600 MW超临界机组微油点火改造

2012-10-19吴强

综合智慧能源 2012年4期

吴强

(湖南华电长沙发电有限公司，湖南长沙 410203)

0 引言

某电厂#1，#2锅炉采用传统的轻柴油点火和低负荷投油助燃方式，由于油价长期上涨，启动点火和低负荷助燃的燃料成本极大地影响着发电经济效益，而且助燃不足使煤粉燃尽率也较低，因此，有必要探索机组启动及低负荷稳燃技术。同时，对点火系统进行改造，寻求一种既可提高燃烧过程的经济性，又能保持火电厂周边生态环境的机组启动及低负荷稳燃技术及其点火系统，以满足电力生产节能和环保的要求。另外，煤炭采购成本大幅提升，标煤单价大幅上涨，探索建立锅炉优化燃烧及混煤掺烧管理体系，既有效解决燃烧稳定性，又保证燃料成本最低，成为发电企业创造可持续价值，提升盈利能力的重要途径。

1 机组概况

某电厂2×600 MW超临界机组锅炉为东方锅炉厂引进技术制造的DG1900/25.4－Ⅱ1型国产超临界参数、变压、直流、本生型锅炉。锅炉采用正压直吹式、前/后墙对冲、旋流式燃烧系统，风、粉气流从投运的煤粉燃烧器、燃尽风喷进炉膛后，各燃烧器在炉膛内形成一个独立的火焰。前/后墙各布置3层HT－NR3燃烧器，每层4台;同时在前/后墙各布置1层燃尽风喷口，每层2个侧燃尽风(SAP)喷口，4个燃尽风(AAP)喷口。燃烧器的布置简图如图1所示。

每个煤粉燃烧器布置有1支250 kg/h的小油枪，用于启动油枪和煤粉燃烧器的点火及维持煤粉燃烧器的稳燃;前墙中排、后墙中排每台燃烧器中心布置有启动油枪，单支启动油枪出力为4 700 kg/h，共8支。各煤粉燃烧器及风箱入口处均布置有风门挡板，风门挡板配有一个执行器，用于调节。燃烧器配风示意图如图2所示。

图1 燃烧器布置图

图2 燃烧器配风示意图

2 机组启动及低负荷稳燃技术

2.1 机组热态启动及低负荷稳燃分析

2009年9月10日，#1机组极热态启动，投入底排A/F层及中排C/E层16支点火油枪及中排C/E层4支启动油枪，燃油流量为19 t/h，主/再热蒸汽压力为 3.50 MPa/0.50 MPa，汽轮机转速为 3 000 r/min。为减少机组启动耗油及机组启动蒸汽流量不足的问题，进行了投入底层制粉系统及全部退出启动油枪的试验。空气预热器出口热二次风风温已达160℃，启动一次风机，开始暖#1，#6磨煤机，磨煤机出口温度达到80～100℃;当空气预热器出口热一次风风温达到180℃时，相继启动#1，#6磨煤机运行。为改善煤粉着火状况，减少初期煤粉投入量，将#1，#6磨煤机各关闭2个粉管出口关断门，保持对冲燃烧;加大底层及中间层二次风风量，减少上层B/D层二次风风量及燃尽风量，保证二次风压力在0.80 kPa左右。同时，为减少初期投粉量，开启#1，#6磨煤机旁路风，待磨料位建立正常后逐步加大负荷风门开度，关小旁路风，保持粉管风速在22 m/s左右，保证较好的煤粉细度及着火动力场。定期从看火孔观察燃烧情况，及时调整配风，保证炉内燃烧良好，煤粉着火充分，视汽温、汽压增加速率逐步增加制粉系统出力，退出启动油枪运行。逐步增加磨煤机出力至15～20 t/h，控制锅炉升温、升压率在正常范围内，逐步退出相应油枪，直至启动油枪全部退出运行。保持底层A/F层8支及中间C/E层4支点火油枪运行，燃油流量约为6 t/h，主蒸汽压力逐步上升至8.00 MPa左右，主蒸汽温度为499℃;高压旁路开度65%，再热蒸汽压力为1.10 MPa，再热蒸汽温度为496℃，汽轮机调节级金属温度为440℃，中压缸进汽内壁金属温度为436℃。各参数达到了东方汽轮机股份有限公司600 MW超临界汽轮机设计启动参数及流量，有效解决了机组启动蒸汽流量不足的问题。此次机组试验进行12 h，共节约燃油156 t，节油效果显著。

2.2 微油点火系统改造在锅炉冷态启动、低负荷稳燃运行的应用情况

为进一步减少机组启动耗油，2010年该公司先后利用#2机组大修及#1机组小修时机，分别进行了锅炉微油点火系统改造。针对该公司600 MW机组的具体情况，锅炉底层(A层燃烧器)改造成微油点火煤粉燃烧器。

锅炉后墙最下层A层4台煤粉燃烧器由东方锅炉股份有限公司提供，每台燃烧器设计有1支出力为250kg/h的点火油枪及其附属系统。微油点火技术改造方案是:将锅炉后墙最下层A层4台煤粉燃烧器改成微油点火煤粉燃烧器，不改变其原有的点火油枪系统及其油、气、汽等系统。该微油点火燃烧器既可作为点火以及低负荷稳燃燃烧器，又可在高负荷时微油油枪退出运行后作为主燃烧器使用，以实现锅炉微油冷炉启动，在低负荷稳燃的前提下，确保原主燃烧器的动量及基本性能不变。这种改造方式完全利用原有燃烧器一次风输粉系统，压缩空气系统、燃油系统也尽可能利用原有的系统管路，改造方案较简单，改造工作量小，改造成本也较低。微油点火油系统的油枪单枪出力为50 kg/h，工作压力为1.08 MPa，点火油系统压力为 0.80 ～2.50 MPa连续可调，可任意设定。改造后的系统由微油点火系统、一次风加热系统和控制系统3部分组成。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。

2.2.1 微油点火燃烧器系统构成

(1)煤粉燃烧器。按照改造总体方案，将后墙A层4台燃烧器改造为微油点火燃烧器。微油点火燃烧器结构如图3所示。

图3 微油点火燃烧器结构示意图

点火燃烧器原有燃烧器外观结构保留，增加燃烧管、稳焰器和油枪套管等。点火小油枪及油燃烧器轴向安装在微油点火燃烧器上，通过燃烧管的设置形成一级、二级燃烧室，可实现微油油枪点燃浓煤粉、分级燃烧、分级送风，以少量燃油引燃大量煤粉完成冷态点火启动，达到节约燃油的目的;该型燃烧器在基本保持原燃烧器结构性能的前提下，实现独特的浓相着火燃烧、淡相预热冷却后续补氧的理想燃烧状况，在保持原燃烧特性基本不变的前提下达到理想的节油效果。

在一次风喷口外设置测温热电偶，根据测温热电偶指示调节二次风量、油枪出力大小，燃烧调节风量，从而可以适应煤质、负荷变化，确保燃烧器喷口处于安全温度范围。

(2)点火油燃烧器。油燃烧器由油燃烧管、小油枪、油火检、高能点火器及推进装置、金属软管组成。

2.2.2 微油点火技术在使用中应注意的问题及应用效果

(1)微油点火的稳定性问题。要保证煤粉着火良好，首先要保证微油油枪着火良好稳定，保证微油油枪回油阀有一定的开度，使供油压力调节阀开度适宜，调节特性良好，保证供油压力的稳定，防止油压波动使微油油枪着火恶化。其次，要保证中心压缩空气冷却风压力在0.15 MPa左右，压力太高火焰刚性不强，火焰短且飘移不稳，压力太低使冷却效果不好，甚至出现反烟现象。同时，要保证合理的助燃风，压力设定在2.50 kPa左右，二次风压力在0.70 kPa左右，保证油燃烧初期不缺风，但过大会使着火不稳。对微油系统进行燃烧油压、风压、风量等工况调试后，微油油枪着火火焰刚性强，无尾部冒黑烟现象，燃烧运行稳定，燃烧效果非常理想。

(2)磨煤机运行稳定性和煤粉着火燃尽率问题。微油点火油枪燃烧器投粉后煤粉着火不佳，煤粉着火和燃烧不稳、产生脉动，煤粉火检信号弱，火检信号丢失严重，磨煤机经常因火检信号丢失而跳闸。为改善微油点火油枪燃烧器投粉后煤粉着火不佳问题，采取以下措施:

1)点火用煤使用高挥发分、高热值的煤种，降低煤粉着火条件。

2)适当提高微油点火油枪的压力至2.00 MPa，增加单支微油点火油枪出力。

3)尽量减少投粉初期进入炉内煤粉量，在保证不堵粉管的情况下尽量降低一次风速;同时，防止煤粉量过大而不足以全部点燃。

4)提高煤粉细度，在磨煤机建立料位前，负荷风门保持关闭，通过旁路风保证干燥出力及风速，在磨煤机建立料位正常后，视煤粉着火情况逐步增加负荷风门开度，减少旁路风开度，风速维持在18～20 m/s。利用双进双出钢球磨煤机低出力时较高的煤粉细度控制较低的一次风速，从而利于煤粉点燃和组织燃烧。在这种情况下投煤粉，可降低煤粉着火条件，改善煤粉着火效果，随着给煤粉的增加和炉膛温度的升高，燃烧效果越来越好，煤粉着火状况进一步改善。要避免磨煤机的通风量过大，若磨煤机内无料位而采用调整给煤机的给煤量来控制磨煤机出力，会导致煤粉细度过粗、煤粉浓度过淡和燃烧工况恶化。

5)助燃风量不能太低或太高，二次风压力维持在0.70 kPa左右。若二次风压力太低，投粉后会造成炉内缺风并出现冒黑烟的现象，从而使煤火检装置被遮挡，直接导致煤火检信号丢失，甚至使磨煤机因丢失火检信号而跳闸。若二次风压力太高，会使燃烧器喷口附近烟气温度降低，不利于煤粉着火，甚至会出现吹灭现象。

通过采取以上稳燃措施，煤粉在炉内点燃后，磨煤机火检信号正常，稳定运行10～15 min后，喷燃器出口烟温迅速上升，从投运燃烧器侧面看火孔观察，煤粉被充分点燃，炉内煤粉火焰呈金黄色，着火良好，此时要限制投粉速度使升温、升压速度符合启动要求。

(3)微油点火技术的应用效果。该厂#1，#2锅炉微油点火技术改造，是对国产600 MW超临界前后墙对冲、旋流燃烧方式采用微油点火技术的探索，改造获得圆满成功，在安全可靠性、节油降耗、设备易维护，经济效益、社会效益等方面均取得良好效果。

1)成功应用微油点火技术取代了原有的大油枪启动方式，实现了机组大修完成后锅炉点火启动、升温升压、汽轮机冲转等冷态启动过程，顺利完成了机组整组启动。锅炉使用微油点火系统进行全微油启、停及低负荷稳燃，同时能够避免发生炉膛爆燃、尾部烟道二次燃烧、燃烧器结渣等事故。

2)利用A层微油燃烧器启炉，投煤后煤粉能顺利点燃，火焰明亮，燃烧器喷口火焰温度始终保持在较高温度(＞800℃)，燃烧器壁温＜300℃，燃烧器长期运行，壁温正常、不结焦。在#7磨煤机煤量高于40 t/h后，未投点火油枪和启动油枪的情况下投入#12磨煤机运行，#12磨煤机对应的F层煤粉燃烧器煤粉被迅速引燃，着火距离适中，燃烧稳定。

3)节油效果明显，经济效益良好。微油点火系统的使用可大幅度降低锅炉冷炉点火启动、锅炉停运及低负荷稳燃时的用油量。在锅炉燃烧不稳定和煤种变化较大的情况下，通过投入微油点火系统代替传统的大油枪实现锅炉的低负荷稳燃，提高了锅炉的安全性和稳定性，节省了大量燃油。#2机组大修后，整个启动过程耗时19 h，约耗油3.8 t。根据以往冷态开机经验，耗时10h约耗油110t，现在仅需2t左右，经济效果显著。

2.3 建立锅炉优化燃烧及混煤掺烧管理体系

解决燃烧稳定性和提高经济效益，在运行管理方面进行不同煤种分仓配煤试验，指导培训值班员精心调整，保持锅炉燃烧稳定。分区堆煤、分仓配煤，运行人员劳动强度大、责任重，技术要求高，略有失误就可能造成锅炉燃烧不稳甚至灭火。加大对多煤种掺煤的研究力度，细化分仓配煤，根据来煤在途情况提前调整煤场结构，可保证机组安全、稳定运行，从而为多发电、发好电做出贡献。