HG-670140-WM10型锅炉燃烧特性研究

HG 670 140 WM10 型锅炉燃烧特性研究型锅炉燃烧特性研究 摘摘 要 要 本文介绍我厂两台哈尔滨锅炉厂生产的 HG 670 140 WM10 型四角切圆燃烧锅炉 设计特性 阐述了自投产以来锅炉燃烧系统的改造情况 分析 研究了该型锅炉的燃烧特 性及运行中应当采取的措施 关键词 关键词 劣质无烟煤 四角切圆炉 燃烧特性 1 设备概况设备概况 大唐耒阳发电厂 一期两台锅炉系哈尔滨锅炉厂 设计生产的 HG670 140 WM10 型燃用耒阳地区劣质无烟煤的超高压参数一次中间再热的单汽包自然循环 固态 排渣锅炉 分别于 88 年 6 月和 89 年 11 月投产 锅炉设计燃 料为耒阳地区劣 质无烟煤 由国矿煤 小窑煤混合而成 锅炉设计基本数据如下 1 1 炉膛主要设计参数 炉膛容积 4647 7m3 炉膛高度 44 989m 炉膛长度 宽度 11 66m 11 66m 卫燃带面积 339 6m2 1 2 设计煤种 Cy 48 94 Hy 1 35 Oy 0 94 Sy 0 66 Ny 0 562 Ay 41 408 Wy 6 14 Vr 6 6 Qnet v ar 17 61MJ Kg 煤粉细度 R90 6 8 可磨系数 Kkm 1 45 灰熔点 t1 1200 t2 1460 t3 1490 1 3 实际燃用煤种 耒阳混煤 白沙 72 嘉禾 16 西枫渡 12 全水份 Mt 8 11 空气干燥基水份 Mad 2 20 灰份 Aar 24 89 高位发热量 Qgr v ar 21695KJ kg 低位发热量 Qnet v ar 21245KJ kg 碳 Car 62 29 氢 Har 1 08 氧 Oar 2 83 氮 Nar 0 42 全硫 St ar 0 38 挥发份 Vdaf 6 19 哈氏可磨系数 HGI 68 灰熔融性 炉内弱还原性气氛 t1 1260 t2 1315 t3 1415 t4 1 4 燃烧系统简介 1 炉燃烧器为正四角切圆布置直流燃烧器结构 切圆直径为 800mm 一次风相对集 中布置 二次风分级配给 制粉系统为钢球磨 中间储仓 热风送粉式 制粉乏气作为三 次风送入炉膛上部 燃烧器设计热力参数如下表 风率 风速 m s 风温 一次风1825251 二次风56 7455400 三次风19 2652 2120 油配风2 07 8400 设计中为了提高煤粉燃烧的稳定性 燃烧器喷口加装了阻塞率为零的钝体燃烧器 并 在燃烧器区域布置了 7 5 米高 标高 16 39m 23 89m 的卫燃带 锅炉点火用油为 0 轻柴油 每支油枪出力为 1 5t h 2 耒耒阳阳四四角角切切圆圆炉炉燃燃烧烧特特性性 我厂 1 2 锅炉为四角切圆燃烧锅炉 属全开式炉膛 燃烧器为直流式 为了适应 耒阳劣质无烟煤的燃烧 哈尔滨锅炉厂在燃烧系统设计采取了一次风相对集中布置 燃烧 器喷口加装了阻塞率为零的钝体燃烧器 在燃烧器区域布置了 7 5 米高的卫燃带 一 二 次风自四角燃烧器直流喷入炉膛 当四角气流到达炉膛中心部位时 以切圆形式汇合 形 成旋转燃烧火焰 同时在炉膛内形成一个自下而上的旋涡状气流 设计假想切圆直径为 800mm 2 1 煤质特性 我厂燃用煤质 根据前能源部西安热工研究所 1991 年对 耒阳电厂燃煤燃烧 结渣试 验及炉内燃烧问题研究 的技术报告上介绍 耒阳当地劣质无烟煤的反应指数 RI 为 494 着火温度 IT 为 830 反应开始温度为 515 最高反应速度及对应温度为 7 9 550 mg min 反应结束温度为 770 煤的可燃性判别指数 C 为 0 799 10 6 稳 燃判别指数 M1 为 1 635 从煤的反应指数 着火温度 燃性判别指数 稳燃判别指数来 看 耒阳当地劣质无烟煤属于极难稳定与燃烧的煤种 2 2 煤粉气流的着火 从煤粉的燃烧过程来看 煤粉颗粒首先吸热升温 热源来自炉内 1300 1600 的高温 烟气 通过对流 辐射 热传导方式加热进入炉内的煤粉 煤粉颗粒中水分首先析出 煤 粉得到干燥 随着水分的蒸发 煤粉温度不断升高 煤中的挥发分析出 剩余的固态物形 成焦碳 挥发分析出后开始着火 燃烧 同时释放热量 加热焦碳 焦碳同时从挥发分燃 烧的局部高温处和炉内高温烟气区吸收热量 温度升高 当达到焦碳的着火温度时 即着 火燃烧 并放出大量热量 在炉内实际燃烧过程中 由于煤粉在炉内的加热升温速度很快 升温速度为 0 5 1 0 104 S 仅在 0 1 0 2 秒的时间内就能达到炉内燃烧时的温度水平 1500 左右 在这 种条件下 挥发分燃烧和焦碳燃烧这两个环节很难截然分开 在很大程度上可能是同时进 行的 大部分挥发分着火到燃尽时间仅占整个燃烧过程的 10 约为 0 2 0 5 秒 而焦 碳燃尽程度达到 98 的过程所占的时间很长 约为 90 燃尽时间为 1 2 8 秒 从燃烧 放热量来看 焦碳占煤粉总放热量的 60 95 着火过程主要取决于煤中可燃基挥发分的 大小与高温烟气对煤粉气流的加热情况 而燃尽过程主要取决于焦碳的燃烧速度 2 3 稳定燃烧的条件 要稳定炉内燃烧 避免锅炉灭火 就是要稳定煤粉气流的着火 形成相对稳定着火区 要形成相对稳定着火区 即要求火焰传播速度与煤粉气流速度相平衡 那么保证火焰传播 速度与煤粉气流速度相平衡的条件是 其一 放热量和散热量达到平衡 放热量等于散热量 即 Q1 Q2 其二 放热速度大于散热速度 如果不具备这两个条件 即使在高温状态下也不能稳定着火 燃烧过程将因火焰熄灭 而中断 并不断向缓慢氧化的过程发展 2 4 我厂四角切圆炉燃烧特性 根据我厂锅炉燃用煤质情况来看 煤的灰份高达 25 以上 最高达到了 50 挥发份 Vdaf 一般在 5 8 由于煤的挥发份低 挥发分着火燃烧时释放的热量就小 不能满足焦碳 着火及稳定燃烧的要求 那么焦碳的主要着火热量来自高温烟气的加热 从燃烧器的布置 情况来看 燃烧器布置在炉膛的角部 一次风粉混合物从煤粉燃烧器喷入炉膛后仍然保持 着高速流动 由于气流的紊流扩散 卷吸周围的热烟气一道向前流动 由于 卷吸 射流 不断扩大 不断向四周扩张 同时 主气流的速度由于衰减而不断减小 正是由于射流的 这种 卷吸 作用 将高温烟气的热量源源不断地运输给进入炉内的新煤粉气流 煤粉气 流才得到不断加热而升温 当煤粉气流吸收足够的热量并达到着火温度后 便首先从气流 的外边缘开始着火 然后火焰迅速向气流深层传播 达到稳定着火状态 煤粉气流的卷吸 dT dQ dT dQ 21 烟气过程见图一 在四角切圆燃烧锅炉中 四股气流具有 自点燃 作用 即煤粉气流向火的一侧受到 上游邻角高温火焰的直接撞击而被点燃 这是煤粉气流着火的主要条件 背火的一侧也卷 吸炉墙附近的热烟气 但这部分卷吸获得的热量较少 从炉膛横截面的温度场分布情况来 看 四角温度最低 一般只有 800 1200 炉墙中间温度最高 可达 1650 1700 根据上述分析表明 我厂两台四角切圆燃烧锅炉煤粉气流的着火条件较差 其原因 是挥发份燃烧释放的热量较少 煤粉气流的着火热量主要来自卷吸高温烟气及炉膛中 心的高温火焰的加热 但由于角部的火焰温度较低 且补气条件较差 特别是背火侧 卷吸高温烟气量受到角部结构因素的限制 因而煤粉气流的 着火时间相对较长 若瞬间上 游临角火焰突然减弱 势必会影响本角煤粉气流的 着火 特别在燃用低挥发份劣质无烟煤 时较突出 因炉膛下部某一 两个火嘴突然失火 约 4 5 秒钟就会造成全炉膛灭火 为了 强化煤粉气流的 着火 对于燃用低挥发份 劣质无烟煤时 国际上普遍认为当 Vdaf 13 时 只能采用稳烧能力较强的W 型火焰炉 3 3 提高四角提高四角切切圆圆锅锅炉炉燃燃烧烧稳稳定定性性的的途途径径及及 燃烧系统改造情况燃烧系统改造情况 我厂两台 670t h 锅炉 由于设计主要燃用耒阳地区劣质无烟煤 按哈尔滨锅炉厂设计 要求 当燃用设计煤种时额定负荷下要求掺烧 5 热量比 的油助燃 投产初期 由于锅 炉燃用煤质差 输煤系统及燃烧系统设计不完善等原因 锅炉运行的稳定性及经济性较差 灭火频繁 飞灰可燃物含量高 每年锅炉灭火上百次 其中 93 年两台炉灭火次数最多 达 图一 到了 178 次 根据四角切圆锅炉的燃烧特性 要提高锅炉燃烧的稳定性 必须强化煤粉气流的着 火条件 并保持较高的燃烧区域热负荷与稳定的燃烧工况 基于这一思路 我们综合考虑 了各因素的影响 首先对输煤系统及金属原煤斗进行了改造 通过两年的时间 解决了输 煤系统堵煤及金属原煤斗空仓 堵煤的问题 锅炉燃料的供应得到了保证 其次 在锅炉 运行调整方面 重点是控制煤粉细度及保持稳定的燃烧工况 减少炉内瞬间大幅度扰动 其三 对锅炉制粉 燃烧系统进行改造 重点从提高煤粉气流的着火热量来考虑改造方案 自 1993 年以来 我们与华工理工大学 湖南电力试验研究所 长沙电力学院及西安交通大 学进行了技术合作 对锅炉燃烧系统不断进行技术改造 几年来 分别进行可控涡燃烧器 内置式钝体燃烧器 水平浓淡煤粉燃烧器 二次风门 卫燃带 煤粉混合器等改造工作 并取得了明显的成效 锅炉燃烧的稳定性大有提高 灭火次数大幅度减少 改造的内容如 下 1991年及1992年 1 2炉大修时 对两台炉的八台 的细粉分离器进行了改造 即 将细粉分离器的入口宽度由850mm缩小至600mm 内筒由1910mm扩大到2100mm 分离效率由 原来的80 左右提高到了85 以上 减少了三次风带粉 1993 年及 1994 年 1 2 大修时 对两台的二次风门进行了改造 将二次风门的 执行机构由原来的直连式改成了拐臂连接方式 解决了二次风门执行机构因长期运行 温度高造成卡涩不能调整的问题 1994年及1995年 1 2大修时 将两台炉的下两层一次风改成了水平方向浓淡煤 粉燃烧器 即利用一次风弯头将一次风气粉混合物进行的浓淡分离 将浓相煤粉引至 炉膛的向火侧 淡相煤粉引至炉膛的背火侧 燃烧器喷口由原来易烧坏的外置式钝体 改成了不易烧坏的内置式钝体 下层三次风口也改成了钝体风口 改善了煤粉的着火 条件 1994 年及 1995 年 1 2 大修时 两台炉加装了燃烧在线监测系统 能显示各一 次风管的风速与煤粉浓度 2004 年 5 月至 6 月 利用 1 2 机组小修时 增加了 1 2 炉煤量计量软件 能瞬时反应进入炉内的煤粉量 为运行调整操作提供了参考 依据 1994 年 2 炉大修时 在 2 炉原卫燃带的下部增加了两米高的卫燃带 1995 年 1 炉大修时 在 1 炉原卫燃带的下部增加了一米高的卫燃带 炉膛下部增加卫燃带 后 炉膛下部的火焰温度明显提高 1996 年及 1997 年 1 2 大修时 在两台锅炉的前墙一次风管上增加了可调节 流孔板 消除了前后角一次风速差别大的问题 同时对煤粉混合器进行了改造 将煤 粉混合器由普通双托板式改为拉法尔稳流式煤粉混合器 改变了下粉管与一次风管的 倾角 确保了下粉管形成微负压 避免了因一次风托粉造成煤粉下粉不均 2001年及2002年 1 2大修时 我厂与西安交通大学合作 对两台炉燃烧系统进 行了改造 上两层一次风火嘴改为水平浓淡煤粉燃烧器 一次风喷口全部改为双回流区内 置式钝体结构 并调整了卫燃带敷设面积及位置 为提高了煤粉着火区的温度 将上层三 次引出30 40 风量到最上层二次风中 为适应煤种的变化及防止一次风喷口结焦 在一次 风管的浓侧增加了调温风 2001 年及 2002 年 1 2 大修时 对两台炉八台粗粉分离器进行了改造 将原 设计的 MG CF5100 型径向分离器改为了 HW 4900 0 0 轴向 型粗粉分离器 通过改造 后 煤粉细度稳定性及可调性较好 4 4 结语结语 我厂 1 2 锅炉通过不断完善化改造及加强运行管理后 锅炉运行的稳定性与经济性 逐年好转 锅炉低负荷稳燃能力比