电站锅炉少油点火燃烧装置的应用

电站锅炉少油点火燃烧装置的应用

1点火控制项目由于两台机组的2号炉的前体积大，变化速度快，锅炉的运行，尤其是低负荷运行的燃烧稳定性差，因此需要大量的燃料投资和燃烧。为使该炉低负荷调峰断油稳燃、节约点火用油,2003年8月的大修中,将原来的一次风直流燃烧器全部改为少油点火、浓淡加热回流稳燃型煤粉燃烧器。2燃料消耗少，燃料加热回火稳定，燃料测定系数高，点燃油和稳定燃烧2.1油燃烧少2.1.1少油点火燃烧装置电站锅炉的点火油枪一般是布置在二次风喷嘴内,即所谓“大油枪”。对于单一的煤粉喷嘴来说,大油枪中大约1/4的发热量参与其一次风煤粉射流的对流换热,所以大油枪点火的效率不高。这种点火方式点火时间长、耗油量大。据资料介绍:一台125MW机组锅炉从点火到带满负荷,时间不短于9h,其中烧油时间7～8h,启动一次耗油量约30t。一台200MW机组锅炉点火一次耗油70t以上。少油点火燃烧装置将油枪布置在一次风的喷嘴中,该油枪的发热量全部用于一次风煤粉气流的升温,这样的油枪稳燃效果最好,油枪的容量可以比放在二次风喷嘴中的大油枪小得多,称之为“小油枪”。这种燃烧装置在锅炉的启动阶段或稳燃阶段用小油枪火炬点燃一次风煤粉射流燃烧。由于油火焰燃烧稳定,小油枪热负荷的设计满足煤粉气流的着火热,煤粉气流就可以稳定充分着火,这样形成了煤粉火焰与油火焰的相互支持,从而产生了以煤代油的燃烧效果。少油点火燃烧装置的燃油热负荷仅占一次风煤粉喷嘴热负荷的6%～13%,不会引起燃烧器的烧坏与结渣。少油点火燃烧装置已成功应用于全国200台电站锅炉(150～2008t/h)直流煤粉燃烧器技术改造上,具有节油效果显著(冷炉启动计算节油率大于30%～72%),附加阻力不大,改造工作量小和安全可靠等优点。2.1.2煤粉与煤粉混合物所需的一次风射流的热反应以贫煤为例,燃烧1kg煤粉的理论空气量:V0=0.238Qnet,ar+2500900V0=0.238Qnet,ar+2500900(1)式中Qnet,ar—煤粉的低位发热量,kJ/kg。一次风率取20%,燃烧器的过量空气系数为1.15,空气密度为1.293kg/m3,则1kg煤粉所对应的一次风射流的空气质量用式(2)计算:Ma=0.2×1.15×1.293V0=0.297V0(2)设煤粉浓度μ为0.5kg/kgair,煤粉的着火温度Ti取750℃,点火时一次风粉混合温度Tmf取50℃,空气的比热ck取1.028kJ/(kg·℃),煤粉的比热cmf取1.09kJ/(kg·℃),则1kg煤粉对应的一次风粉混合物所需的着火热Q1为:Q1=maQi=327.4V0Qi=(ck+μcmf)(Ti-Tmf)式中Qi—对应1kg空气的煤粉气流的着火热,kJ/kg。燃烧器的热功率为Wr,燃煤的发热量为Qnet,ar,燃油的发热量为Qynet,ar,设小油枪的容量满足一次风风粉混合物的着火热,则冷炉点火时少油点火燃烧装置的容量A1为:A1=Q1WrQnet,arQynet,arA1=Q1WrQnet,arQnet,ary2.2碳热粉燃烧法的稳阻2.2.1含煤粉量较低的风粉气流在炉秆水冷壁内随燃烧,有利于稳燃和燃尽料在四角切向燃烧煤粉锅炉中,通过安装于煤粉燃烧器前一次风送粉管道上的的煤粉浓缩器,把浓度约为0.4～0.5kg/kg的一次风煤粉气流在水平方向上分成浓淡两股煤粉气流,其中一股为高浓度煤粉气流,浓煤粉气流的煤粉浓度可以达到0.7～0.9kg/kg,含一次风粉中大部分煤粉,这股气流位于向火侧。另一股的煤粉浓度很低,淡煤粉气流的煤粉浓度可以达到0.2～0.1kg/kg,以空气为主,位于背火侧。在背火侧布置侧二次风的一种新型煤粉燃烧器。浓一次风煤粉气流在向火侧的着火区域形成了高温、高浓度区域,煤粉浓度的提高,可以降低着火点的温度,减少着火热,火焰传播速度加快,有利于稳燃。浓一次风煤粉气流着火后,淡一次风煤粉气流逐渐混入,符合随燃烧进行供风的原则,有利于煤粉的燃尽。淡一次风煤粉气流和侧二次风在背火侧喷入,从而在炉膛水冷壁附近形成氧化性气氛和较低的温度环境,可以防止结渣。另外,由于浓淡两股气流偏离化学当量比燃烧,因此有利于降低NOx的排放量。2.2.2回流区范围的变化在喷口处布置水平V形扩锥钝体,出口外缘有翻边。一次风煤粉气流混合物绕流V形扩锥钝体后,由于一次风的卷吸作用,在V形扩锥钝体后方造成一定的负压梯度,使高温烟气反向流回喷嘴跟部,从而在一次风内形成一个高温烟气回流区,见图1。一次风煤粉气流在出口处受到回流区内回流烟气的加热,使煤粉气流迅速达到着火温度。试验表明:V形扩锥钝体出口处的翻边增大了回流区的尺寸和回流烟气量,增强了燃烧器的稳燃性能。由于V形扩锥钝体为波浪形,在波浪形的凸处和凹处,气流速度分布呈明显交错,见图1。这种速度交错增大了煤粉气流和回流烟气的接触面积。与无翻边的直线形扩锥相比,波形扩锥后方回流区边界的紊流交换系数提高了80%～100%,这种强烈的紊流交换,强化了一次风与回流区的热量和质量交换,对着火极为有利。试验得出,回流区长度L、最大宽度B与扩锥厚度D之比分别为:L/D=2.1、B/D=1.1,回流区回流量Q回与一次风量Q1之比为Q回/Q1=0.1。扩锥的阻塞率较小,约为30%,且由于锥体横向布置,气流刚性强,不易偏转贴墙,可避免结渣。3少油燃烧型强加热和回火炮的应用3.1煤粉炉燃烧时间某发电厂2号锅炉是东方锅炉厂设计制造的DG-670/13.7-8A型亚临界自然循环、单炉膛、一次中间再热汽包煤粉炉,四角切圆燃烧,中储式热风送粉制粉系统。锅炉设计煤种为晋中贫煤,直流燃烧器四角布置,煤粉燃烧器中心线在炉内形成的假想切圆直径为ϕ736mm。3.2烧器分级标准锅炉炉膛截面尺寸为11920mm×10880mm,高度为42500mm。煤粉燃烧器布置在炉膛四周,火焰在炉膛中心形成假想切圆,其直径为ϕ736mm。锅炉原先的燃烧器为夹心风直流燃烧器。燃烧器分上下两组布置,下组燃烧器喷口自下而上依次为:底部二次风(AA)、一次风(A)、一次风(B)、二次风(BB)、油二次风(BC);上组燃烧器喷口自下而上依次为:二次风(CC)、一次风(C)、一次风(D)、二次风(DD)、二次风(EE-LNOFA)、三次风(XX)、三次风(YY)。假想切圆直径为ϕ736mm,三次风(XX)、三次风(YY)反切12°。燃烧器改造后,4层一次风火嘴改为浓淡加热回流煤粉燃烧器。煤粉燃烧器设计参数见表1。3.3次风试验及燃烧装置根据电厂的煤质特性与燃烧系统设计特点,提出如下技术改造措施:(1)一次风喷口全部改为浓淡加热回流煤粉燃烧器喷口由立隔板将气流分为浓淡两股,其中浓侧装有V形扩锥钝体,与喷口为焊接连接。喷口和V形扩锥钝体的材质为耐热耐磨铸钢。改造后的燃烧器设计一次风速为25m/s;侧二次风风量一般不超过二次风量的10%,侧二次风风速为35.0m/s。侧二次风的好处在于可以防止可能产生的燃烧器区严重结渣或高温腐蚀。(2)煤粉浓缩器的设计浓缩器为百叶窗式煤粉浓缩器,主要由叶片、浓缩器壳体组成。每个浓缩器内装有4只叶片。从浓缩器入口开始,第一级叶片为手动可调式叶片,叶片为耐磨铸钢,可调位置分三档,分别为0°、15°和30°。该级叶片的设计角度为30°。另外三只叶片固定。部分叶片做成可调节的旋转叶片,根据需要,可以控制浓淡两侧的煤粉浓度和两股气流的风量。可以将低挥发分燃料浓侧的煤粉浓度提高1倍。水平浓淡风煤粉浓缩器设计参数如下:叶片数为4,浓缩比RC为4.5,浓淡风比RQ为2/3,浓煤粉气流浓度为0.85kg/kg,空截面风速为20.5m/s,阻力损失为300Pa。结构见图2。(3)少油点火燃烧装置的容量计算在最下层一次风口加少油点火燃烧装置(即小油枪),主要是将小油枪经一次风管斜插入到喷口,油枪喷出的油雾应与喷口出口的浓侧一次风气流相混合,这样小油枪的稳燃效果会更好,小油枪的出力在350kg/h左右。计算结果见表2。3.4改造效果3.4.1内回流区、炉硫酸区根据等温冷态模化原理,调整好一、二次风速。一次风在流经V形扩锥钝体时收缩,在喷口附近形成内、外回流区。内回流区的长度约为400mm,宽度约为240mm,内回流区呈椭圆锥状,具有强烈的涡流作用。炉膛中心不是无风区,而是有一个3.0～3.2m/s的弱风区,见图3。在炉膛中心形成的一个长轴为8400mm,短轴为7800mm的强风环。强风环的最大速度为9.3～10m/s。3.4.2小油枪点火燃烧少油点火燃烧装置配4只350kg/h点火小油枪,当锅炉启动送、引风机正常,一次风压调整好后,即可点燃小油枪。调整一次风量使小油枪燃烧正常,待对流过热器烟温达到220℃时投1～2台给粉机运行,投粉后注意调整一次风压,适时开启下二次风挡板,保证炉膛燃烧稳定。某发电厂2号锅炉经过1年多的运行试验证明,小油枪点火燃烧装置的应用具有点火速度快、操作简单、升温、升压速度快、节油效果明显、低负荷稳定燃烧性能提高等优点。采用小油枪点火燃烧装置节油率可达45%以上。3.4.3固定负荷下锅炉的效率由表3可以看出:改造后锅炉在额定负荷下效率达90.9%。3.4.4次风投运方式锅炉低负荷断油稳燃特性试验时的煤质为:Mt=6.4%,Aar=43.95%,Vdaf=17.36%,Qnet,ar=21032kJ/kg。投运一套制粉系统。低负荷试验是从150MW负荷开始,降负荷幅度小于1.5%额定负荷/分钟,测定一次风出口气流温度及炉膛火焰中心温度,投粉的四角一次风喷口气流温度为850～950℃,火焰中心温度为1380～1450℃。降低上二排给粉机转速,侧边风挡板开度关小,约为15%～20%。机组负荷降到330t/h时,给粉机投运方式为:一、二层给粉机全部投运,三层投运1号、3号,四层投运2号,投粉的一次风喷口气流温度800～900℃,火焰中心温度为1320～1380℃。机组负荷继续降到300t/h时,机组的电负荷为100MW,50%ECR。投粉的四角一次风喷口气流温度为700～750℃,火焰中心温度为1200～1300℃。锅炉低负荷断油稳燃工况运行结果见表4。4汽参数稳定减水温流量某发电厂DG670/13.7-8A型锅炉采用浓淡加热回流煤粉燃烧器改造