古交電廠2×600 MW機(jī)組微油量點(diǎn)火技術(shù)方案

劉振宇

(西山煤電集團(tuán)發(fā)電分公司，山西 太原 030053)

古交電廠二期2×600 MW機(jī)組于2011年3月和5月相繼投產(chǎn)運(yùn)行，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠設(shè)計制造的HG－2000/25．4－YM12型一次中間再熱、超臨界壓力變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式循環(huán)泵啟動系統(tǒng)的本生直流鍋爐。目前，機(jī)組啟動一次，需用#0輕柴油80 t，費(fèi)用達(dá)64萬元，而且對周圍環(huán)境造成了很大的影響，急需一種節(jié)能降耗的點(diǎn)火啟動方式來替代原有的方式。針對古交電廠二期鍋爐的特性和運(yùn)行方式，提出把原有點(diǎn)火方式改造為微油量點(diǎn)火方式。

1 微油量點(diǎn)火技術(shù)工作原理

微油量氣化燃燒器的工作原理：先利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎，霧化成超細(xì)油滴進(jìn)行燃燒，同時用燃燒產(chǎn)生的熱量對燃料進(jìn)行初期加熱、擴(kuò)容、后期加熱，在極短的時間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)氣化，使油槍在正常燃燒過程中直接燃燒氣體燃料，從而大大提高燃燒效率及火焰溫度。氣化燃燒后的火焰剛性極強(qiáng)、其傳播速度極快超過聲速、火焰呈完全透明狀，火焰中心溫度高達(dá)1 500～2 000℃。

2 電廠設(shè)備及技術(shù)參數(shù)概況

古交電廠二期機(jī)組為600 MW超臨界燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐。

2．1 鍋爐的主要設(shè)計參數(shù)

1)鍋爐型式：超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、平衡通風(fēng)、采用前后墻對沖燃燒方式、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。

2)鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量：2 070 t/h。3)鍋爐保證效率(BRL)：93．3%。4)鍋爐(B－MCR)燃煤量：設(shè)計煤種：300 t/h，校核煤種 1：275 t/h，校核煤種 2：327 t/h。

5)空氣預(yù)熱器型式：容克式三分倉回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器。

6)鍋爐運(yùn)行方式：機(jī)組主要承擔(dān)基本負(fù)荷，并具有一定的調(diào)峰能力，其調(diào)峰范圍為35% ～100%額定出力。

7)機(jī)組應(yīng)能滿足鍋爐負(fù)荷為30%B－MCR及以上時，機(jī)組投入全部自動裝置、鍋爐不投油、全部燃煤的條件下長期安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

2．2 制粉系統(tǒng)

1)型式：制粉系統(tǒng)采用HP中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配6臺磨煤機(jī)。

2)磨煤機(jī)型號：HP1003/Dyn中速磨煤機(jī)。

3)煤粉細(xì)度：R90=17% 。

2．3 燃料分析

2．3．1 煤質(zhì)特性

煤質(zhì)特性表見表1。

表1 煤質(zhì)特性表

2．3．2 點(diǎn)火及助燃用油：#0輕柴油

點(diǎn)火及助燃用油表見表2。

表2 點(diǎn)火及助燃用油表

2．4 燃燒系統(tǒng)

該鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式，每臺鍋爐共配有30只軸向旋流燃燒器(LNASB)，前后墻各15只，分3層對稱布置在鍋爐的前后墻。

燃燒器上配有雙層強(qiáng)化著火的調(diào)風(fēng)機(jī)構(gòu)，從大風(fēng)箱來的二次風(fēng)分兩股進(jìn)入到內(nèi)層和外層調(diào)風(fēng)器，少量的內(nèi)層二次風(fēng)作引燃煤粉用，而大量的外層二次風(fēng)用來補(bǔ)充已燃燒煤粉燃盡所需的空氣，使之完全燃燒。二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度可以改變，其旋轉(zhuǎn)氣流能將爐膛內(nèi)的高溫?zé)煔饩砦矫悍壑饏^(qū)，使煤粉做到點(diǎn)燃和穩(wěn)定燃燒。采用這種分級送風(fēng)的方式，不僅有利于煤粉的著火和穩(wěn)燃，同時也有利于控制火焰中NOx的生成。內(nèi)、外層二次風(fēng)的旋轉(zhuǎn)方向是一致的。整臺鍋爐的30只燃燒器中15只燃燒器的二次風(fēng)順時針方向旋轉(zhuǎn)，另15只燃燒器逆時針方向旋轉(zhuǎn)。

鍋爐共配備了30只油燃燒器，布置在鍋爐前后墻，前后各3層，與鍋爐煤粉燃燒器相匹配，每只燃燒器均配備1套高能點(diǎn)火裝置，可對各燃燒器實(shí)現(xiàn)自動點(diǎn)火，每套高能點(diǎn)火裝置上裝有1支點(diǎn)火油槍，可用來點(diǎn)火、暖爐、升壓及引燃和穩(wěn)燃所屬的煤粉燃燒器。本鍋爐油噴嘴采用空氣霧化方式。鍋爐30支油槍的總出力約占鍋爐出力的30%。

3 微油量點(diǎn)火技術(shù)系統(tǒng)改造方案

古交電廠二期工程2×600 MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組中鍋爐的燃燒器為前后墻對沖布置，前墻、后墻各布置3層，每層5只LNASB型燃燒器，機(jī)組配有6臺HP1003/DYN中速磨煤機(jī)，各臺磨煤機(jī)分別為各層的5只燃燒器供煤粉。

根據(jù)機(jī)組的上述特點(diǎn)，確定的改造方案為：將鍋爐后墻底層5支燃燒器改造為微油點(diǎn)火煤粉燃燒器，氣化小油槍從后面進(jìn)入微油點(diǎn)火煤粉燃燒器一次室。在鍋爐點(diǎn)火啟動階段，氣化小油槍可將通過燃燒器的煤粉直接點(diǎn)燃;在鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行階段，該燃燒器可作為正常主燃燒器使用，對鍋爐性能造成影響極小。這樣改造的優(yōu)點(diǎn)為現(xiàn)場改造工作量較小，鍋爐及磨煤機(jī)在點(diǎn)火過程中的控制方式比較簡單，鍋爐啟動過程中利用鍋爐前墻底層5只燃燒器對應(yīng)的磨煤機(jī)及微油點(diǎn)火系統(tǒng)即可完成鍋爐啟動、汽輪機(jī)沖車、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)并帶電負(fù)荷，此時爐膛溫度已達(dá)到較高水平，僅投入較少的燃油即可啟動其它磨煤機(jī)繼續(xù)升負(fù)荷，使機(jī)組達(dá)到較好的節(jié)油效果。

3．1 燃燒器煤粉量計算

單只燃燒器煤粉出力：

微油量點(diǎn)火系統(tǒng)改造后，應(yīng)保證微油量氣化燃燒煤粉燃燒器的熱功率與鍋爐啟動所需油槍的熱功率相等，即5只微油量氣化煤粉燃燒器功率與原10只油燃燒器的熱功率相等。

通過計算，需要每只微油點(diǎn)火燃燒器能點(diǎn)燃4～8 t煤粉，在微油量點(diǎn)火技術(shù)參數(shù)以內(nèi)。

3．2 微油量氣化油槍壓縮空氣量計算

根據(jù)煤種適應(yīng)性，選擇微油量氣化油槍(帶輔助油槍)出力為100 kg/h左右。點(diǎn)火煤粉燃燒器出力約為 4．82 t/h。

柴油的理論空氣量：V0=2．63·9．89(m3/kg)

單只微油量氣化油槍的耗油量為100 kg/h左右，燃油完全燃燒所需空氣量為989 Nm3/h，小于每只微油點(diǎn)火壓縮空氣和高壓風(fēng)的技術(shù)參數(shù)和(約為1 200 m3/h)，因此，完全滿足要求。

3．3 微油量點(diǎn)火系統(tǒng)

3．3．1 微油量氣化油槍

由進(jìn)油管、蒸發(fā)管、多級擴(kuò)容器、噴嘴、進(jìn)氣管及點(diǎn)火裝置(高壓自動點(diǎn)火)等組成，油壓：0．8～2．0 MPa;主油槍出力：20～40 kg/h，輔助油槍出力為60～200 kg/h。

3．3．2 燃油系統(tǒng)

利用原有的油系統(tǒng)，從下層燃油平臺的來油母管上接不銹鋼管作為微油點(diǎn)火系統(tǒng)的油源，接手動截止閥作為微油點(diǎn)火燃油系統(tǒng)與原燃油系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)點(diǎn)。然后接并聯(lián)的燃油大濾網(wǎng)，再通過不銹鋼管延伸到下層燃油操作平臺，再通過不銹鋼管分別引向下層5個小燃油操作平臺，并依次接入燃油角手動高壓球閥、燃油角濾網(wǎng)、電動燃油快速關(guān)閉角閥及不銹鋼三通，最后在三通另兩個口分別接不銹鋼管，一路接高壓燃油軟管接頭，通過軟管與主油槍連接，另一路接高壓手動球閥，高壓燃油軟管接頭，再通過軟管與輔助油槍連接。這樣可以根據(jù)煤質(zhì)情況來決定是否投入輔助油槍。

在大濾網(wǎng)后安裝就地壓力表和壓力變送器，用于監(jiān)視微油點(diǎn)火系統(tǒng)燃油系統(tǒng)壓力變化，如果爐前燃油壓力與其壓力差過大，說明大濾網(wǎng)堵塞，需要清理。

同時在每個燃油角濾網(wǎng)后安裝就地壓力表，作為巡視檢查用，其壓力與微油點(diǎn)火燃油系統(tǒng)總壓力之差過大，說明燃油角濾網(wǎng)堵塞，需要清理。

3．3．3 壓縮空氣系統(tǒng)

利用原壓縮空氣系統(tǒng)，在每個下層燃燒器燃油操作平臺接1根的鋼管，然后分別接壓縮空氣手動球閥，電動壓縮空氣快速關(guān)閉角閥、三通，最后在三通另兩個口分別接鋼管，一路接壓縮空氣軟管接頭，通過軟管與主油槍連接，另一路接壓縮空氣手動球閥，壓縮空氣軟管接頭，再通過軟管與輔助油槍連接。這樣可以根據(jù)煤質(zhì)情況來決定是否投入輔助油槍。

同時在每個角壓縮空氣管道上安裝就地壓力表，作為就地調(diào)節(jié)監(jiān)視用。

要求在氣源最低點(diǎn)處安裝低點(diǎn)放水，以便于排出壓縮空氣管道中的水分。

3．3．4 高壓風(fēng)系統(tǒng)

微油量氣化油槍在運(yùn)行和備用期間，需要有一風(fēng)壓為6 000 Pa左右、出力5 000 m3/h的助燃吹掃風(fēng)，風(fēng)源擬從一次風(fēng)冷風(fēng)聯(lián)絡(luò)母管上選取，通過鋼管引至下層5個燃油操作平臺各角，然后每個角通過鋼管立管引至角燃燒器附近，再接5個短管接頭，分別通過金屬軟管與主油槍、輔助油槍、氣化油槍火檢套筒以及各角火焰電視攝像頭相連。

3．3．5 煤粉燃燒系統(tǒng)

由煤粉濃縮器、一燃燒次室、二次燃燒室、周界冷卻風(fēng)等組成。根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況，本次改造采用5套微油量點(diǎn)火技術(shù)燃燒器，安裝在前墻下層一次風(fēng)噴口處，取代原有的煤粉燃燒器，作為點(diǎn)火燃燒器和主燃燒器使用。采用此方案需對原有系統(tǒng)進(jìn)行如下改造：

1)將原有的直流煤粉燃燒器噴口拆除，安裝微油量點(diǎn)火技術(shù)燃燒器，新裝的煤粉燃燒器的標(biāo)高和安裝角度與原一次風(fēng)噴口相同。

2)微油量點(diǎn)火技術(shù)燃燒器周界風(fēng)口與原周界風(fēng)道一致。

3．5 控制系統(tǒng)

微油量點(diǎn)火系統(tǒng)的監(jiān)測與控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)微油量點(diǎn)火過程的啟?？刂婆c過程參數(shù)(壓力、溫度等)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)爐膛和設(shè)備安全保護(hù)與聯(lián)鎖，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。

3．5．1 系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)電廠實(shí)際情況，微油量點(diǎn)火技術(shù)監(jiān)測控制系統(tǒng)進(jìn)入DCS控制系統(tǒng)，由DCS控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對微油量點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測、控制。

3．5．2 控制邏輯

1)點(diǎn)火啟動邏輯。

控制室啟動允許條件：

a)燃油母管壓力正常(大于0．6 MPa)。

b)壓縮空氣母管壓力正常(大于0．3 MPa)，壓縮空氣閥關(guān)閉。

c)微油角在遠(yuǎn)控位。

d)鍋爐允許點(diǎn)火，MFT復(fù)歸。

e)一次風(fēng)機(jī)任意一臺在運(yùn)行，且磨煤機(jī)(對應(yīng)前墻最下排5只燃燒器的)出口粉管氣動門、一次風(fēng)隔絕門在開位，磨煤機(jī)通風(fēng)量大于(72．1 t/h)。

f)磨煤機(jī)入口一次風(fēng)加熱裝置啟動條件，單獨(dú)增加密封風(fēng)機(jī)已啟動。

2)滅火保護(hù)。

a)MFT發(fā)生時，DCS控制關(guān)閉所有前墻最下層5只微油的燃油閥及一次風(fēng)道加熱油槍的燃油閥，并禁止氣化小油槍啟動。

b)啟動點(diǎn)火15 s內(nèi)仍然無火，控制系統(tǒng)自動關(guān)閉對應(yīng)燃油閥，本次點(diǎn)火失敗。

c)冷態(tài)啟動過程中由火檢檢測到滅火(燃油閥在開位且氣化小油槍火檢持續(xù)2 s以上無火)時，DCS控制系統(tǒng)自動關(guān)閉對應(yīng)燃油閥(包括一次風(fēng)道加熱油槍)。

d)一次風(fēng)道加熱油槍運(yùn)行時，只要一次風(fēng)道內(nèi)失去一次風(fēng)流量及密封風(fēng)機(jī)的風(fēng)流量，DCS控制系統(tǒng)自動關(guān)閉燃油閥。

3)跳閘邏輯。

當(dāng)啟動點(diǎn)火和燃燒過程中由微油量氣化油槍上的火檢探頭檢測到滅火時，控制系統(tǒng)自動關(guān)閉燃油氣動球閥、跳相應(yīng)給粉管的出口閥門。

當(dāng)啟動點(diǎn)火和燃燒過程中由于運(yùn)行參數(shù)不滿足且延時時間到，不能恢復(fù)，則控制系統(tǒng)自動關(guān)閉燃油氣動球閥并關(guān)閉磨煤機(jī)的出口閥門。

當(dāng)運(yùn)行人員發(fā)出指令關(guān)閉燃油氣動球閥且該層點(diǎn)火能量滿足時，不跳相應(yīng)磨煤機(jī)出口閥門(也就是在正常模式下微油關(guān)閉不發(fā)出跳相應(yīng)的磨煤機(jī)出口閥門;在微油模式時微油關(guān)閉跳相應(yīng)的磨煤機(jī)的出口閥門)。

3．6 輔助系統(tǒng)

圖象火檢系統(tǒng)：由5個內(nèi)窺式CCD攝象機(jī)火檢探頭組成，其視頻信號通過高溫電纜送至集控室六畫面分割器，經(jīng)處理再送到工業(yè)電視，可同時監(jiān)視5個微油量氣化燃燒點(diǎn)火裝置的火焰。

壁溫監(jiān)測系統(tǒng)：在每套煤粉燃燒器上安裝1～2只熱電偶，用于實(shí)時監(jiān)測燃燒器壁溫，防止其內(nèi)結(jié)焦燒損。

磨煤機(jī)入口一次風(fēng)加熱系統(tǒng)：

在一次風(fēng)道加裝氣化小油槍來加熱一次風(fēng)，使風(fēng)溫達(dá)到磨煤機(jī)入口溫度150℃要求，便可啟動磨煤機(jī)進(jìn)行制粉。風(fēng)道燃燒器處配有就地控制箱、火焰檢測及遠(yuǎn)方DCS控制與保護(hù)，就地壓力表、氣動控制球閥、手動球閥，過濾器等設(shè)備，以保證燃燒器安全運(yùn)行。

4 安裝微油量點(diǎn)火系統(tǒng)的可行性

4．1 經(jīng)濟(jì)效益分析

4．1．1 節(jié)油效益計算

按原方式鍋爐啟動一次耗油為80 t，啟動時間平均7 h。采用微油量點(diǎn)火技術(shù)，鍋爐啟動一次耗油為7 h ×0．15 t/h/只 ×5 只 =5．25 t。

節(jié)油率：(1 －5．25/80)=93．4%

4．1．2 綜合經(jīng)濟(jì)效益計算

鍋爐每年啟動節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用：

1)采用微油量點(diǎn)火技術(shù)啟動一次總費(fèi)用：

a)燃油費(fèi)用：

啟動一次總耗油5．25 t;

燃油價格(#0柴油)：0．8萬元/t;

燃油費(fèi)用：5．25 ×0．8=4．2 萬元。

b)燃煤費(fèi)用：

每次啟動平均節(jié)油量：80 －5．25=74．75 t;其熱負(fù)荷對應(yīng)燃煤量(以設(shè)計煤種為計算依據(jù))為：170 t左右;

燃煤價格平均為：380元/t;

燃煤費(fèi)用為：6．46萬元。

c)制粉廠用電費(fèi)用：

磨制粉平均單耗：22 kw·h/t;

對應(yīng)燃煤量制粉消耗電能：22 kW·h×170=3 740 kW·h;

廠用電價格：0．25元/kW·h;

制粉耗電費(fèi)用為：3 740 ×0．000 025=0．093 萬元;

微油量點(diǎn)火技術(shù)啟動一次總費(fèi)用：

2)采用原方式(大油槍)方式啟動費(fèi)用：

每次點(diǎn)火啟動平均總耗油量為80 t;

燃油單價：0．8萬元/t;

采用原方式(大油槍)啟動一次運(yùn)行費(fèi)用：

3)每啟機(jī)一次可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用：

64－10．75=53．25 萬元。

4)每年啟動節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用計算每年用于啟動節(jié)約的運(yùn)行費(fèi)用：

電廠每年啟動鍋爐平均8次(每臺啟動4次);53．25×8=426萬元。

如果考慮低負(fù)荷穩(wěn)燃節(jié)油，其每年效益將遠(yuǎn)大于426萬元。

5 結(jié)論

1)古交電廠2×600 MW機(jī)組鍋爐采用微油量點(diǎn)火技術(shù)，技術(shù)上完全可行。

2)進(jìn)行微油量點(diǎn)火系統(tǒng)改造后，可實(shí)現(xiàn)鍋爐啟停及低負(fù)荷穩(wěn)燃過程節(jié)油，節(jié)油率可達(dá)93%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

3)該系統(tǒng)簡單，穩(wěn)定可靠，可長時間運(yùn)行，操作方便，維護(hù)量小。

4)由于燃油實(shí)現(xiàn)氣化燃燒，大大降低了燃油量，不會對電除塵電極污染，因此，采用該技術(shù)后，機(jī)組啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃期間可投入電除塵，有益于環(huán)保。

［1］ 張國平，宋長平．鍋爐安全停爐穩(wěn)定燃燒控制［J］．華東電力，2003(4)：42－45．

［2］ 郭永浩．四角燃燒無煙煤鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)［J］．中國電力，2000(11)：87－90．