气化微油点火技术在600mw超临界直流锅炉蒸汽吹管中的应用

气化微油点火技术在600mw超临界直流锅炉蒸汽吹管中的应用

中国的能源消耗高，石油少，煤炭替代石油是满足中国国情的一项重要能源政策。面对国际原油价格上涨及国内电厂竞价上网政策的出台,减少锅炉启动及低负荷稳燃用油以降低发电成本,提高竞争力,已成为发电企业迫在眉睫的问题。若采用传统点火方式,燃煤电厂在机组启动、调试期间用油量很大,据保守估计,一台600MW机组的调试用油约7000t,因此开发无油或者少油锅炉点火技术成为当前一个重要的课题。某发电公司2号锅炉安装了气化微油燃烧器,该锅炉吹管仅耗油22t,与1号炉相比,产生了巨大的经济效益,极大地促进了节油降耗问题的解决。1直接燃烧和研磨技术的原理微油气化点火直接点燃煤粉系统运用了气化微油量燃烧技术和煤粉多级燃烧能量逐级放大技术。1.1加热燃烧及气化气化微油量燃烧技术是利用压缩空气的高速射流,将燃料油直接击碎,雾化成纳米级超细油滴进行燃烧,同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热、扩容并后期加热,在极短时间内完成油滴的蒸发气化,使正常燃烧过程中的油枪直接燃烧气体燃料,从而大大提高燃烧效率及火焰温度。气化燃烧后的火焰刚性极强,其传播速度超过音速,火焰呈完全透明状(根部为蓝色,中间及尾部为透明白色),火焰中心温度高达1500~2000℃。1.2煤粉燃烧结构燃料若使煤粉气流达到着火温度,必须提供一定的热量,才能点燃煤粉。根据相关公式计算,每小时点燃300kg的煤粉,需要200kW左右的点火能量,折算成0号柴油,需要15kg。因此,每小时采用15~20kg的小油枪,完全能点燃300kg左右的煤粉。采用图1所示的多级煤粉燃烧结构燃烧器实现分级燃烧、逐级放大。一级燃烧室内部:高温油气火焰与高浓度的煤粉在此发生强烈的化学反应,煤粉裂解同时产生大量挥发份并被点燃;煤粉二、三级燃烧室:在一级燃烧室内被点燃的挥发份及部分煤粉继续燃烧,进入二级燃烧室将后续引入的煤粉点燃,如此实现分级燃烧和能量逐级放大,最终引燃点燃3~5t/h煤粉,在燃烧器出口产生约1200℃的煤粉火焰。2吹管方案的确定某发电公司于2007年3月28日至2007年4月3日对2号锅炉进行了蒸汽吹管。由于直流炉降压吹管的有效时间太短(每次仅为3~7s),故吹管方案定为稳压吹管降压打靶,且每次稳压吹管结束后停炉12h。首先用2~3MPa低压试吹一次,以检查吹管系统的膨胀、支撑及排汽口安全情况,直至排气比较干净;接着用5.2~5.5MPa稳压吹管三次,每次1h,并在第三次稳压吹管结束时降压打靶。共降压吹管7次,其中4次装有靶板,打靶结果为优秀。2.1燃煤制粉系统此公司的锅炉系东方锅炉厂设计的DG1950/25.4-Ⅱ3超临界参数变压直流本生型锅炉。锅炉采用前后墙对冲燃烧方式、旋流燃烧器;采用6套中速磨煤机、正压冷一次风机直吹式制粉系统。燃煤设计煤种为神府东胜煤,校核煤种为晋北烟煤,实际入厂煤的煤质特性见表1。针对该公司600MW机组的具体情况,将2号炉A层燃烧器(A1—A6)改造成气化微油点火煤粉燃烧器。改造后的系统由气化微油点火系统、一次风加热系统和控制系统三大部分组成。气化微油点火系统由燃油、压缩空气、燃烧器、助燃风、壁温监测、火检系统等组成;一次风加热系统由暖风器、风门、支吊架等组成;控制系统对点火系统和制粉系统进行控制,保证锅炉安全、稳定、可靠运行。气化微油点火油系统的额定参数为油压1.3MPa,耗油量50kg/h。2.2煤机投煤方案改造前的投煤点火升温升压的速度通过油压的调节和油枪的增减进行控制,而改造后仅通过煤量增减就可进行升温升压速度的控制。气化微油点火在投粉前位于燃烧器中的微油点火枪处于投运状态,磨煤机入口风温达到规定值后即可投煤。如图2所示。由于直吹式制粉系统特性,且给煤机的最低给煤率为22~27t/h,开启给煤机的下煤闸板后,入炉燃料由0迅速增加到23t/h,但是为保证水动力的稳定性,直流锅炉规定了最低的启动流量(该炉的规定值为400t/h)。投入A制粉系统后,水煤比值远远大于正常运行时的8∶1,再加上此时燃尽率较低。所以此阶段主蒸汽的最大升温速率为1.93℃/min,最大升压速率为0.017MPa/min,完全满足运行规程规定的升温、升压速率要求(升压速率小于0.06MPa/min,升温速率小于2℃/min)。2.3吹管及气化微油点火系统费用此公司1号、2号锅炉采用相同的吹管方案,由于点火方式各异,产生的费用也不同。如表2所示:以目前0号轻柴油价格为0.5万元/t,燃煤价格0.04万元/t,制粉单耗按25kWh/t,厂用电价0.6元/kWh计,则1号炉的吹管费用约为827万元;2号炉吹管费用仅为87万元。一套气化微油点火系统初投资按240万元计算,则在2号炉仅在吹管阶段就比1号炉节约了500万元。假设2号炉改造成等离子点火系统(假设吹管耗煤量相同):等离子点火打火器耗电20kWh/t,吹管期间所耗阴极为10个,每个按1000元价计算,吹管所产生的费用约为82万元,与气化微油点火相差无几。但是一套等离子点火系统的初投资至少500万元,比气化微油点火系统多出260万元。气化微油点火系统除了用少量油之外,日常维护量小,操作简单。由此可见,利用气化微油点火系统,可以产生可观的经济效益。3应注意天然气小油点的技术和应用3.1微油枪点火的影响考虑在点火过程中煤粉燃烧的要求及锅炉运行的安全,在热工逻辑上规定了“任意两支微油枪失去火焰,A磨煤机跳闸”。因此,在实际使用中,如何减少甚至杜绝两个或以上微油枪同时灭火或失去火检是关键问题。在吹管过程中,曾出现以下两种原因引起的灭火:a)微油枪初始点火时油压波动引起灭火。气化微油系统的母管使用ϕ22mm×3mm不锈钢管,单支油枪采用ϕ14mm×2mm不锈钢管连接,由于母管管径小、流量小,而且没有稳压装置,导致点火初期出现油压波动,使已投运的油枪灭火,加装稳压装置后,此问题彻底解决。b)油枪助燃风压力低,使微油火焰刚度不够,被带有强烈旋流的三次风吹灭。起初油枪助燃风取自送风机出口,很难达到助燃风要求的2kPa,将油枪助燃风风源改为冷一次风后此问题得以解决。3.2煤少风大时煤粉燃烧效果差由于磨煤机设有“入口风压<6.2kPa跳磨煤机”的逻辑,为了避免磨煤机跳闸,初次点火时A磨煤机入口风压一般维持在6.5kPa左右,此时磨煤机的入口风量约105t/h,远远高于初始点火风量设计值80t/h。另外,为了在启动初期控制升温升压的速度,磨煤机基本上以最小给煤量22t/h运行。因此在煤少风大的情况下,磨煤机内部煤层厚度比较薄,容易造成运行过程中出现振动大的现象。而且在煤少风大、一次风速偏高下,不利于煤粉点燃和组织燃烧。在这种情况下投煤粉,煤粉燃尽率低。如表3所示,刚投煤粉时飞灰可燃物含量高至32.65%,随着给煤量的增加和炉膛温度的升高,燃烧效果越来越好,飞灰可燃物含量也逐渐降低。因此,在点火初期,要综合考虑磨煤机运行稳定性、煤粉燃尽率是否利于煤粉着火几个方面的关系。综合几个方面的原因,后将A磨煤机“入口风压<6.2kPa跳磨煤机”的逻辑取消,将磨煤机入口风压降低至5.8kPa