超临界压力对冲燃烧锅炉的运行分析与性能评价

超临界压力对冲燃烧锅炉的运行分析与性能评价

0燃烧方式燃烧方式dg1900。25.4-dg1.600mw机组1号为国内极端压力储存，由一家有限公司设计，采用超额燃烧法。本文选择该系列中已投产的7个电厂13台锅炉为例,对其主要参数、燃烧系统设备配置特点等进行了介绍和分析,并结合实例提出了该系列锅炉在投运时需要重点进行的燃烧调整试验工作方向,然后以沁北电厂等6台锅炉性能考核试验的实绩为例,分析和评价了该类锅炉的主要性能指标特征,期望通过本文的分析、研究,更进一步了解该系列锅炉的燃烧设备特点、性能特征,明确锅炉试运时重点燃烧调整方向,为同类锅炉的工程应用提供参考。1锅炉的主要参数以下为其中已投产的华能沁北电厂等7个电厂在内的13台锅炉BMCR工况下主要设计参数指标。1.1锅炉再热器系统设计压差7个电厂的600MW级锅炉主要参数见表1。从表1可以看出,该类锅炉BMCR工况下过热蒸汽出口压力、过热蒸汽出口温度、再热蒸汽出口温度相同,分别为25.4MPa、571℃、569℃,而锅炉最大出力、再热蒸汽压力、再热蒸汽进口温度以及给水温度则随不同的汽轮机组而所不同,锅炉再热器系统设计压差均为0.19MPa。1.2锅炉里的煤炭7个电厂锅炉设计燃用煤质见表2。2锅炉燃烧系统的设备配置2.1旋流燃烧与ht-n33目前,采用HT-NR3型旋流燃烧器,HT-NR3煤粉燃烧器主要由一次风弯头、文丘里管、内二次风装置、外二次风装置、煤粉浓缩器、稳焰环、外二次风执行器及燃烧器壳体等组成,图1为HT-NR3型燃烧器的结构示意图。HT-NR3煤粉燃烧器内二次风为直流,依靠手柄调节;外二次风为旋流,依靠气动装置进行风量及旋流强度调节。燃烧器特有的结构,可以实现煤粉气流高效燃烧、低NOx排放,并具有较强的稳燃能力和防止结渣能力。与LANSB旋流燃烧器相比,主要区别是HT-NR3型燃烧器取为旋流强度为切向调节,没有单独布置中心风;而LANSB旋流燃烧器旋流二次风分为两级,旋流强度调节方式主要为轴向调节,燃烧器中设有中心风管,用以布置点火设备。此外2种燃烧器的喉口部分也有差别,图2为LANSB型燃烧器的结构示意图。采用的同轴燃烧系统(LNCFS)直流燃烧器属于不同类别,差别较大。2.2燃料配置对冲燃烧锅炉在不同电厂中每层燃烧器、油枪配备方式有所不同,等离子点火装置配备情况也不相同,部分电厂锅炉燃烧设备具体配备情况见表3。2.2.1燃尽风喷嘴量表以荆门电厂对冲燃烧系列Ⅱ2型锅炉为例,煤粉燃烧器分3层,每层6只,前后墙各布置18只HT-NR3燃烧器;在前后墙距最上层燃烧器喷口一定距离处布置有1层燃尽风喷口,前后墙各布置8只,燃烧器布置图见图3。在燃尽风喷口中,居中位置的6个燃尽风喷嘴主要由直流中心风、旋流内/外二次风组成;位于两侧的2个侧燃尽风喷嘴主要由直流中心风、旋流外二次风组成,燃尽风及侧燃尽风的风量及旋流强度全部采用手动方式调节。沁北电厂及湘潭电厂Ⅱ1型锅炉每层配备4只煤粉燃烧器、6只燃尽风喷口(含2只侧燃尽风喷口),太仓电厂等4个电厂Ⅱ2型锅炉燃烧器的配备情况与荆门电厂不同。在锅炉容量不变条件下,每层燃烧器配备数量增多,使锅炉沿炉膛宽度方向的热负荷分配更均匀,有利于减少热偏差。在Ⅱ1型、Ⅱ2型锅炉中,煤粉燃烧器的内二次风及燃尽风喷嘴的风量调节采用手动方式进行,在锅炉投运前需要对其开度进行预置,在锅炉运行过程中,易出现手动执行机构卡涩不便调节的情况。2.2.2点火油枪投运对冲燃烧锅炉布置有点火油枪和启动油枪2种油枪。点火油枪主要用于点燃煤粉燃烧器、启动油枪,并起稳燃作用;启动油枪主要用于暖炉,冲管及维持一定的锅炉负荷。点火油枪为简单机械雾化型式,出力为250kg/h,每只煤粉燃烧器配备1只点火油枪,点火油枪投运时,依靠煤粉燃烧器的内二次风提供燃烧所需风量;启动油枪为蒸汽雾化型式,出力在2.0t/h～3.3t/h之间,启动油枪投运时,依靠煤粉燃烧器的冷却风口在低炉膛负压(-600Pa)条件下从大气中提供燃烧所需风量。在不同电厂中,启动油枪布置方式有所不同,其中荆门电厂和湘潭电厂在前后墙中间层煤粉燃烧器中共布置2层启动油枪,而其它5个电厂均布置3层启动油枪,除前后墙中间层外,还在前墙下层布置1层启动油枪。实际运行过程中,点火油枪数量较多,容易出现因部件故障导致可用率下降的情况;启动油枪出力较大,由于没有设计中心风,容易出现根部补风不足导致燃烧不良的状况,在少数情况下被迫启动一次风机补风助燃。2.2.3火炬布置的布置对冲燃烧锅炉中,汕头电厂、太仓电厂、荆门电厂等3个燃用烟煤的电厂的5台锅炉较早采用了等离子点火装置,等离子点火装置布置在前墙或后墙下层的6个燃烧器上。采用等离子点火装置后,煤粉燃烧器的主要改造工作是将等离子燃烧器替换原来的一次风筒,二次风和三次风的结构不做修改,整个燃烧器旋流燃烧的方式不变。采用了等离子点火装置的锅炉在实际运行中均取得了良好的节油效果,其中汕头电厂二期锅炉及荆门电厂7号锅炉从冲管开始直至168h完成的试运全程没有使用燃油,节油效果非常显著。2.2.4燃烧风箱、理火炬对冲燃烧锅炉中,燃烧系统的配风采用分层大风箱结构,风箱分割为1层燃尽风风箱、3层燃烧器风箱,每层燃烧器风箱和燃尽风风箱、风量由入口处的风门挡板调节。不同电厂锅炉大风箱配风模式一致,但每层风箱对应的燃烧器数量不同,图4为荆门电厂燃烧系统大风箱布置示意图。2.3电厂制粉系统对冲燃烧锅炉均与直吹式制粉系统搭配,制粉系统均采用5运1备方式,每套制粉系统向一层燃烧器供粉。沁北电厂和阳逻电厂制粉系统采用ZGM113N型液力加载式中速磨,湘潭电厂制粉系统采用BBD4060型双进双出钢球磨,其它电厂制粉系统多采用HP1003型弹簧加载式中速磨。配备了等离子点火装置的锅炉,要求等离子燃烧器对应的磨煤机有较高的可靠性,以满足锅炉启动及稳燃需要;此外对冲燃烧锅炉对于中间层燃烧器对应的磨煤机可靠性要求也较高。3燃烧调整的重点对冲燃烧锅炉在燃烧调整方面的重点控制方向主要是燃烧系统风量配备、运行氧量的控制以及其它相关控制措施。3.1煤器后氧量分布情况调整锅炉二次风采用分层大风箱两侧进风的方式,试验测试结果表明,在同层燃烧器旋流二次风挡板开度相同的情况下,同层各燃烧器间风量分配呈现中间大两边小的特征。在进行燃烧调整时,需要结合省煤器后氧量分布情况对旋流二次风挡板开度进行调整,以使同层各燃烧器间二次风量分布均衡。经燃烧调整试验后推荐沁北电厂同层4个燃烧器的旋流二次风挡板开度配比为60/35/35/60、太仓电厂同层6个燃烧器的旋流二次风挡板开度配比为80/60/40/40/60/80或90/60/35/35/60/90、荆门电厂同层6个燃烧器的旋流二次风挡板开度配比为100/70/50/50/70/100或100/60/40/40/60/100,不同电厂锅炉大风箱阻力特性不尽相同,旋流二次风开度配比需要通过燃烧调整试验来确定,但其配比特征有相似性。3.2燃尽风力控制燃尽风量调整控制就是在省煤器出口氧量基本不变的前提下,通过调整燃烧区域和燃尽区域的风量配比,实现煤粉高效燃烧和低NOx排放,同时燃尽风量的控制对于防止锅炉主汽温、再热器温超温等也至关重要。在额定负荷工况下,经燃烧调整试验后推荐沁北电厂燃尽风量控制在500t/h左右、太仓电厂燃尽风量控制在300t/h～350t/h、荆门电厂燃尽风量控制在380t/h左右。不同电厂最佳燃尽风量应依据调整试验得到,燃用烟煤的锅炉燃尽风量控制值要小于燃用贫煤的锅炉。3.3省煤器出口氧量影响锅炉效率和nox含量锅炉运行氧量(省煤器出口氧量)的调整需要兼顾锅炉效率和NOx排放2个方面因素,同时还需要考虑炉内气氛对结焦和高温腐蚀的影响。调整试验表明,在省煤器出口氧量大于一定值后,飞灰含碳量下降、干烟气热损失升高,锅炉效率随之下降,同时NOx含量也随之升高。在额定负荷工况下,经燃烧调整试验后推荐沁北电厂锅炉运行氧量为3.0%、太仓电厂锅炉运行氧量在2.8%～3.0%、荆门电厂锅炉运行氧量为3.0%～3.5%,此时锅炉可以获得较高的效率、较低的NOx排放值,同时可以控制锅炉结焦,锅炉整体运行状态比较理想。3.4磨煤机的调整在对冲燃烧锅炉投运过程中,较多的出现过锅炉排烟温度高的情况。实际调整情况表明,要降低排烟温度,除需要合理控制燃尽风量和运行氧量以外,还需要在调节磨煤机运行风煤比、磨煤机出口风温,加强炉膛吹灰等方面进行调整。荆门电厂调整试验后推荐风煤比控制在1.82～2.40之间,磨煤机出口风温在75℃～77℃之间;太仓电厂调整试验后将一次风量控制在450t/h左右,磨煤机出口风温控制在75℃～77℃之间,同时强化了炉膛吹灰,通过上述措施,2个电厂均有效地控制了排烟温度。4锅炉高效节能值沁北电厂等3个电厂6台锅炉在经过燃烧调整试验后进行的性能考核试验具体指标值见表4,性能考核试验主要结果为:(1)除荆门电厂6号锅炉效率测试值略低于设计值外,其余5台均达到或超过了设计值,燃用烟煤的锅炉热效率高于燃用贫煤的锅炉。(2)NOx排放值均优于设计指标值,特别是燃用烟煤的锅炉NOx排放量很低,最低达到221mg/Nm3。(3)锅炉最低稳燃负荷均优于设计指标值,燃用烟煤的锅炉最低稳燃负荷大大低于燃用贫煤的锅炉。(4)锅炉最大出力高于设计指标要求。5燃烧系统设备特点通过对600MW级超临界压力对冲燃烧锅炉的燃烧设备配备特点、燃烧调整重点方向以及性能考核实绩的分析、比较及研究,可以得出以下结论:(1)锅炉既能燃用贫煤,也能燃用烟煤(包括具有强结渣倾向的烟煤),燃用无烟煤的锅炉也即将投入运行,锅炉适用燃料范围比较宽。(2)锅炉燃烧系统设备有其自身特色,煤粉燃烧器、启动油枪等布置灵活;煤粉燃烧器与等离子点火装置的配套使用简单易行;燃烧系统能够搭配不同类别的磨煤机。燃烧系统设备总体运行情况较好,但也存在燃烧器手动调节装置热态时不易调节、启动油枪投运时易出现燃烧不良等情