)磨煤機(jī)出口5根輸粉管對應(yīng)供給前墻(或后墻)一層5臺(tái)煤粉燃燒器。燃煤設(shè)計(jì)煤種為大同塔山礦洗精煤,校核煤種為東勝納林廟煙煤,點(diǎn)火及助燃用油為零號輕柴油,油槍采用機(jī)械霧化。在鍋爐前墻最下層E制粉系統(tǒng)對應(yīng)燃燒器上安裝了一套等離子點(diǎn)火裝置,等離子燃燒器具有在鍋爐啟動(dòng)初期點(diǎn)火的功能,并具有原煤粉燃燒器的全部功能,不影響鍋爐的安全和出力。寧德發(fā)電公司一期工程3、4號機(jī)組分別于2006年6月6日和2006年9月8日投產(chǎn)發(fā)電。1等離子燃燒技術(shù)由于等離子燃燒器原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的原因,等離子發(fā)生器運(yùn)行中斷弧頻繁,等離子磨煤機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定,等離子燃燒器燃燒不穩(wěn)定,適應(yīng)煤種性能差,機(jī)組啟動(dòng)過程中需投油槍助燃,無法真正實(shí)現(xiàn)無油點(diǎn)火,設(shè)備可靠性低,浪費(fèi)燃油;且啟動(dòng)過程中投入大量燃油助燃導(dǎo)致電除塵無法投運(yùn),造成粉塵排放,污染環(huán)境;由于載體風(fēng)機(jī)風(fēng)壓不能滿足需求,需用壓縮空氣保證風(fēng)壓,壓縮空氣控制不穩(wěn)定,造成輸送弧和等離子燃燒器、中心風(fēng)筒損壞,更換部件費(fèi)用昂貴;運(yùn)行調(diào)整困難;冷爐點(diǎn)火時(shí)(特別是點(diǎn)火初期),燃盡率低,爐膛存在大量未著火的煤粉,存在鍋爐爆炸的風(fēng)險(xiǎn),且飛灰可燃物含量高(達(dá)33%),存在鍋爐尾部發(fā)生二次燃燒的隱患。為提高等離子燃燒器設(shè)備可靠性和經(jīng)濟(jì)性,保證機(jī)組啟動(dòng)穩(wěn)定,節(jié)省燃油和節(jié)省更換損壞部件的費(fèi)用,保證電除塵投入率,實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo),對3、4號鍋爐等離子燃燒器進(jìn)行技術(shù)改造,很有必要。2009年1月利用3號鍋爐春節(jié)檢修的機(jī)會(huì)對3號鍋爐等離子燃燒器進(jìn)行了技術(shù)改造。2稱重傳感器的設(shè)計(jì)與性能的比較2.1次風(fēng)交叉點(diǎn)火裝置及改造原設(shè)計(jì)方案為:拆除前墻下層原英巴燃燒器的中心風(fēng)管及其內(nèi)部的油槍,將其替換為可實(shí)現(xiàn)分級點(diǎn)火的等離子燃燒器,在原一次風(fēng)管上加裝分叉管,引出部分煤粉為等離子燃燒器供粉。在鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)階段,一次風(fēng)分叉管上的插板門打開,原一次風(fēng)管內(nèi)的部分煤粉通過分叉管被引至等離子燃燒器,煤粉被等離子電弧點(diǎn)燃并噴入爐膛;一次風(fēng)管內(nèi)剩余的煤粉繼續(xù)沿一次風(fēng)管進(jìn)入原燃燒器的一次風(fēng)室,并向前噴入爐膛后被等離子燃燒器所產(chǎn)生的煤粉火焰點(diǎn)燃。在鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行階段,一次風(fēng)分叉管上的氣動(dòng)插板門關(guān)閉,所有煤粉仍按原設(shè)計(jì)路徑進(jìn)入燃燒器的一次風(fēng)室,燃燒器完全按原設(shè)計(jì)方式運(yùn)行。等離子燃燒器的外形尺寸完全按照原燃燒器的中心風(fēng)管設(shè)計(jì),只需將前墻下層燃燒器中心風(fēng)管從燃燒器后端抽出,將等離子燃燒器插入即可。加裝等離子點(diǎn)火裝置后前墻下層燃燒器與鍋爐廠設(shè)計(jì)唯一不同的是其中心油槍被拆除,其點(diǎn)火及助燃的功能將由等離子發(fā)生器替代。改造方案:為了完善等離子燃燒器,徹底解決原分叉管設(shè)計(jì)方案出現(xiàn)的問題,進(jìn)一步對等離子燃燒器進(jìn)行改造,整體更換原一次風(fēng)噴嘴為等離子燃燒器,徹底取消英巴燃燒器原設(shè)計(jì)的中心風(fēng)筒及油槍結(jié)構(gòu),取消原設(shè)計(jì)等離子燃燒器的分叉管結(jié)構(gòu),用等離子點(diǎn)火器代替原來的油槍,一次風(fēng)由原設(shè)計(jì)的帶有一定旋流的方式改為純直流方式進(jìn)入燃燒器,同時(shí)增大原英巴燃燒器一次風(fēng)筒的噴口截面積,并在一次風(fēng)與二次風(fēng)之間增加夾層風(fēng)(改原來中心風(fēng)為夾層風(fēng)),取消原分叉管電動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和電動(dòng)插板門電氣和控制部分,其它電氣、控制以及輔助系統(tǒng)不做任何改動(dòng)。等離子點(diǎn)火燃燒器的外形尺寸完全按照原燃燒器的一次風(fēng)部分設(shè)計(jì),現(xiàn)場改造時(shí)只需將前墻下層燃燒器一次風(fēng)結(jié)構(gòu)從燃燒器后端抽拆出,將等離子燃燒器插入,等離子燃燒器入口與帶有濃縮機(jī)構(gòu)的一次風(fēng)彎頭用法蘭連接;等離子點(diǎn)火器沿軸向插入等離子燃燒器,由支座安裝在一次風(fēng)彎頭上;一次風(fēng)粉由一次風(fēng)彎頭進(jìn)燃燒器。在鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃期間,該燃燒器具有等離子點(diǎn)火和穩(wěn)燃功能;在鍋爐正常運(yùn)行時(shí),該燃燒器具有主燃燒器功能,且在出力方面及燃燒工況與原來保持一致。2.2改造等離子燃燒系統(tǒng)原設(shè)計(jì)方案為了盡量保證等離子燃燒器與原英巴型燃燒器性能完全相同,雖然保證了燃燒器在正常運(yùn)行時(shí)的性能,但此方案限制了等離子裝置的設(shè)計(jì)空間,影響了其點(diǎn)火效果和煤種適應(yīng)性,容易造成燃燒器結(jié)焦甚至燒壞燃燒器;同時(shí)這種方案等離子系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試難度較高,檢修和維護(hù)工作量大。(1)改造后等離子燃燒器性能改善改造未對旋流燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)進(jìn)行改動(dòng),改造后燃燒器及爐內(nèi)的空氣動(dòng)力場變化較小,正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)影響爐內(nèi)燃燒組織;未對燃燒器噴口的火焰穩(wěn)定部件進(jìn)行改動(dòng),有利于燃燒器原著火及穩(wěn)燃特性的保留,與原有燃燒器相比較:(1)對一次風(fēng)筒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有較大改變。一次風(fēng)筒內(nèi)的油槍及中心風(fēng)取消,正常運(yùn)行中原有的四周濃縮變?yōu)橹行臐饪s。原有的濃縮含粉氣流接觸的是相對較冷的二次風(fēng),改造后的燃燒器濃縮的煤粉集中在一次風(fēng)管中心(中心為高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)),更容易著火,同時(shí)實(shí)現(xiàn)濃淡燃燒,降低NOx;(2)設(shè)備運(yùn)行控制更加簡單化。取消一次風(fēng)分叉管后,使等離子燃燒器控制程序簡單,系統(tǒng)控制電源簡化。避免了分叉管插板門卡塞現(xiàn)象的發(fā)生,等離子燃燒器既可作為點(diǎn)火燃燒器使用,又可作為主燃燒器使用。等離子燃燒器可保證較好的燃燒效果,投入功率靈活可靠,以滿足機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)、低負(fù)荷穩(wěn)燃和滑停的要求。(2)改造后增加了多項(xiàng)防止燃燒器結(jié)焦的措施a.設(shè)計(jì)采用電磁線圈磁壓縮作用的長距離輸送等離子發(fā)生器,并沿燃燒器軸向布置,這樣,在燃燒器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上避免了一次風(fēng)、等離子流可能形成的回流區(qū),是避免結(jié)焦的主要措施。b.在燃燒器設(shè)計(jì)中,考慮到一級燃燒室主要是煤粉裂解及揮發(fā)分燃燒,因此防止結(jié)焦的措施主要放在二級燃燒室,二級燃燒器室設(shè)計(jì)參數(shù),以燃燒器的出力為主要參數(shù),借鑒已經(jīng)投運(yùn)的大量工程,適當(dāng)降低燃燒器的點(diǎn)火出力,從而降低燃燒器內(nèi)的熱負(fù)荷,防止結(jié)焦發(fā)生。c.等離子燃燒器屬內(nèi)燃式燃燒器。等離子點(diǎn)火過程中,煤粉在燃燒器內(nèi)被點(diǎn)燃,火焰向爐膛傳播。在燃燒器內(nèi)溫度梯度很大,體積急劇膨脹,流速高,其本身具有自吹掃及緩解結(jié)焦能力。d.增加監(jiān)測手段,在每臺(tái)等離子燃燒器熱負(fù)荷較高的區(qū)域,增加兩個(gè)燃燒器壁溫測點(diǎn),并在邏輯上增加“燃燒器壁溫高聲光報(bào)警”,運(yùn)行中發(fā)生“燃燒器壁溫高聲光報(bào)警”時(shí),及時(shí)調(diào)整給煤量、一次風(fēng)量,可以很快消除結(jié)焦的隱患。(3)改造后等離子燃燒器系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化,關(guān)鍵設(shè)備壽命提高:(1)等離子燃燒器充分考慮了在作為主燃燒器使用時(shí)的耐磨損、耐燒損問題,壽命能滿足鍋爐檢修周期的要求。(2)技術(shù)改造后,調(diào)整優(yōu)化等離子點(diǎn)火系統(tǒng)各系統(tǒng)參數(shù),等離子發(fā)生器的陰陽極壽命得到進(jìn)一步提高。(4)改造前后經(jīng)濟(jì)性對比改造前,由于等離子磨煤機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定,等離子燃燒器燃燒不穩(wěn)定,得伴油槍運(yùn)行,在機(jī)組達(dá)到?jīng)_車參數(shù)時(shí),磨煤機(jī)燃料量在27t/h左右,同時(shí)還有3t/h的燃油量,機(jī)組啟動(dòng)一次耗油達(dá)40t。改造后,由于設(shè)備性能改善,真正實(shí)現(xiàn)冷態(tài)無油點(diǎn)火,無油穩(wěn)燃,而且運(yùn)行穩(wěn)定,僅在升溫沖車投運(yùn)其它磨煤機(jī)時(shí),需投油槍點(diǎn)火,每次啟動(dòng)耗油8t,可節(jié)約燃油32t,按每噸燃油5000元計(jì)算,每次啟動(dòng)可節(jié)省燃油費(fèi)用16萬元,按單臺(tái)機(jī)組全年啟停3次計(jì),單臺(tái)機(jī)組年節(jié)約費(fèi)用48萬元。設(shè)備可靠性提高,部件損壞大大減少,年節(jié)約更換部件(輸送弧、一次風(fēng)筒等)費(fèi)用達(dá)20萬元,同時(shí)由于燃盡性的提高,總?cè)剂狭繒?huì)有所下降。技術(shù)改造以設(shè)備投運(yùn)最大化、投資最小化為原則,改造內(nèi)容僅為燃燒器及連接部分,其它部分不做變動(dòng)。改造費(fèi)用為每臺(tái)機(jī)組60萬元人民幣,一年可收回改造投資。改造后檢修維護(hù)、運(yùn)行調(diào)整工作量大大減小。技術(shù)改造以取消分叉管、原燃燒器改造成等離子燃燒器為主;對各系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,使等離子燃燒器在最合理的運(yùn)行參數(shù)下運(yùn)行,保證系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。改造后,運(yùn)行及檢修人員僅按照廠家操作說明執(zhí)行,不必再次調(diào)整各參數(shù),減少電廠在該系統(tǒng)設(shè)備上投入的人力物力,提高設(shè)備利用率。3等離子點(diǎn)火系統(tǒng)改造通過對3號鍋爐等離子燃燒器進(jìn)行改造,機(jī)組啟動(dòng)直接采用等離子模式啟動(dòng),等離子運(yùn)行較穩(wěn)定,未出現(xiàn)過掉弧現(xiàn)象,并且著火情況良好,圖象火檢觀看著火清晰,就地觀看著火火焰明亮,燃燒很好,飛灰檢查,含炭量不高,可以完全實(shí)現(xiàn)無油點(diǎn)火。新型等離子燃燒器的點(diǎn)火性能、防結(jié)焦性能和對煤種的適應(yīng)范圍均較以前有大幅度提高。改進(jìn)后的等離子燃燒器點(diǎn)火效果將大大優(yōu)于原等離子燃燒器,同時(shí)燃燒效率和NOx排放等性能可達(dá)到或優(yōu)于原英巴燃燒器。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)整體性能提高,設(shè)備投入率100%,節(jié)省大量燃油及運(yùn)行和檢修成本,同時(shí)大大降低鍋爐爆燃和發(fā)生二次燃燒的危險(xiǎn)。改造達(dá)到預(yù)期效果。等離子燃燒器改造前后優(yōu)缺點(diǎn)對比:(1)分叉管方案優(yōu)點(diǎn)是不改變原燃燒器的結(jié)構(gòu)性能。缺點(diǎn)是:(1)限制了等離子裝置的設(shè)計(jì)空間,影響了其點(diǎn)火效果和煤種適應(yīng)性,容易造成燃燒器結(jié)焦甚至燒壞燃燒器,同時(shí)輸送弧易燒損;(2)等離子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,運(yùn)行調(diào)試難度較高,檢修和維護(hù)的量大;(3)電動(dòng)調(diào)整擋板工作條件惡劣,故障率較高;(4)復(fù)雜的分叉管結(jié)構(gòu)增加一次風(fēng)管道阻力。(2)整體更換方案優(yōu)點(diǎn):(1)一次風(fēng)煤粉均由等離子燃燒器點(diǎn)燃,保證等離子的點(diǎn)火效果,增加了煤種適應(yīng)性;(2)增大一次風(fēng)筒尺寸,降低