优化启动方案,实现气化小油枪直接点燃煤粉.doc

2009年中国电机工程学会年会 优化启动方案，实现气化小油枪直接点燃煤粉 贺晋年 秦宝平 兰育 姚俭强 大唐太原第二热电厂， 山西 太原030041 摘 要锅炉启停过程中的耗油是火电厂燃油消耗的主要原因之一，降低锅炉启停过程中的耗油对火力发电厂的节能降耗有举足轻重的作用，大唐太原第二热电厂通过对启动机组过程的方案优化，从而实现气化小油枪直接点燃劣质煤粉，减少启动耗油，节油效果显著，在燃用劣质煤的机组实现小油枪直接点火的课题研究中取得重大突破。 关键词优化；小油枪；直接点火；劣质煤；节油 重能源资源节约和合理利用。由国家发展和 Optimize Start Program, realize Direct ignition coal Powder of small gasify oil gun Abstract Oil consumption during the start and the stop of coal fuel boiler is the main reason for oil consumption in thermal power plant, reducing the oil consumption during the start and stop of coal-fired power plants plays a key role in Energy Saving. In datang taiyuan co-generation power plant, Through the optimization of unit start, realized gasify small oil gun ignite the Low quality coal powder, Reduce the Fuel consumption during the start of unit, Reached the effect Energy-saving. And it obtain The Major breakthrough in the study of direct ignition of small oil gun in the unit of Burning the Low quality coal. Key words Optimization; Small oil gun； Direct ignition；Low quality coal； oil Saving 自1973年爆发第一次石油危机以来，石油 改革委员会、国家科学技术部、国家环境保护总局联合发布的2005年第65号公告，将煤粉炉小油枪冷炉点火技术列为国家鼓励发展的技术。 大唐太原第二热电厂为了降低锅炉启动及低负荷时稳燃燃油消耗量，节约运行成本，于2006年对3台200MW机组锅炉加装气化小油枪点火及稳燃技术改造，改造后在降低启动用油及助燃用油方面均有一定的成效，但未能实现小油枪直接点燃煤粉，2009年5月该厂通过增加小油枪系统气化空气量、优化机组启动方案，从而在8炉实现小油枪直接点燃煤粉，节油率达到85，在小油枪点燃劣质煤的课题研究中取得重大突破。 1大唐太原第二热电厂8炉概况 资源的不可再生性和不断增加的需求越来越受到各国政府的重视，中国石油资源人均可开采储量仅为世界均值的8％，据国际能源机构（IEA）预测中国2020年一次能源消费中，石油为5亿吨，我国自产1亿吨，需要进口4亿吨，随着国民经济的持续发展，中国石油进口量也将呈现不断加速上涨的趋势。 国务院总理温家宝在05年3月5日十届全国人大会议上作政府报告时强调，要注 2009.11.25-27中国天津 1.1锅炉概况 太原第二热电厂8锅炉为东方锅炉厂生产制造，锅炉型号为DG670/13.7-8，锅炉型式超高压、中间再热、自然循环、全悬吊、平衡 通风、煤粉固态排渣炉，采用钢球磨中间储仓热风送粉系统。 1.2煤质分析资料（见表1） 表1煤质分析资料表 项目 收到基碳 收到基氢 收到基氧 收到基氮 收到基硫 收到基水份 收到基灰份 空气干燥基水份 干燥无灰基挥发份 收到基低位发热量 1.3煤粉燃烧器 该炉为四角布置直流式燃烧器，一、二次风相间布置。炉膛断面1192010880mm，其中两对角线对冲，另两条对角线形成假想切圆直径φ736mm。燃烧器配有12只机械雾化式油枪，其中8只出力约1.3t/h，布置在第一层、第四层二次 油种 恩氏粘度20℃时 2气化小油枪原理及改造方案 2.1气化小油枪燃烧器原理（见图1） 气化小油枪燃烧器的工作原理是先利用压缩空气的高速射流将燃料油直接击碎，雾化成超细油滴进行燃烧，同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热，扩容，后期加热，在极短的时间内完成油滴的蒸发气化，使油枪在正常燃烧过程中直接燃烧气体燃料，从而大大提高燃烧效率及火焰温度。气化小油枪燃烧形成 0轻柴油 1.2-1.67E 的高温火焰，使进入一次室的浓相煤粉颗粒温度急剧升高、破裂粉碎，并释放出大量的挥发份迅速着火燃烧，然后由已着火燃烧的浓相煤粉在二次室内与稀相煤粉混合并点燃稀相煤粉，实现了煤粉的分级燃烧，燃烧能量逐级放大，达到点火并加速煤粉燃烧的目的。为了防止燃烧器烧坏和在燃烧器内发生结渣，采用多级气膜冷却风保护喷口安全。 符号 Car Har Oar Nar Sar War Aar Mad Vdaf Q 单位 MJ/kg 设计煤种 49.41 2.95 3.75 0.78 0.95 8.25 33.91 1.09 23.5 19.285 校核煤种45.91 2.5 3.18 0.66 1.24 9.57 36.94 1.1 29.06 17635 实际运行煤种 30.5～48.8 17.8～28.9 14.1～20.2（一般 在16.0左右） 备注 运行煤种属于劣质烟煤、劣质贫煤，灰分含量大，发热量低 风喷口中，为了节油，第四层二次风喷口中的油枪处于长期备用，基本未使用。四只多功能油枪布置在一层一次风喷口中，出力约0.4t/h。 1.4点火及助燃用油（见表2） 表2点火及助燃用油参数表 2009年中国电机工程学会年会 图1 气化小油枪点火燃烧器工作原理示意图 化小油枪点火稳燃燃烧器，同时可作为主燃烧器 使用。 2.2改造方案见图3、图4 将一层（中心标高（15900mm）四只原煤粉 喷燃器（多功能喷燃器）改造为240kg/h气 图3 燃烧器安装总图 图4 燃烧器喷口改造前后对比 0.5MPa～0.7MPa。 2.3.2助燃风及冷却风系统 助燃风为气化小油枪燃烧用空气，安装独立风机提供风源，压力在3000Pa以上。 2.3.3冷却风为气化小油枪火检冷却风。使用原火检冷却风。 32.3小油枪系统及其辅助系统 2.3.1燃油及压缩空气系统 气化小油枪用油，根据现场位置从燃油系统母管引出，引入一稳压油罐，采用压缩空气为小油枪系统提供动力。同时压缩空气为小油枪提供燃烧雾化用气，来源取自厂仪用压缩空气，压力 2009.11.25-27中国天津 2.3.4气膜冷却风的作用是防止燃烧器高温烧毁。气膜冷却风为锅炉二次风，从二次风箱上引出。 2.3.5控制系统的作用是实现小油枪的程控操作，并与锅炉FSSS系统连接，参与FSSS保护的判断与控制。同时对过程参数（压力、温度、风速等）进行采集与监测。 3 小油枪改造后的点火情况 2006年7月27日下午对8炉小油枪进行点火试验，油枪点火均一次成功，只有3角小油枪火焰短，其它均基本正常。但1～4角直接点燃煤粉均告失败，随后厂家对小油枪出力、位置、雾化进行进一步调整。 2006年7月28日7308炉开始第二次小油枪点火试验，依次将1～4小油枪点燃，一次风速维持在25m/s左右，高压风出口压力为1700Pa左右，小油罐压力为0.6MPa左右，各角雾化用空气压力在0.4MPa。小油枪点燃后各角燃烧火焰都较稳定，着火良好。 小油枪着火正常后随即进行点燃煤粉试验，经过两小时的的试验，只有4角的煤粉点燃率可达到40左右，其它角的均不能点燃煤粉，从后竖井落灰管中采样化验含碳量达40。在接近3个小时的试验过程中炉膛出口温度为115℃/87℃。炉膛出口烟气温度温升缓慢，无法达到启动升压速度。直接点燃煤粉宣告失败，增投两只大油枪启动（较以往启动减少一只）。由于小油枪的助燃能力较强，所以在负荷接带至90MW，喷燃器运行10只时将大油枪停运。 改造后节油情况本次启动过程中共用燃 油48.0吨，因为是大修后启动，试验较多，耗时较长，总体计算还是有一定的节油效果，节油率在30.0左右。小油枪改造后虽然在节油方面起到了一定的效果，但因为煤质较差，未能达到直接点燃劣质煤煤粉的预期效果。 4 机组启动方案的优化 2009年5月份，太原第二热电厂对启动过程各个环节进行量化、优化，主要从调配启动炉煤种，提高点火前炉膛温度，提高点火前一、二次风温等几方面优化，同时根据小油枪系统存在的问题，将小油枪系统的稳压压缩空气管由Φ22mm改造为Φ32mm，以增加小油枪投运后小油枪系统的油压稳定性。增加一趟雾化用压缩空气，从仪用压缩空气母管直接引向小油枪雾化空气母管以增强小油枪的雾化效果，提高火焰温度。从而实现小油枪直接点燃煤粉。 1）停炉时根据情况对粉仓存煤进行调配。停炉时间短，可粉仓存粉可多一些，停炉当天上一部分优质煤；停炉时间长则尽量将粉仓存粉烧尽，待启动时从邻炉送粉。 2）启动前向本炉原煤斗上好优质煤，保证启动时的煤粉质量，尽量使用高挥发份、高热值的煤种，一般可燃基挥发份应大于23～28，低位发热量应大于19.28MJ/kg,灰分低于30.0。挥发份不能过高，防止烧损喷燃器。 3）启动前一天向邻炉1（或2）原煤斗单独上优质煤，并将优质煤粉用输粉机送至启动炉煤粉仓，以保证小油枪点火时有优质的煤粉投入，利于煤粉着火。 4）锅炉上水后，投入底部加热，并根据汽 2009年中国电机工程学会年会 包壁温控制好温升，在点火前汽包壁温应达到150℃，必要时可采用提高厂用汽压力的方法来提高加热温度。增加炉膛蓄热量，以利于煤粉在炉膛的续燃能力。 5）风烟系统检修结束后，投入邻炉热风加热，对炉膛进行加热，炉膛出口烟温尽量达到150℃。在启动中通过调整本炉送风机出力来控制排烟温度不超150℃，随着排烟温度的升高逐渐关闭邻炉热风门。 6）将下排油枪雾化片更换为孔径为1.5mm（出力约0.6t/h），既减少助燃用油量，又可保证助燃，以备在燃烧不稳时助燃，防止启动过程灭火。 7）启动炉过程中调整炉膛负压在-40Pa左右，小油枪系统压缩空气的压力保持在0.6MPa左右，各角小油枪助燃风压力调整到1000Pa。 8）点火初期，本炉送风机入口调节挡板开度尽量小，尽量使用邻炉热风联络风作为一次风，以获得较高的一次风温，增加一次风对煤粉的预热强度。 9）一次风速调整至20.m/s～25.0m/s之间。点火初期二次风开度尽量小，相邻二次风速维持在10.m/s左右，降低冷风混入的速度，以利于煤粉着火的持续性。 10）小油枪点火后，利用气膜冷却风控制燃烧器壁温400℃～450℃，以保持风粉混合后的温度，保持小油枪雾化良好且稳定，投粉后及时对气膜冷却风进行调整，始终维持燃烧器壁温在400℃～450℃。 11）投粉后根据就地着火情况，通过调整給 粉机转速、一次风速，保持煤粉火焰的稳定性。 5 优化方案后启动过程及影响因素 5.1启动过程 8炉小修后于2009年5月3日1000投入热风联络系统、底部蒸汽加热系统，点火前炉膛出口温度分别为175.23℃/173.24℃，一次风温为172.4℃/243.2℃（右侧一次风不流通）。 2300开始锅炉点火，控制炉膛负压为-40Pa左右，1～4一次风速为22.0m/s、21.0m/s、22.0m/s、20.0m/s， 2325投用1、2、3、4角小油枪，系统压力为0.65MPa，就地观察1～4小油枪火焰呈透明状，火焰长度约2.5m，火焰中心温度实测分别为1487.0℃、1528.0℃、1365.0℃、1493.0℃，2335分对角投入2＃、4角给粉机，控制给粉机转速为250r/min。投用给粉机后煤粉瞬时点燃，看火孔处测得喷然器出口火焰温度为686～865℃，炉内火焰呈暗红色，010分炉膛出口温度达到305.2℃/307.3℃，035分相继投入1、3给粉机，给粉机转速仍控制在250 r/min，着火情况基本同前。但由于炉内未燃尽煤粉数量增多，炉内火焰较前发暗。 点火后根据喷然器壁温，及时调整气膜冷却风，始终控制喷燃器壁温度在400℃～450℃之间，同时根据汽包压力上升情况及炉膛出口温度，逐步调整给粉机转速以按启动曲线升温升压。期间炉膛压力一直较为稳定。 050分，炉膛出口温度达到405.2℃/412.7℃，此时炉膛压力开始大幅摆动，炉内燃烧忽明忽暗，汽包水位波动亦达到100mm，此时正值汽轮机重转参数，为保证冲车过程机组的安全，増投一只下排油枪（出力0.6t/h）。冲车结束炉膛温度达到456.2℃/422.9℃，给粉机运行台数增加到6台，停 2009.11.25-27中国天津 止下排油枪，之后按机组升温升压速度接带负荷，直至750分负荷接带至120MW，停止全部油枪。 启动过程中的煤质数据为A35.6、Vad14.5、Q19.35KJ/kg 从启动过程看，炉内燃烧情况可以大体分为三个阶段第一阶段，点火到冲转阶段，只有部分煤粉着火，着火煤粉与不着火煤粉比例基本稳定，炉膛负压稳定，未燃煤粉往冷灰斗掉、往尾部烟道走的情况比较严重；第二阶段，冲转～40 MW负荷阶段，煤粉燃烧不完全，炉内煤粉达到临界着火点，炉膛负压波动大、汽包水位波动大，此时应根据情况投入下排油枪助燃，确保机组安全；第三阶段，40 MW负荷以上，煤粉燃烧完全，炉膛火焰光亮，负压再次趋于稳定。启动全程共耗时8.5小时，耗用燃油6.92吨。大大低于以往启动炉平均43.12吨的耗油水平。节油率达到85。 5.2因素分析 5.2.1煤种影响 燃煤挥发份越高，发热量越大，小油枪越容易将煤粉直接点燃。 5.2.2炉膛温度及一次风温的影响 炉膛温度及一次风温越高，小油枪越容易将煤粉直接点燃，点燃后煤粉续燃能力越强。 5.2.3一次风速的影响 一次风速的高低对微油燃烧器煤粉的着火和燃烧影响较大，一次风速过高将导致煤粉着火推迟；而一次风速偏低又容易造成一次风管积粉甚至堵管。合理选择点火一次风速，对微油燃烧器的稳定燃烧较为重要。 5.2.4给粉机转速（煤粉浓度）的影响（见表3） 点火初期，炉膛温度在300℃以下时，维持一次风速不变，进行改变给粉机转速试验。发现给粉机转速过低，喷燃器出口温度较高，但炉膛出口烟温上升太慢，给粉机转速过高，燃烧器出口温度反而下降，燃尽率降低。 表3给粉机转速与喷燃器出口温度关系表 给粉机转速 1喷燃器出口温度（℃） 2喷燃器出口温度（℃） 3喷燃器出口温度（℃） 4喷燃器出口温度（℃） 200 873 950 890 940 250 765 785 770 795 300 744 763 754 772 350 720 735 725 740 5.2.5气膜风开度对微油燃烧的影响 气膜冷却风的作用是保护燃烧器不烧坏和结渣。但气膜风开度太大影响煤粉着火率，在保持不烧坏喷口的情况下，应尽量减小气膜风的开度 6 安全、效益分析及结论 6.1安全情况分析 小油枪直接点火启动的安全风险主要是点火初期煤粉未燃尽率较高，容易造成 煤粉积聚在炉内造成局部爆燃，其次煤粉沉积在竖井、尾部烟道，锅炉热负荷较高时发生尾部烟道再燃烧事故，为此对煤粉燃尽率进行取样化验分析见表4。 2009年中国电机工程学会年会 表4 煤粉燃尽率取样化验分析表 机械不完全燃烧 取样时间 2350 040 440 运行工况 四只小油枪，两台给粉机 四只小油枪，四台给粉机 四只小油枪，八台给粉机 飞灰可燃物（） 损失（） 35.8 28.5 13.5 21.5 17.4 7.6 （） 78.5 83.6 92.4 煤粉燃尽率 从表中可以看到，点火初期煤粉燃尽率还是较低，但启动后接带至满负荷从后竖井烟道落灰管锁气器中的灰样化验，飞灰含碳量低于5.0，尾部水平烟道的飞灰含碳量检测点取样化验飞灰含碳量亦低于5.0，说明在尾部烟道没有大量沉积未燃煤粉。 启动过程中当炉膛温度达到420℃以上 时，炉膛燃烧摆动情况较大，这时应加强燃烧调整，防止负压波动过大而导致锅炉灭火，必要时可增投一只下排油枪稳燃。防止发生灭火和局部爆燃。 6.2优化方案，实现小油枪直接点火经济效益见表5 8炉经过启动方案的优化，整个启动过程基本使用小油枪启动，累计耗时8.5小时， 和以往大油枪启动过程的经济性对比分析如下。计算结果表明8炉优化启动方案，使用小油枪直接点火技术比大油枪启动节约燃料费用18.0万元，经济效益非常可观。 表5 经济效益分析表 表5 经济效益分析表 6.3结论 6.3.1试验结果说明，通过对启动过程的优化，在燃烧劣质煤的机组也可采用小油枪直接点燃煤粉技术，在冷炉得到充分预热前提下，可以点燃煤粉，实现以煤代油，节油 率达到85。使烧劣质煤的机组在启动中节油工作取得重大突破。 6.3.2启动炉的优化应从机组停运就开始考虑，尽量提高粉仓存煤的挥发份、热值，启动炉前粉仓送粉时安排供粉炉上优质煤。 2009.11.25-27中国天津 6.3.3启动前10小时投入邻炉热风系统、6.3.6当炉内煤粉达到着火临界温度时，底部蒸汽加热系统，对炉膛及风烟系统进行充分预热，炉膛温度出口温度应达到150.0℃，汽包壁温应达到120.0℃以上。 6.3.4点火过程中应及时调整一次风速、给粉机转速、气膜风的开度，使喷燃器着火处于最佳状态。 6.3.5小油枪系统的运行参数如压缩空气压力、助燃风压力、雾化压缩空气压力必须保持在最佳状态。 应特别注意燃烧情况的调整，必要时可增投下排油枪稳燃，防止发生灭火事故。 6.3.7启动过程中密切注意煤粉燃尽率，防止发生尾部烟道再燃烧事故。 8