超高压700h水煤浆锅炉燃烧试验

超高压700h水煤浆锅炉燃烧试验

南海发电厂建成于20世纪90年代中期。1期工程2.200mw机械装载机670吨燃料。由于近年来燃油价格不断攀升,燃油电厂生产成本不断升高。通过以浆代油,可降低生产成本、提高上网竞争力,使电厂求得生存、促进发展,而且可用洁净的水煤浆减少环境污染,满足环保排放的标准。因此南海发电一厂委托武汉锅炉厂和浙江大学设计制造670t/h超高压水煤浆锅炉,以解决油价不断上涨带来的生存困境。该锅炉于2005年8月中旬安装结束,2005年10月15日完成燃烧调整试验后交付生产,并实现了连续运行。试验结果达到了设计规定的技术指标,取得了可贵的实验数据及运行经验,为进一步推广水煤浆在大型电站中的应用起到了示范作用。1燃烧方案确定新建的670t/h超高压水煤浆锅炉在国内属首创产品,锅炉最大连续出力670t/h,额定蒸发量为610t/h(即等于发电机端功率为200MW时汽轮机的进汽量)。其本体设计是在武汉锅炉厂WGZ670/13.7-15型燃煤设计的锅炉上作改成水煤浆燃烧器的改造并进行校核热力计算后完成的,设计以燃水煤浆为主,并采用烟气再循环作为全烧油的备用方案。锅炉为超高压参数自然循环锅炉。锅炉本体呈Π型布置,水煤浆喷雾悬浮燃烧,采用直流燃烧器正四角布置切向燃烧,烟气档板调节再热汽温,喷水减温控制过热汽温,回转式空气预热器,刮板式捞渣机连续固态排渣,平衡通风,全钢构架,露天布置。锅炉炉膛横截面宽深比为1.1,采用正四角布置直流燃烧器的切圆燃烧方式,并确定采用一次风和二次风双切圆布置,其中一次风和二次风切圆直径分别为800mm和1000mm,且均为逆时针旋转。燃烧器最上层布置了燃烬风(OFA)并采用反切,切圆直径为800mm,见图1。燃烧器设计成既能全烧油,又能全烧浆,也可以油、水煤浆混烧。每角燃烧器沿高度分上、下两组,上组和下组分别布置三层和二层油、水煤浆两用燃烧器(自下而上称A、B、C、D、E层),其结构见图2。其中A和C层按燃烧器运行方式的安排,只用于烧水煤浆,不烧油,因此这两层无炉前油系统。E层为再燃喷口,上、下两组均设有上、下二次风和中二次风。为了有利于油的完全燃烧,A-E层一次风喷口均带有中心风,上组的上二次风口布置辅助油枪,作为烧油工况时整定主蒸汽和再热器汽温的辅助手段,即烧油时如果主蒸汽温度偏低可将此油枪投入(此时要相应停用一层主油抢),使火焰中心上移。经调试后确定,烧油带额定负荷时的燃烧器运行方式为:投用B、D、E层主油枪、上组上二次风辅助油枪和上组下二次风的点火油枪。水煤浆喷嘴是燃用水煤浆的专用设备之一,根据燃用水煤浆喷嘴的成功经验及电站锅炉的特点,在本锅炉中使用浙江大学研制的ZD6000型撞击式多级雾化型喷嘴。每只水煤浆喷嘴的设计容量为6t/h,设计雾化蒸汽压力为1.5～2.0MPa(≥300℃),浆压≥1.1MPa。鉴于用户要求锅炉能满负荷烧油,主油枪的油喷嘴设计容量为2.6t/h,点火油枪的喷嘴设计容量为1.9t/h,均采用蒸汽雾化。锅炉设计和试验用燃料特性示于表1(其中括弧内数据为试验用燃料特性)。2试验结果2.1反切风测距风速冷态模化试验结果表明,各燃烧器喷口风速基本平衡,风速偏差小±5%。实际切圆为椭圆形,分别在A层和C层喷口平面测得的炉内实际切圆直径为7500mm、8500mm(A层)和6500mm、7500mm(C层),且切圆基本居中(图3),配风比较均匀。在OFA(反切风)风门开度为50%时,用手持式风速仪对水平烟道高过后的风速进行了测量(测点间间隔为500mm),测量结果(见图4)表明:风速比较均匀,左侧的平均值为1.47m/s,右侧平均值为1.76m/s,两侧风速比为1.197。当OFA风门关闭时,左侧和右侧平均风速分别为1.38m/s和1.79m/s,两侧风速比为1.297;上述试验结果表明两侧风速相差不大,炉膛出口扭转残余较小,可使热态情况下的烟温偏差小,能有效防止过热器壁温超温,有利于保证锅炉的安全稳定运行;也表明OFA的投入确实能减少炉膛出口的速度偏差。2.2热态性能试验2.2.1全烧油80%定额负荷工况热态性能试验包括全烧油、全烧浆、油浆混烧的性能测试。本文主要讨论全烧油和全烧浆工况的试验情况,分别是全烧浆100%额定负荷、全烧浆50%额定负荷和全烧油100%额定负荷三个工况。其中全烧浆100%额定负荷工况下,由于当时E层的供浆系统(水煤浆再燃喷口设置独立供浆系统)堵塞,所以只投用了A至D层16支浆枪;全烧浆50%额定负荷工况下,投用了A至D层的14支浆枪(其中D层对角投入了2支浆枪);全烧油100%额定负荷工况下,由于上组上二次风有一根辅助油枪出现故障未投入,按上述烧油带额定负荷时燃烧器运行方式共投用了19支油枪(包括主油枪15支、点火油枪4支),并投用了2台烟气再循环风机。2.2.2设计值与锅炉参数检算各工况下锅炉的运行参数如表2所示。由表2可见:锅炉主要参数均达到设计值。无论烧油还是烧浆,锅炉运行参数正常,主蒸汽、再热蒸汽温度、压力、流量等都满足机组运行要求。2.2.3水煤浆燃烧效率各工况下的燃烧效率和热效率的测定与计算结果如表3所示。由表可知,在全烧水煤浆时,无论在100MW或200MW负荷下,燃烧效率均在99.6%以上,锅炉热效率接近和大于设计值92.4%;在全烧油时的锅炉热效率大于设计值94.1%,这充分说明该炉的油/水煤浆两用燃烧器的设计是很成功的。2.2.4炉秆火焰有好通过试验时的实地观察测量,发现燃烧时火焰明亮,炉膛火焰充满度好;切圆居中,无火焰贴壁现象,无大颗粒掉入冷灰斗,燃烧器喷口周围只有松散性积灰。烟囱排放的烟色好,无黑烟。2.2.5荷、水煤浆和烧油时火焰中心温度比较在各工况试验中,对锅炉左右侧墙及前墙的32个看火孔测定了炉膛温度,沿炉膛高度的炉膛温度分布如图5所示。从图可知,全烧油100%额定负荷、全烧浆100%额定负荷两个工况的火焰最高温度均出现在标高23.6m(E层)处,说明此处为火焰中心位置;烧水煤浆和烧油时火焰中心最高温度分别为1414℃和1545℃。对100%额定负荷时燃烧器投运方式作比较可知,烧油工况时燃料的投入位置高度整体要比烧浆工况的要高,但最高温度却出现在同一高度,这说明了水煤浆的火炬行程要比燃油火炬要长。比较图中从最高温度处沿炉膛上、下两个方向的温度变化,同样也可以发现,燃油工况下温度下降速度要快很多。同为100%额定负荷,烧油工况的最高温度要比烧浆工况的高。3燃烧与燃烧社会主义新模式(1)新建的超高压670t/h水煤浆锅炉的燃油和燃水煤浆性能均达到了设计要求。50%～100%额定负荷下能稳定燃烧水煤浆,主要运行参数均符合运行规范的要求;(2)设计的油/水煤浆两用燃烧器能适应全烧油或浆及油浆混合燃烧要求,配风调节方便,能适应各种不同负荷运行要求。燃烧火炬明亮,着火、燃烧稳定,炉膛火焰充满度好;(3)锅炉性能测试结果表明:燃水煤浆在50%～100%额定负荷范围内,燃烧效率达到99.6%以上;1