《超临界塔式锅炉的应用重点问题分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《超临界塔式锅炉的应用重点问题分析（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 2008.10 中国 南京 清洁高效燃煤发电技术协作网 2008 年会 1 October 2008 2008 Annual Meeting of Clean & Effcient Coal Nanjing, China Power Generation Technology Network 等离子点火燃烧技术在 1000MW 超超临界 塔式锅炉的应用重点问题分析 杨中明 浙江国华浙能发电有限责任公司 摘 要：在 1000MW 超超临界塔式锅炉中采用等离子点火，对存在一些重点问题进行分析，并提出了相应的技术措施。 关键词：等离子；问题；分析 前 言 目前国内已有大量型锅炉成功使用了等离子点火
2、技术，但随着火电单机容量的增大及超超临界技术的发展，塔式锅炉日益显示出其技术经济的优越性，宁海电厂二期工程 1000MW 机组塔式锅炉采用等离子点火技术， 将为电厂节约大量调试用油，同时在百万级塔式锅炉上首次采用先进的等离子点火技术，对电厂和社会节能降耗具有重要的示范作用。 由于超超临界机组具有容量大、参数高，锅炉系统设计布置和钢材使用等都发生了较大的变化，等离子点火技术的应用也存在着一定的问题，如何分析解决这些问题是能否应用等离子点火技术的关键问题。 1 锅炉概况 浙江国华浙能发电有限公司二期工程装设二台1000MW 燃煤汽轮发电机组，锅炉选用由上海电气集团股份有限公司根据APBG公司技术支
3、持制造的超超临界参数变压运行直流炉、一次再热、单炉膛单切圆燃烧、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构塔式布置。 一次汽系统不设安全阀， 采用了 100%的高压旁路,65%低压旁路配置。 制粉系统采用中速磨冷一次风机直吹式制粉系统，每炉配 6 台上重产 HP1163 型磨煤机，五运一备，设计煤粉细度 R90=17%，煤粉均匀系数 n=1.0，设计煤种为内蒙活鸡兔矿煤，校核煤种为乌兰木伦矿煤。 煤粉燃烧器采用典型的 LNTFS-III 燃烧器布置，一共设有 12 层煤粉喷嘴，每台磨煤机对应提供 2 层燃烧器所需的煤粉。磨煤机出口的 4 根煤粉管道在燃烧器前通过分配器，分成 8 根煤粉
4、管道，进入 4 个角燃烧器的 2 层煤粉喷嘴中。锅炉设有 6 层暖炉轻油枪和高能点火枪，共 24套，布置在相邻 2 层煤粉喷嘴之间的 1 只直吹风喷嘴内。暖炉轻油枪采用机械雾化方式。24 支油枪按照按带25%BMCR 锅炉负荷设计。 煤 质 资 料 表 设计煤种 校核煤种 煤种 项目 活鸡兔 矿煤 变动 范围 乌兰木伦煤 全水分 Mt % 14.00 4 16.50 干燥基水份 Mad % 5.90 6.70 灰分 Aar % 7.04 5 13.07 碳 Car % 63.25 56.38 氢 Har % 3.40 3.37 全硫 St,ar % 0.50 0.3 0.58 氧 Oar %
5、11.18 9.44 Nar % 0.64 0.66 低位发热值 Qnet,ar MJ/kg 23.39 2.34 20.98 干燥无灰基挥发份 Vdaf % 33.19 38.00 哈氏可磨性指数 HGI 62 55 DT(变形温度) 1080 1060 （10501150） ST(软化温度) 1120 1080 （11001200） HT(半球温度) 1180 1120 （11101250） FT(熔融温度) 1220 1160 （11501300） 磨煤机性能数据表 序 号 项目 单位 设计 煤种 校核 煤种 1 磨煤机出力（R90= 17 %） 最大出力 t/h 111 100 计算出
6、力（BMCR） t/h 74.1 68.8 保证出力 t/h 99.9 90.0 最小出力 t/h 25 25 2008.10 2 清洁高效燃煤发电技术协作网 2008 年会 中国 南京 2008 Annual Meeting of Clean & Effcient Coal October 2008 Power Generation Technology Network Nanjing, China 续表 序 号 项目 单位 设计 煤种 校核 煤种 2 磨煤机通风量 最大通风量 kg/s 41.5 41.5 计算通风量（BMCR） kg/s 35.9 36.3 保证出力下的通风量 kg/s
7、39.8 39.8 最小通风量 kg/s 29 29 3 磨煤机入口干燥介质温度 (BMCR) 253 266 2 等离子燃烧器的情况简介 国华宁海 1000MW 机组采用轴向插入式等离子燃烧器，等离子燃烧器布置在 B 磨所对应的上下两层燃烧器，喷嘴可以进行上下摆动。为了保证燃烧器出口气流动量与原燃烧器基本不变，燃烧器设计为内圆外方，燃烧器出口流速与原设计基本相同。燃烧器结构简单，阻力不超过600Pa，以保证与其他燃烧器的阻力匹配，不影响燃烧组织。 等离子空气载体系统采用仪用压缩空气作为等离子的载体，吹扫风由离心风机单独提供；冷却水取自机组闭式冷却水，在供水管道上加装管道升压泵。热风加热系统采
8、用蒸汽加热热风方式。等离子低压厂用电采用单独供电方案。 3 等离子点火技术重点问题分析 等离子点火在国内已成功应用几百台，从等离子点火技术本身讲是成熟可靠的，但是与超超临界塔式锅炉相匹配时，就会产生一些问题，需要进行深入探讨，下面就几个重点关心的问题进行探讨。 3.1 等离子点燃煤粉的可靠性 等离子燃烧器直接点燃煤粉的主要条件，除点火功率外还有：煤质、煤粉浓度、煤粉细度、一次风流速和一次风温度、湿度等煤质、煤粉浓度、煤粉细度、一次风流速和一次风温度、湿度等。宁电二期工程煤质较稳定，主要考虑是煤粉浓度、细度、一次风流速和一次风温度等主要因素， 煤粉浓度是指点火区域的煤粉浓度，它与一次风管内的煤粉
9、浓度有关但决不等于一次风管内的煤粉浓度。当一次风管内的平均煤粉浓度能满足点火需要时，由于一次风管中的浓度场一般总是不均匀的，即使在水平的一次风管内， 在垂直断面上一般是下浓上淡， 中心较浓靠管壁较淡；弯曲的管道内，总是靠外弧侧较浓，靠内弧侧较淡。这种浓淡的分布状况可以保持到转弯后相当长的一段距离。按资料推荐，在转弯后为管径 46 倍的距离以后，流场就可以重新变得均匀，但浓度场区仍不可能均匀。当一次风管内的浓度达不到点火所需要的浓度时，需要采用高效、低阻管道浓缩装置对含粉气流加以浓缩，使点火区域的煤粉浓度达到点火的要求。 根据磨煤机设计性能，同时适当降低一次风速、调整分离器挡板都可以使煤粉变得更
10、细，同时可以使磨煤机的出力降低，在满足初始投入功率的同时使煤粉更容易点燃。 一次风温的提高一方面受的系统干燥出力的限制，另一方面还可能受到防爆的限制，对于神华煤在采用热风干燥时，分离器出口温度一般不会容许超过 75。根据一期运行经验，一次风温满足点燃的需要。 一次风速主要是指点火区域的一次风速。一是因为受到一次风管最低容许流速的限制；二是有时由于系统的原因，一次风管的流速就可能会相当高。对进入中心筒的气流采取截流的措施，局部降低流速。在采用这些措施时避免造成煤粉在管道底部沉积造成结渣；同时燃烧器出口的流速与正常运行时的一次风流速相同，避免影响燃烧组织。 其他等离子发生器所需的气、水、电、风的各
11、项参数应保持在设计要求的范围，也是等离子发生器等离子燃烧器保持安全稳定的重要条件。 3.2 等离子点火与锅炉防爆 在锅炉点火时，正常情况，已确定的煤质在适当的煤粉浓度、煤粉细度、风粉速度和风温的条件下，等离子发生器拉弧以后，输入煤粉，立即被点燃。但是在由于某些因素，煤粉未被点燃而输入炉膛。 可燃物浓度、氧浓度和火源，是发生爆炸的三要素。防止点火过程的爆燃的策略与锅炉正常点火时一至，即：严格控制、监视进入炉膛煤粉进入炉膛；一但发现未燃或未燃尽煤粉进入炉膛时，尽快采取措施切断火源，并且必须在吹扫后才能允许再次点火。按“等离子点火模式”设计，配置监控装置（图像火检） ，使着火情况始终置于有效地监控之
12、下；按“等离子点火模式”设计配置有效的保护系统，一但灭火迅速使等离子装置跳闸，切断点火火源,并必须经过通风后才能重新启动点火。 宁海电厂的等离子点火模式中相对于以前的保护逻辑控制更加严格，如八只点火器中出现任 2 只断弧就会自动停磨，相对于以前的单层四只点火器中出现 2 只断弧就会自动停磨的保护逻辑更加保守。 3.3 机组启动期间等离子燃烧器点火与机组启 动曲线相适应性 根据超超临界锅炉的运行规定，锅炉冷态启动初期要求如下： （1）初始投入功率不得超过锅炉 BMCR 的 58%的负荷，以防止超温和锅炉膨胀不畅，影响锅炉的寿命； （2）锅炉启动中炉水的温升率、压力升高率遵守设计曲线。根据规定，锅
13、炉压力以汽水分离器的应力要求控制升压速率小于 0.12MPa/min；锅炉汽温根据过热器出口联箱的应力要求控制升温速率小于 4.5/min. 2008.10 中国 南京 清洁高效燃煤发电技术协作网 2008 年会 3 October 2008 2008 Annual Meeting of Clean & Effcient Coal Nanjing, China Power Generation Technology Network 等离子点火初期磨煤机出力的最小出力 25t/h， 考虑燃烧效率，投入煤粉量占 BMCR 工况耗煤量的 6.7%，直流锅炉在启动时就有 30%启动水流量，该煤粉量能满
14、足锅炉冷态启动允许投入热量要求。初始投入功率是完全可以满足启动曲线的要求的。 第二台磨煤机启动时，可以通过调节第一台磨煤机的负荷， 尽量维持锅炉给煤量的平稳， 减小对锅炉负荷的波动。 3.3 水动力稳定性 水冷壁出口温度的偏差，与负荷呈负相关性，在满负荷时，温度偏差几乎可以忽略。而低于 600MW 后，随着水冷壁进出口工质的比容差逐步增加，此偏差会逐渐增大，特别是在刚进入直流的低负荷下，若停留时间较长，这一偏差会增大，有时可达 6070。 采用等离子点火，在直流低负荷工况下，由于煤粉燃烧相对于油燃烧均匀性较好，可以对炉膛内水冷壁管避免造成水动力失稳而导致锅炉跳闸。这是因为油枪的火炬很短，只能加
15、热油枪附近局部的螺旋水冷壁管子，而直流锅炉的水动力对加热的不均匀特别敏感。 等离子布置在 B 层，且可以上下摆动 在直流低负荷时可以避免投用低层磨煤机，减少水冷壁的加热不均匀性。因为螺旋水冷壁及冷灰斗，但冷灰斗的几何特点决定了其不可能构成均匀的受热面。当火焰中心下移后，冷灰斗的辐射角系数增大，其受热比例增加，相当于整个水冷壁的加热不均匀度增加。 3.4 等离子点火与氧化皮脱落 由于超超临界机组的蒸汽参数大幅提高，其锅炉使用的材料等级越来越高，大量从国外引进的新材料应用于高温锅炉管和高温部件。 如末级过热器、 再热器采用了 Super 304H 和 HR3C 等新型奥氏体耐热钢，近年来，电力工作
16、者对氧化皮的形成、脱落危害等问题进行了大量的研究与实践，在现有材料特性下，提出了防止脱落堵管爆破的应对措施，主要有对机组启停速率进行控制和对炉内烟气温度场和受热面温度的控制等。 等离子点火的热量投入量与油枪相比较，虽然有最小热量的限定，在等离子启动的时候，锅炉的升温升压速率可能会比较快，在启动过程中，锅炉的升压速率是根据汽水分离器的内外壁温度差计算出的应力限制升压速度，由旁路进行控制。可以满足锅炉厂家要求的启动曲线。在机组停运时，等离子点火与油枪作用相同。 等离子点火设计上与主燃烧器一样，并可以上下摆动，这样就基本不影响原有系统的正常运行，同时在基建过程中考虑到受热面温度的监测和控制，我们增加了受热面的温度测点，有效地防止受热面管超温。 3.5 锅炉再热汽温调节 相对于 600MW 等级四角切园燃烧方式锅炉等离子燃烧器的设计基本是水平固定不摆动的， 从应用情况分析，燃烧器固定不动对再热器的调节影响较小宁海电厂等离子设计布置上，参考
