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電子論文

“W”鍋爐劣質無煙煤煤摻燒及優化技術探索

時間:2020年09月11日 所屬分類:電子論文 點擊次數:

摘要:某發電廠1、2號鍋爐均為東方鍋爐廠生產的亞臨界W火焰鍋爐。為了進一步降低發電成本,進行本地劣質低熱值無煙煤進行摻燒。根據本地煤熱值低等特點,對制粉系統、燃燒系統進行調整、優化。首先選擇在1號爐開展本地煤摻燒試驗。 關鍵詞:W火焰鍋爐;制粉系

  摘要:某發電廠1、2號鍋爐均為東方鍋爐廠生產的亞臨界W火焰鍋爐。為了進一步降低發電成本,進行本地劣質低熱值無煙煤進行摻燒。根據本地煤熱值低等特點,對制粉系統、燃燒系統進行調整、優化。首先選擇在1號爐開展本地煤摻燒試驗。

  關鍵詞:W火焰鍋爐;制粉系統;燃燒系統;劣質無煙煤摻燒

鍋爐燃燒系統

  1、鍋爐概述:

  某發電廠1號300MW機組配套東方鍋爐股份有限公司生產的亞臨界壓力中間一次再熱的自然循環鍋爐,型號為DG1025/17.4-Ⅱ14,采用雙拱形單爐膛,燃燒器布置于下爐膛前后拱上,“W”型火焰燃燒方式。制粉系統配套3臺沈重BBD4060型雙進雙出球磨機,采用正壓直吹式制粉系統。

  燃燒系統:鍋爐的燃燒系統主要由煤粉燃燒器、風箱、油點火器及風門控制擋板組成。

  1號鍋爐共配有24個按FW(福斯特·惠勒)技術設計制造的雙旋風筒分離式煤粉燃燒器(其中四角燃燒器已停運隔離),錯列布置在鍋爐下爐膛的前后墻拱上,向下噴燃形成“W”型火焰,在下爐膛部分區域敷設了衛燃帶保證爐膛溫度。

  雙旋風分離式煤粉燃燒器由煤粉進口管、煤粉均分器、雙旋風筒殼體、煤粉噴口、乏氣管、乏氣擋板等組成,1號鍋爐燃燒系統布置。

  從磨煤機來的一次風和煤粉混合物由煤粉入口管道進入煤粉均分器,此時煤粉混合物被均分成兩股,每股分別切向進入相應的旋風筒。旋風筒中心部位裝有乏氣管,可將煤粉分離后的部分一次風(乏氣)引出。裝在乏氣管道上的乏氣擋板可調節引出的乏氣量,從而調節煤粉噴口的空氣量,即煤粉濃度。減小乏氣擋板的開度,則燃燒器噴口的煤粉氣流濃度降低,出口速度增加,煤粉著火點將推后而遠離拱部;增大乏氣擋板的開度,則燃燒器噴口的煤粉濃度增大,同時使噴入爐膛的風粉速度減少,煤粉初始著火點將前移。

  煤粉與空氣混合物在進入燃燒器時,由于離心分離產生了旋轉,為控制其離開噴口時的旋轉強度,每個煤粉燃燒器有一個調節裝置。升降調節桿的位置使葉片在噴口中的位置改變,即可影響混合物的旋流強度。當調節桿向噴口末端移動后,離開燃燒器噴口的煤粉氣流旋流強度被減弱,氣流將趨向于圓柱形,增加煤粉氣流在爐膛內的貫穿深度;當調節桿向上提升時,離開燃燒器噴口的煤粉氣流較早擴散,降低了貫穿深度,使煤粉氣流著火提前。

  燃燒所需要的二次風來自風箱,然后從拱上和拱下的風口進入爐膛。風箱用隔板分隔,使每個燃燒器各為一個單元,可實現單獨調節。每一單元內布置6個二次風道及擋板,其中A、B、C擋板控制拱上部分的二次風量,D、E、F擋板控制拱下部分的二次風量。拱上部分二次風僅占二次風總量的30~35%,擋板A(手動)控制燃燒器乏氣噴嘴及主火檢孔的冷卻風, 擋板B(手動)調節燃燒器煤粉噴口的周界風量,用于調整煤粉氣流的穿透能力及冷卻噴口,擋板C(電動)控制點火油槍及油火檢的風量。其余的大量二次風(約65~70%)從拱下垂直墻上的風口進入爐膛,共分三層,分別由擋板D、E、F控制,風量呈階梯形,擋板D、E為手動,擋板F為電動。

  試驗前制粉系統存在出力不均勻現象;拱上配風約30-35%,A風、B風擋板開度為50%,C擋板正常運行情況開度為5%保持冷卻用風;供下D、E配風開度為20%,F風擋板由兩側向中間逐漸開大,為燃燒提供氧量;乏氣擋板開度為45%、消旋葉片在第四個孔的位置。

  2、本地劣質無煙煤質結構:

  本地劣質無煙煤的主要特點:發熱量低且波動較大、灰分偏大、揮發份偏低、雜物較多等。

  3、制粉系統優化、調整:

  由于劣質煤存在熱值低、灰分高、難著火、難燃燒盡等特點,對于煤粉的細度和均勻性比常規煤種要求嚴格,所以制粉系統能夠高效可靠地運行,制出合格的煤粉,對于劣質煤的燃燒尤為重要。

  3.1、粉管一次風速調平

  在冷態通風條件下,將磨煤機出口各粉管縮孔全部開到100%,調整一次風機出力使得磨煤機入口風量分別對應100%額定出力(高風量)和80%額定出力(中風量)。用皮托管和微壓計測量各臺磨出口一次風管內的風速,對粉管風速進行標定。通過調整一次風管道上的可調縮孔開度將同一臺磨出口一次風管風速相對偏差控制在±5%以內。測試結果顯示,通過縮孔調整后各粉管一次風速偏差在±5%以內,一次風速調平,能滿足鍋爐正常運行需要。

  3.2劣質煤煤粉細度及均勻性優化:

  表征煤粉顆粒特性的主要因指標為煤粉的細度和均勻性。煤粉細度指一定質量的煤粉通過一定尺寸的篩孔進行篩分時,篩子上剩余的煤粉占篩分總煤粉量的百分比,國內電站常用90μm和200μm孔徑的篩子進行篩分。

  對于一定的磨煤設備,當x=600-200μm范圍內時,可以認為nb為常數,則可根據公式(3-1)求得煤粉均勻性指數n和細度b的計算公式。煤粉均勻性指數越大,煤粉顆粒組成就越均勻,過粗和過細的煤粉就越少,對于燃燒初期的著火和后期的燃盡均有利。

  4、燃燒系統優化、調整:

  結合東鍋FW技術W型火焰鍋爐的結構特點和1號爐的運行實際情況,本次調整中試驗研究對象主要包括A、B、C風擋板、D、E、F風擋板、乏氣擋板、消旋葉片。

  對摻燒低熱值無煙煤來說,主要表現在提高鍋爐穩燃能力、控制飛灰可燃物和氮氧化物等方面。提高穩燃能力的主要措施是提高一次風粉混合物的濃度、提高煤粉氣流的溫度、將高溫煙氣回流至著火區、采用衛燃帶增強著火區的輻射熱量;而解決煤粉燃盡的主要措施是提高煤粉細度、提高燃燒區溫度、延長煤粉在燃燒區的停爐時間及適量增大過量空氣系數等;控制氮氧化物主要措施是提高爐膛燃燒充滿度,防止燃燒過于集中,保持合適的過量空氣系數等方面。

  具體采取以下措施:

  1、拱上A風,為乏氣風噴口的周界風,擋板B(手動)調節燃燒器煤粉噴口的周界風量,在燃用揮發份低的劣質煤時,首先考慮的是穩燃問題,拱上A、B風保留足夠冷卻風量即可。由此將A、B風開度有50%調整至25%,有利于增強燃燒穩定性。

  2、擋板C(電動)控制點火油槍及油火檢的風量,一般在啟動投油點火時進行調整,正常運行時,保持5%的冷卻風。

  3、D、E、擋板在供下,為著火初期提供氧量,由于低揮發分劣質無煙煤著火滯后,不利于穩燃和氮氧化物的調整,因此將D、E擋板的開度由20%調整至5%,有利于提高燃燒區的溫度。

  4、大量的二次風通過F風口進入爐膛,為燃燒提高氧量,同時采用由兩側向中間逐漸依次增加開度的原則,對燃燒配風進行調整。

  5、乏氣擋板的調整:通過調節乏氣可以改變主煤粉氣流的濃度和速度。綜合考慮燃燒穩定性和煤粉燃盡特性改善,將1號爐目前乏氣擋板平均開度置于50%,中部4臺燃燒器乏氣擋板相對兩側關小15%(即35%)以緩解中部缺氧的情況。

  6、消旋葉片的調整:消旋桿處于離噴口相對近的位置其旋流相對弱,而煤粉氣流出射形態更趨近于圓柱形,有利于保持氣流剛性和增加火焰下設深度,改善煤粉燃盡情況。無煙煤煤粉燃盡更為困難,此時煤粉的下沖能力對煤粉最終燃盡情況影響顯著,將消旋葉片至于第二個孔。

  5、試驗工況:

  5.1、300MW負荷本地煤摻燒比例調整試驗

  相關數據如下:

  180MW負荷下分別按照本地煤占20%、30%、40%、45%、50%、55%、60%比例進行配煤開展試驗。

  (1)隨著本地煤摻燒比例不斷提高,混煤的燃盡特性隨之變差。形成大渣的灰分中可燃物由于停留時間短、受溫度影響大,對煤種變化比較敏感,在摻燒40%以上本地煤即出現大渣含碳量上升,摻燒比例大于45%時大渣含碳量上升顯著。當摻燒本地煤比例大于50%以后,混煤的燃盡特性為無煙煤主導,飛灰中可燃物含量也出現顯著上升,整體的煤粉燃盡特性變差。

  (2)隨著摻燒本地煤比例升高,氮氧化物整體平均值提高,但是受到混煤煤質波動影響單一工況下爐膛出口NOx濃度也在波動,從多個工況平均NOx指標看,180MW負荷下NOx濃度增加量小于100mg/m3。

  (3)根據試驗期間調取爐膛負壓曲線,本地煤摻燒比例從20%變化到 55%的各個運行工況下,爐膛負壓曲線均較為平穩,未出現異常波動現象;本地煤比例提高到60%時,爐膛壓力曲線會偶爾出現不規律的高正負值波動,峰值約200Pa左右,有時會引起油槍動作。

  綜合鍋爐運行經濟指標和燃燒穩定性來看,180MW負荷本地低熱值無煙煤的安全經濟摻配比例約為50%~55%,對摻配比例達到60%時鍋爐安全運行穩定性有所下降。

  5.2、300MW負荷本地煤摻燒比例調整試驗

  300MW負荷下分別按照本地煤占50%、55%和60%比例進行配煤開展試驗,結合各工況試驗結果,高負荷下摻燒本地煤后NOx排放最高濃度為1100mg/m3左右,在高負荷下以55%以上比例摻燒本地煤后混煤揮發分低且磨出力大細度偏粗,整體飛灰和大渣含碳量顯著升高,煤粉燃盡特性變差。

  摻燒本地煤比例提高后,混煤中揮發分相對高的煤質 “搶風”的現象(部分貧煤折算Vdaf在16%),實際上爐膛中間約四支燃燒器對應范圍內的燃燒工況是比較差的。

  這種局部欠氧的情況體現在爐膛負壓波動上,當負荷由180MW升至270MW及以上,無煙煤摻燒比例在55%左右時,爐膛負壓波動幅度由±30Pa左右增加至±90Pa左右(偶爾100Pa以上)。這種負壓波動幅度增加是規律性的,與180MW負荷60%本地煤摻燒比例工況下無規律波動不同,它是煤質波動引起的燃燒狀況脈動,在降負荷或入爐煤質發熱量提高后會回復正常。

  綜合鍋爐運行經濟指標和燃燒穩定性來看,300MW負荷本地低熱值無煙煤的安全摻配比例可達到約60%,入爐煤質發熱量達到4200cal/g左右時則無需降負荷,但是在摻配比例超過55%時飛灰爐渣含碳量顯著增加,未燃碳損失增大。

  針對中部燃燒器風量不足的情況,對中部四支燃燒器乏氣風擋板進行偏置,使其比兩側燃燒器乏氣擋板開度小15°,增大這四支燃燒器阻力,將部分煤粉轉移到兩側,緩解中部缺氧。由于本次試驗中中部缺氧情況較嚴重,氧量已低于0.5%,在出力允許情況下選擇直接退出了中間兩支燃燒器以調整煤粉出力分配的非常規方式。

  采用上述“中部配風優先”的配風調整策略后,爐膛出口氧量分布情況有所改善。調整前位于爐膛中間兩個氧量測點顯示值小于0.5%,調整后中部兩個氧量測點顯示值平均達到2.4%左右。

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  6、結論和建議

  本次試驗內容主要包括冷態空氣動力場試驗和熱態燃燒調整試驗,主要結論和建議如下:通過風速標定和縮孔調整后各粉管一次風速偏差均在±5%以內,一次風速調平,能滿足鍋爐正常運行需要。

  180MW負荷下本地煤安全經濟摻燒比例為50%~55%;210MW負荷下本地煤安全經濟摻燒比例為60%;300MW負荷下本地煤安全經濟摻燒比例為60%,大比例摻燒本地煤需綜合燃料成本考慮摻配經濟性,同時需要根據高灰分煤對汽水系統和爐膛積灰的影響及時調整摻配比例。

  在大比例燃用本地無煙煤時推薦的配風方式:拱上A、B風開度關小至25%、D、E風開度關小至5%;消旋桿位置設定在第2個定位孔高度;乏氣擋板平均開度置于45°;C風擋板仍然保持在冷卻開度。

  高負荷下改善爐膛中部缺氧的推薦配風方式:對F風采用中部配風正偏置;中部4支燃燒器乏氣擋板相對兩側關小15°;酌情退出中間兩支燃燒器。

  本地煤比例50%以上時,為了控制煤粉細度和均勻性,單臺磨煤機出力控制在47t/h以下。為了提高機組帶負荷能力,建議入爐煤質發熱量保持在4200cal/g左右,在進行燃煤摻配時,盡量摻燒相近的煤種,有利于提高煤粉細度和均勻性。

  作者:崔炎召 張海金

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