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燃烧 焚烧 介绍 调整 调剂

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低氮燃烧器介绍及燃烧调整,燃烧,焚烧,介绍,调整,调剂

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第 26 卷第 5 期 电 站 系 统 工 程 Vol.26 No.5 2010 年 9 月 Power System Engineering 13 文章编号： 1005-006X(2010)05-0013-03 1000 MW 超超临界机组不投油最低负荷稳燃特性试验研究 华北电力科学研究院有限责任公司 杨 磊 李前宇 温志强 摘 要 ： 介绍了 1000 MW 超超临界机组的不投油最低负荷稳燃特性，通过对于低负荷稳燃机理的分析给出低负荷稳燃应注意的两个方面，并通过试验说明采用切圆燃烧方式的大容量锅炉机组使用 PM 燃烧器对于低负荷稳燃有着良好的效果。 关键词： 1000MW；超超临界锅炉；调峰；不投油最低负荷稳燃；试验研究 中图分类号： TK224.1 文献标识码： A Study of 1000MW Ultra-supercritical Boiler Unit Oil-free Minimum Load Stable Combustion YANG Lei, LI Qian-yu, WEN Zhi-qiang Abstract： The characteristic of 1000MW Ultra-supercritical boiler unit oil-free minimum load stable combustion is described. The mechanism of stable combustion at minimum load is analyzed and should pay attention to two aspects of minimum load stable combustion. Large capacity unit that using the mode of tangential circle combustion for the use of PM Burner was noted by test method has good characteristic of minimum load stable combustion. Key words: 1000MW; ultra-supercritical unit boiler; peak load; oil-free minimum load stable combustion; study 目前我国电负荷峰谷差越来越大， 对发电机组的调峰性能甚至是深度调峰性能提出了更高的要求， 特别是现已投产或在建的大型锅炉机组（ 600 MW 以上级）要求具有短时间深度调峰的能力， 因此在调试阶段要对机组的设计不投油最低稳燃负荷进行校验，并在锅炉机组安全运行的情况下（燃烧工况相对稳定、汽温汽压波动在合理范围内等）探索锅炉机组的低负荷稳燃极限，为机组今后的安全、经济运行和参与电网调峰提供技术依据， 同时检验试验结果是否与设计相符，考核锅炉机组的性能保证值。 1 潮州 1000 MW 锅炉系统简介1本锅炉机组为哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的超超临界变压运行直流锅炉，采用型布置、单炉膛、改进型低NOxPM（ Pollution Minimum） 主燃烧器和 MACT（ Mitsuibishi Advanced Combustion Technology）型低 NOx分级送风燃烧系统、反向双切圆燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热、调温方式除煤/水比外，还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、喷水等方式。锅炉采用平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。燃油采用 0 号轻柴油。锅炉出口蒸汽参数为 26.25 MPa(a)/605/603 ，对应汽机的入口参数为 25.0 MPa(a)/600/600 ，其它参数见表 1。 锅炉的汽水流程以内置式汽水分离器为分界点， 从水冷壁入口集箱到汽水分离器为水冷壁系统， 从分离器出口到过热器出口集箱为过热器系统，另有省煤器系统、再热器系统和启动系统。过热器采用煤 /水比作为主要汽温调节手段，并配合 3 级喷水减温作为主汽温度的细调节， 喷水减温每级左右两点布置以消除各级过热器的左右吸热和汽温偏差。 再热器调温以烟气挡板调温为主，燃烧器摆动调温为辅，同时 收稿日期： 2010-03-29 杨磊 (1981-)，男，工程师，工程硕士。北京， 100045 在一、二级再热器之间的连接管上装有事故喷水装置。 表 1 系统参数 项 目 数 据 最大连续蒸发量 (B-MCR) 3110 t/h 额定蒸发量 (BRL) 2956 t/h 额定蒸汽压力（过热器出口） 26.25 MPa(a) 额定蒸汽压力（汽机入口） 25.00 MPa(a) 额定蒸汽温度（过热器出口） 605 蒸汽流量（ B-MCR/BRL） 2469.16/2356.64 t/h 进口 /出口蒸汽压力（ B-MCR） 5.498/5.218MPa(a) 进口 /出口蒸汽压力（ BRL） 5.274/5.004MPa(a) 进口 /出口蒸汽温度（ B-MCR） 358.6 / 603 进口 /出口蒸汽温度（ BRL） 353.6 / 603 给水温度（ B-MCR） 303.3 给水温度（ BRL） 299.8 燃烧器采用无分隔墙的八角反向双切圆燃烧方式， 全摆动燃烧器。 共设 6 层一次风口， 3 层油风室， 10 层辅助风室。整个燃烧器与水冷壁固定连接，并随水冷壁一起向下膨胀，燃烧器共 48 只，布置于前后墙上，形成二个反向双切圆，以获得沿炉膛水平断面较为均匀的空气动力场。燃烧器共 6层煤粉喷口，每层与 1 台磨煤机相配，主燃烧器采用低 NOx的 PM 型煤粉燃烧器，每只煤粉喷嘴中间设有隔板，以增强煤粉射流刚性，在主燃燃烧器的上方为 OFA 喷嘴，在距上层煤粉喷嘴上方 7.2 m 处布置有 4 层附加燃尽风 AA（ Additional Air）喷嘴，其作用是补充燃料后期燃烧所需要的空气，同时实现分级燃烧达到降低炉内温度水平，抑制NOx的生成，此 AA 燃尽风与 OFA 风一起构成 MACT 低NOx燃烧系统。每只燃烧器各装有 3 只机械雾化式油枪，全炉共 24 只油枪，其总容量为 30% BMCR，用于锅炉点火稳燃和低负荷稳燃，每只油枪均配有高能点火装置。 制粉系统采用一次风正压直吹式制粉系统。 每台锅炉设有 6 台 ZGM133G 型液压变加载中速磨，最大出力为 99.85 t/h，额定出力为 79 t/h。正常运行时， 5 台运行， 1 台备用，每台磨煤机引出的 4根煤粉管道经分配器出 8条煤粉管道连接到锅炉前墙或后墙同一层燃烧器。 密封系统采用 2 台离心14 电 站 系 统 工 程 2010 年第 26 卷 式密封风机，一运一备。 为了节约吹管和整套启动中的燃油消耗， 锅炉设置了较为成熟的等离子点火装置。根据煤质条件，实现无油点火或少油点火。 在锅炉正常运行时， 该燃烧器具有主燃烧器功能，且其出力及燃烧工况与原来保持一致。 2 低负荷稳燃原理2 3一次风粉射流从一次风喷口射入炉膛后， 主要靠从射流外侧卷吸炉内的高温烟气来提供着火供热， 一次风粉混合物的火焰传播速度一般为 1.5 6.0 m/s，而一次风粉输送速度却是 20 30 m/s， 因此在燃烧器喷嘴出口处稳定的着火只可能发生在一次风粉射流的边缘处。但是，自由射流的外边界处速度梯度趋于零，几乎没有湍流扰动，传热传质的作用很差，此外射流离开喷口后向外扩张，煤粉颗粒因惯性作用集中在射流内侧，射流获得的热量必须首先加热外侧的空气，然后才能对煤粉加热， 因此要保证风粉混合物的稳定着火就必须在一次风粉射流边缘提供足够维持稳定燃烧的热量并加大回流流量。本燃烧器采用 PM 煤粉燃烧技术，煤粉经过PM 煤粉分离器分离后，分成浓淡两相，这两相煤粉分别进入浓、淡煤粉燃烧器，减小了大容量锅炉机组单个燃烧器喷嘴的热负荷，使一次风的携粉率得到合理分配。在这两种煤粉燃烧器煤粉喷嘴体内设置了导向板用以分隔 PM 煤粉分离器分离后形成的浓相煤粉气流和淡相煤粉气流， 在燃烧器喷口内设置有波形钝体，该钝体与喷嘴体内导向板一起使浓、淡相煤粉气流一直保持到燃烧器出口。在波形钝体出口处，形成一个稳定的回流区，回流区中的烟气使得每个煤粉燃烧器初燃段浓淡两相得到相对分离， 并使火焰稳定在一个较宽的负荷变化范围内，有利于保证及时着火及燃烧稳定。但是对于单个直流燃烧器所形成射流的着火条件较差， 必须依靠上游邻角的火焰和提高回流区的稳定性来稳燃。 当锅炉负荷降低到一定程度时，炉温下降明显，为了维持必要的煤粉混合物输送速度，一次风中的煤粉浓度将大为降低，同时二次风速度也要降低，炉膛中火球的转动强度逐渐减弱，以至于不投油最低负荷运行时，火球不能自行稳定燃烧，因此每个煤粉喷嘴必须具有自稳燃能力， 而不是单单依靠邻角燃烧器燃油火焰的助燃， PM 燃烧器恰恰符合了这一要求。 以 Qz表示煤粉气流达到着火温度所必须的着火热；以Qg表示外界提供给煤粉射流的着火供热，要使一次风煤粉气流着火，应保证稳燃指数 e=Qg/Qz1， e 值越大，则着火越稳定。由上式可见，煤粉气流若要稳燃，应从两个方面着手：一方面尽可能降低着火热；另一方面应加强着火供热。 2.1 降低着火热 着火热包括用于加热煤粉和一次风所需的热量， 以及使煤粉中水分蒸发与过热所需的热量。 下面讨论单喷口一次风煤粉气流着火热的影响因素。 (1) 着火温度 tz越低，所需的着火热越小，影响着火温度 tz的因素主要包括以下 3 点： a. 燃料性质。燃料中的可燃基挥发分越高，着火温度越低。当燃料中灰分和水分增大时，发热量降低，在炉内还要消耗部分热量用来水分蒸发、过热及灰分的加热，致使燃料消耗量增大，着火温度升高，会使着火热显著增大。 b. 煤粉细度。煤粉细度对着火温度的影响比较复杂，对于煤粉云团，其小颗粒团的热容量小，能迅速加热到着火温度，所以 tz会降低。 c. 煤粉质量浓度。理论和实践均证明，着火温度是随着煤粉质量浓度提高而降低， 当然煤粉质量浓度也不是越高越好，因为过高的煤粉质量浓度还涉及到煤粉输送、燃尽等方面的问题。 (2) 一次风量和风速的影响。 增加一次风量会使着火热增加，着火过程推迟。就组织燃烧而言，一次风量只需保证煤粉的挥发分燃烧即可， 但是一次风量还应满足输送煤粉的需要， 同时还要考虑制粉系统干燥出力及磨煤机中通风量的要求。 (3) 风粉气流初温的影响。提高一次风粉气流的初温t1可降低着火热，使着火点位置提前。 (4) 燃煤量的影响。将燃煤量分成几股（一般为 2 股）来降低每股的着火热，保证其中的 1 股（浓粉）优先着火，然后再通过这一股燃烧所释放的热量来点燃另一股 （淡粉） ，浓淡煤粉燃烧器就是通过将煤粉气流分成浓淡 2 股， 由于浓煤粉气流着火温度低，使其首先着火，然后再用它点燃淡煤粉气流。 2.2 强化着火供热 (1) 建立稳定的高温热源。 为确保低负荷状态下锅炉稳定燃烧，电厂一般都装设一层或几层油枪，在锅炉燃烧不稳定时利用油燃烧释放的大量热量来建立稳定的着火热源。 (2) 提高回流热烟气的“质”和“量”。点燃煤粉的着火热主要来源于热烟气的回流。为改善煤粉气流的着火条件，稳定着火，除增大烟气回流量外，通过提高回流烟气的温度水平，煤粉的早期燃烧，提高着火供热的“质”。一般通过一次风口集中布置等办法提高回流烟气的温度水平。 另外，注意到在切向燃烧锅炉中，一次风粉射流温度向火面比背火面一般高 50 150 ，因此为提高燃烧器的稳燃能力，应充分利用向火面高质量的烟气回流。目前一般利用钝体、高速射流引射等办法加大回流量，形成高温、低速、热质交换强烈的回流区， 增加煤粉气流与高温烟气的接触面积并延长煤颗粒在这一区域的停留时间， 来提高回流烟气的 “量” 。 3 1000 MW 超超临界机组最低负荷不投油稳燃试验 按照锅炉厂设计， 本锅炉的最低不投油稳定燃烧负荷为30% B-MCR，对应的主汽流量约为 933 t/h。 试验采用滑压方式运行。为保持机组稳定、合适的主、再热汽温，低负荷稳燃试验过程中保留相邻 A/B 或 A/B/C磨煤机运行，以集中炉膛热负荷保证锅炉的稳定燃烧。试验过程见表 2。 2009 年 10 月 23 日 20:52 潮州三百门发电厂 3#机组负荷首次达到 800 MW， 3 号炉低负荷稳燃试验始于 2009 年10 月 24 日 02:30，止于 10 月 24 日 04:30；试验结果表明该机组不投油稳定燃烧负荷为 300 MW， 锅炉蒸发量 943 t/h（电负荷为 300 MW），运行工况稳定，燃烧稳定、火焰良好，负压稳定，试验取得成功。在燃用设计煤种的条件下，电负第 5 期 杨 磊等： 1000 MW 超超临界机组不投油最低负荷稳燃特性试验研究 15 荷 300 MW 时， A、 B、 C 磨运行工况下，不需要投油稳燃，通过控制合理的一、二次风率以及燃烧调整，炉内燃烧工况能稳定，主要参数符合设计值，本锅炉具备短时间内深度调峰能力。但考虑到以后生产运行过程中煤质的变化，以及汽温参数的要求，建议潮州 3 号机组正常调峰负荷不宜低于400 MW。试验参数见表 3。 表 2 试验过程 时 间 内 容 2009 年 10 月 23 日 20:52 3 号机首次达到 800 MW（并连续运行 12h）2009 年 10 月 24 日 01:56 燃烧稳定， 等离子已停弧， 控制煤量保持 A、B、 C3 台磨运行，锅炉保持干态运行。 2009 年 10 月 24 日 02:30 低负荷稳燃试验开始计时。 2009 年 10 月 24 日 04:30 低负荷稳燃试验结束。 表 3 试验参数 序 号 名 称 数 值 1 负荷 /MW 300 2 主汽流量 /t h-1943 3 主汽温度 / 561 4 主汽压力 /MPa 17.43 5 再热汽温度 / 547 6 再热汽压力 /MPa 1.56 7 给水流量 /t h-1924 8 给水压力 /MPa 18.53 9 给水温度 / 232 10 省煤器出口温度 / 287 11 总煤量 /t h-1129 12 A 磨煤量 /t h-141.6 13 B 磨煤量 /t h-141 14 C 磨煤量 /t h-146.3 15 总风量 /t h-11617 16 总一次风量 /t h-1281.6 17 排烟温度 A/B/ 120/122 18 热一次风温 A/B/ 270.1/268.1 19 热二次风温 A/B/ 275.4/275.1 4 结 论 (1) 制粉系统：对于煤质要严格控制，在低负荷时最好燃用设计煤种以确保锅炉的燃烧稳定， 如果煤种较设计煤种偏差较大，应适当提高负荷或投油稳燃（对于配备等离子点火装置的锅炉机组可以投入等离子稳燃）。对于煤粉细度要控制在合理范围内， 低负荷时可将煤粉细度较正常运行时变细。 可以适当提高磨煤机的干燥出力提高风粉混合物的出口温度。一次风速根据风煤比曲线进行调整，图 1 为试验优化后的风煤比曲线。 尽量投运带等离子点火装置及其相邻层制粉系统以保证燃料集中燃烧， 提高入炉煤粉浓度， 稳定燃烧。 (2) 燃油系统： 在负荷降低至不投油最低负荷时应将燃油系统循环备用，并且检查燃油系统保证能够随时投入稳燃， 一旦燃烧出现不稳症状 （负压大幅摆动， 火检明显变差，汽温汽压降低且波动等）应果断投油助燃。 (3) 二次风配风：为了稳燃投煤区域的燃烧状况，适当减小 A、 B、 C 三层燃烧器喷口辅助风（周界风）量，而加大上层二次风（助燃风及未投运燃烧器喷口的周界风）的给入量使煤粉燃尽。因为低负荷时，喷燃器周围温度较低，若投运燃烧器喷口的周界风增加，煤粉着火会推迟，对稳燃不利。而上层选择较高的助燃风速有利于卷吸高温烟气，使着火后的煤粉射流及时与空气强烈混合， 提供充分燃烧所需的氧量，弥补一次风穿透力不足的缺点。在燃烧器区，随烟气向上流动，烟气量逐渐增加，火焰中心一般靠喷燃器组中心高度偏上方，烟气流速靠上方最大，使上二次风射流上翘，开大上层辅助风，以提高上层风速对混合和后期燃烧有利。关小下层辅助风，以提高炉下部温度，对着火引燃有利。根据运行实践，各层助燃风以倒塔型为好，即上层辅助风开得大，中间较小，下层最小但应保证一定量的托粉风。各风门开度见图 2，实际应用