300MW W火焰锅炉运行特性研究.PDF

300MW W火焰锅炉运行特性研究 程智海 上海理工大学 动力工程学院,上海 200093 摘 要分析了W火焰锅炉的负荷特性,指出燃烧无烟煤存在的问题尤其是积灰和结焦较严重,主要原因 是炉膛热负荷较大,受炉膛内空气动力场的影响以及一、 二次风配比不合理。提出了解决问题的关键在于提 高调整的精度,合理改进运行方式,以及采用先进的测量、 监视手段,改善锅炉的变负荷、 变煤种适应性。 关键词 W 火焰锅炉;变负荷;锅炉配风;煤粉细度 中图分类号 TK22 文献标识码 B 文章编号 10012952920030420025204 Study of operation perance of 300MW boiler with‘W’shape flame CH EN G Zhi2hai Power Engineering Institute, Science load fluctuation; boiler air matching; coal power fineness STA TCOM接入系统的初步研究,为了寻求接近 实际的计算结果,仿真计算时采用的负荷模型、 发 电机模型以及STA TCOM模型等还需进一步探 讨。 参考文献 [1]刘文华,梁旭,姜齐荣,等.采用GTO逆变器的20 M var STATCOM1 电力系统自动化[J ]12000, 2423 192231 [2]徐凤 1SUCSTATCOM在上海电网的应用研究[D ]1 上海 上海交通大学, 2002 172191 [3]姜其荣 1 新型静止无功发生器建模及其控制的研究[D ].北 京清华大学, 1997 701 收稿日期 2002212203 作者简介傅晓红19792 , 女,硕士,从事电力系统FACTS控制 研究。 阳泉二电厂3、4号机组的锅炉为北京锅炉厂 引进英国巴威公司技术生产的B给粉 机为山西电力设备厂生产的YJF212型,变频式 2003年第4期华东电力250216 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 叶轮给粉机,给粉机的最高转速1250 rm in,最大 出力12 t h; 粉仓的最大储粉量可以供给4台给 粉机连续运行4至7 h。 磨煤机、 给粉机、 粉仓的匹 配方式见表1。 表1 磨煤机、 给粉机、 粉仓的匹配方式 粉 仓磨煤机给粉机 AA、BA 1、A2、A 3、A 4 BA、BB1、B2、B3、B4 CC、DC1、C2、C3、C4 DC、DD1、D2、D3、D4 16只燃烧器为轴向动叶可调式漩流燃烧器。 通过调整调风盘,内、 外导流叶片的相对位置和角 度可以改变内、 外二次风流量的比例和各自的漩 流强度。 每台燃烧器配1只油枪,采用简单机械方 式雾化,单只油枪的出力为11 2 t h。 2 锅炉的负荷特性 211 启动及稳燃特性 冷态启动投油时的二次风量一般控制在 45 ～ 50 万m 3 h, 风箱压力450～500 Pa,投入 2 ～ 4 支油枪。 油枪最好采用对角投入,并进行定期切 换。 随着油枪投入数量的增加,逐步地增加二次风 量,提高风箱风压。油枪的最大出力可以满足 35M CR的要求。当锅炉尾部的烟气温度达到 300℃以上时,可以投入煤粉燃烧器;投煤粉时应 注意控制二次风量,若风量偏大容易引起汽温超 限,燃烧不易控制。 由于该锅炉敷设有大量的卫燃 带,故其启动时间较烧烟煤的锅炉要长一些。 启动 过程中的温升速度控制在115℃m in,并网前再 热器部分通过旁路系统进行保护。 3、4号锅炉的不投油最低稳燃负荷可以达到 50M CR,低负荷稳燃性是值得肯定的。但是, 3、 4号机组都不同程度存在高负荷下负荷波动增大 的情况。 尤其是3号炉,实际负荷的波动幅度最大 可以超过20MW。 造成3号锅炉负荷波动大的一 个主要原因是一次风管流动阻力偏大。 212 负荷响应特性 机组在协调方式下的负荷变动率为6MW m in,A GC控制方式下的负荷变动率为3 MW m in。在变负荷过程中,该锅炉由于卫燃带的大量 敷设和无烟煤燃烧较慢,造成了锅炉热惯性较大, 负荷响应速度慢,尤其是锅炉积灰较多时更加明 显。 正常情况下减温水系统的响应速度较慢,但是 在变负荷过程中,当汽温变化率达到一定数值时, 减温水系统会快速增加减温水量。使得变负荷过 程中,初期的负荷变化较慢,而中、 后期的负荷变 化较快,造成负荷的超调量较大。 在协调方式连续 增加或减少50 MW负荷的情况下,负荷超调量 最大可超过10MW以上。通过燃烧调整还发现, 当R90提高到3～5时,会使得锅炉的负荷响 应速度降低,超调量增加,炉膛结焦加剧。 通过合理组织燃烧结构,加强机炉协调,提前 进行减温水控制等措施,可以使超调问题得以较 好地解决。 在运行人员手动干预的协调方式下,可 以达到负荷变动率为10 MWm in的水平,而维 持各主要参数在规定的范围内。说明该锅炉在提 高负荷响应速度方面仍有较大潜力,关键在于要 把协调控制的逻辑程序做的更加细致。 213 变负荷经济性 图1是根据3号锅炉199919～200113期间 的运行数据绘制而成的负荷与用煤量的关系曲线 图。Q代表经济性的用煤量,P代表负荷,由每 MW负荷下的给粉机转速来衡量。曲线1、2分别 代表对应负荷下的最大、 最小用煤量。 图1 变负荷经济性 从图1可以看出有以下3个特点。 1不同负荷下,锅炉的经济性变化较大,经 济性随负荷的变化呈 “W” 形。在210～220MW 和290～300MW负荷区间存在两个可实现较高 经济性的区域。 2 230MW左右和260～280MW 负荷区 间锅炉燃烧经济性的波动范围较小,说明该区间 的燃烧工况比较容易组织,燃烧的稳定性较好。 运 行中可以明显的感到这两个区间的锅炉比较容易 控制。但是,锅炉的经济性不是太好。 3负荷过高或过低时,锅炉经济性的波动 范围显著增大,实际运行中还时常伴随有负荷波 动幅度增大,锅炉不易控制等情况。 214 原因分析 1变负荷过程中,随着机组负荷的增减,给 粉机的转速和数量随之变化。而在此过程中一次 260217 华东电力2003年第4期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 风母管风压却基本保持不变,造成了一次风量、 风 速、 一次风煤浓度的不断变化,使得一、 二次风的 配合情况变差。 实践证实,通过合理改变一次风系 统的运行方式,可以使该问题得到较好的解决。 2低负荷下,锅炉的供煤量减少。如果此时 维持较高的一次风压力,一次风煤粉浓度降低,偏 离最佳煤粉浓度较多;而提高煤粉浓度又会使得 一次风速降低,加之以此时二次风压力低,风速减 小,卷吸能力下降,将导致火焰的下冲行程减小, 飞灰含碳量增加,着火稳定性下降。 这一矛盾可以通过减少低负荷下给粉机的投 运数量来加以改善。 但是,在给粉机数量较少的情 况下,一旦发生给粉机掉闸,将会对燃烧产生较大 的扰动,容易发生事故。 所以,如何确保低负荷、 给 粉机较少的情况下,给粉机掉闸后的燃烧稳定以 及油枪和备用给粉机的自动投运,才是解决这一 问题的根本途径。 3高负荷时,锅炉的供风量、 风速、 风压大 幅增加,煤粉在炉膛内的停留时间相对缩短,使燃 烧的控制难度增加;同时,炉膛温度升高,气流扰 动增强,锅内压力升高又为提高锅炉效率创造了 条件,所以,造成了高负荷下锅炉经济性的波动范 围显著增大,尤其是对煤质的变化十分敏感。 该问 题可以通过对燃烧器的配风调整和改进锅炉的运 行方式来加以改善,运行中取得了较好的效果。 3 积灰及结焦特性 由于无烟煤的含碳量高,挥发份低,为了改善 着火性能,较多地采用了高煤粉细度一般R90 小于8 ,使得锅炉的积灰速度较其它锅炉要快 一些。在R90 8～1018的情况下,吹灰后约 1～2 h内,锅炉的积灰会达到一个相对较平衡的 状态;在R90 3～415时,吹灰后只需要30 ～40 m in,锅炉的积灰就可以达到一个较平衡的 状态,低负荷时还经常出现过热器一级减温水调 门全开,低温过热器出口汽温升高30～50℃,再 热器事故喷水量增加,管壁超温次数明显增加。 而 燃烧调整试验表明,当煤粉细度低于8时,提高 煤粉细度对提高经济性的作用已不明显,所以,煤 粉细度不宜提得过高。 就3、4号锅炉3年多的运行情况来看,该锅 炉的炉膛结焦是比较厉害的, 3、4号锅炉都曾经 发生过严重的结焦事故,结焦的主要部位在两个 侧墙和炉拱。3号炉在2000年期间,曾多次因为 炉膛掉焦而导致锅炉灭火,炉膛掉焦还将冷灰斗 的4个角砸出了4个坑,其中有2个角比较严重, 多根水冷壁管的密封条被砸开,保温层脱落。4号 炉曾经在冷灰斗中部约6～7 m的范围内发生严 重结焦,结焦的厚度达70～100 cm ,并且堵住了 冷灰斗的落渣口。 造成该锅炉结焦严重的原因 1炉膛热负荷较大,炉温较高,为结焦创造 了条件。实测炉温可以达到1 620℃。 2受炉膛内空气动力场的影响,在燃烧器 喷出的一、 二次风射流向下流动的过程中,出于补 气的需要,必然会在侧墙和靠近侧墙的燃烧器射 流间形成一个回流区,离心力的作用会使烟气中 携带的灰粒甩向侧墙。 若此时的灰粒熔化或软化, 便会形成结焦。随着炉膛温度、 煤粉细度、 燃烧器 轴向射流速度的提高,侧墙的结焦情况加重。 在运行中通过减小燃烧器射流的轴向速度, 可以使这一问题得到控制,但同时却引起了受热 面管壁超温。 最佳的方法是对炉膛结构进行改进, 增加燃烧器射流和侧墙之间的距离。 因为,单纯依 靠减小燃烧器射流的轴向速度,必然地会引起漩 流强度增加,火焰行程缩短,火焰中心上移,炉膛 充满度下降,燃烧效率、 锅炉效率降低。 3一、 二次风配比不合理。对于本锅炉所配 的燃烧器而言,其热功率较大,火焰的射程较远。 当二次风的供给量较小,而一次风速较高时,一次 风会穿透二次风的包裹,直接冲刷水冷壁的冷灰 斗,形成结焦。这种情况下,由于大量的煤粉氧气 不足而无法燃烧,故结焦多呈黑色。4号炉的结焦 就是由于该原因造成的。 所以,在运行中注意防止 投运燃烧器的二次风压力过低或拱上二次风拱风 挡板开度过小。 4 制粉系统特性 与其它配筒式钢球磨的直吹式制粉系统相 比,中储式的优点主要体现在 1运行的灵活性、 安全性提高,对磨煤机的 性能要求有所降低,燃烧器的运行方式和磨煤机 没有直接的关系。 2经济性提高,经过对制粉系统的改造,阳 泉二厂现在只需要3台磨煤机就可以满足满负荷 时的制粉量要求,一般情况下维持2台磨煤机运 2003年第4期华东电力270218 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 行即可。 3煤粉细度的调整手段较为灵活,调整范 围较小时,只需改变排粉机的出力大小即可,提高 了锅炉的变煤种适应性。 运行中也反映出,乏气的运行方式对燃烧会 产生较大的影响。 在某些情况下,只要某1台磨煤 机的乏气出力改变3～5 ,就会使得整个锅炉 的负荷降低20～30MW。 关于乏气对燃烧的影响 还需要进行更加深入的研究。 5 锅炉的配风特性 对于W火焰锅炉而言,基本上都采用了分级 配风方式,该锅炉的设计供风比例和风速见表2。 实际上,由于机组负荷的不断变化和运行人员操 作手法的差异,各部分的供风比例是一个相对变 化较大的量。 511 分级风的调整 从目前的运行情况来看,分级风经常处于全 关或者微开的状态,而且开与不开也没有明确的 规定。这种情况的形成主要是因分级风的开关对 经济性的影响并不明显;有时候分级风的投入会 使得锅炉的燃烧不稳。 表2 设计供风比例和风速 参 数 二次风 内漩外漩 一次风三次风分级风 风速ms- 12012412224134311 供风比例59161216161019 就笔者的经验总结,分级风的投运还是很有 必要的,它在改善燃烧结构和锅炉的负荷响应特 性方面起着积极的作用。 但是,在投运以前要注意 协调好拱上二次风的开度比例,防止在打开分级 风时,由于拱顶风压的降低而引起燃烧不稳;保持 较高的拱顶风压会有利于火焰的下冲,增加分级 风的作用效果。 512 二次风量与负荷的关系 从运行情况来看, 3、4炉的二次风供给量可 以达到理论计算水平。 在低负荷时,二次风的供给 量较计算值偏大。图2中a、b分别是3号炉 290 MW和180 MW时,维持负荷不变的条件 下,二次风量变化对用煤量和氧量的影响。Q代表 经济性用煤量 ,O 2为氧量,f为二次风量。 从图2中可以看出有以下2个特点。 1当二次风量在理论计算值[1]附近时,锅 炉具有较高的经济性,风量偏高或偏低都会对经 济性产生不利的影响。 从运行经验来看,锅炉的总 供风量与煤质变化没有直接的关系,关键在于合 理地控制配风比例,保证供风量在理论值附近是 提高锅炉效率的重要条件。 2当风量超过计算值时,随风量增加氧量 的变化并不明显,但锅炉的经济性却呈现出明显 的下降趋势煤燃烧产生的热量随烟气大量排入 大气 , 而且此时的氧量实测值一般都会低于设计 值。 低负荷时运行人员为了追求氧量,会尽量加大 供风量,造成了锅炉的供风量偏大,经济性较低。 运行中还发现,当锅炉的风量偏大时反而会对结 焦产生不利的影响。 所以,运行中不必片面追求氧 量,只要供风量满足设计要求即可。 图2 二次风量变化对用煤量和氧量的影响 513 一次风量与负荷的关系 3、4号炉一次风量的控制是通过对一次风母 管风压的控制来实现的。 运行中,一次风母管风压 一般保持在某一个定值,或者随负荷变化做小幅、 阶段性调整。 这样以来,当锅炉的供煤量发生变化 时,一次风中的煤粉浓度也随之发生变化,随着供 煤量的增加,一次风煤粉浓度增加、 流动阻力增 大,流速降低,造成了低负荷时一次风速相对偏 高,高负荷时一次风速相对偏低,煤粉浓度偏离最 佳煤粉浓度,给燃烧调整带来了困难。 这也是造成 该锅炉在负荷过高或过低时燃烧不易控制,经济 性偏低的一个原因。 同时,一次风煤粉浓度对污染 物的生成有着直接的影响[1]。 参考文献 [1]魏小林 1 煤粉浓度对于浓淡燃烧器设计的影响[J ]1 中国电 力 1199981 收稿日期 2002210230 作者简介程智海19762 , 男,硕士,助理工程师,从事锅炉燃烧 调整及光谱法火焰检测技术研究。 280219 华东电力2003年第4期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. 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