W火焰鍋爐低負荷磨煤機運行技術研究

2023-07-24 01:26:58趙永國馬國智石賢捷

黑龍江電力 2023年3期

趙永國,陶勇,馬國智,石賢捷

(國家能源菏澤發電有限公司, 山東菏澤 274032)

0 引言

在發電廠鍋爐工作流程中,由于對配套技術的不準確跟蹤,導致不能及時對燃煤鍋爐中的煙氣含量、燃料消耗量、飛灰等有害物、鍋爐內的所有裝置熱能損失和空氣預熱器通風率,以及受熱表面污染程度等關鍵參數進行在線的監控。該問題導致電廠在燃用煤種多樣的狀況下,影響對燃煤鍋爐的正常運轉做出有效調度,及科學合理地組織爐內空氣動力場工作;情況嚴重時,可造成在鍋爐低負荷工作時出現事故停機,直接危及鍋爐工作安全和經濟效益[1]。由于電網負荷巨大需求,很多300 MW以上火力機組是重要的調峰型發電設備。由于每天的峰谷間機組負載變化很大,出于對鍋爐穩燃安全性與經濟性的考量,在燃煤鍋爐滿帶基本負載(170～230 MW)時,要保證2臺磨煤機運行,另一臺磨煤機備用;在負荷峰值時,則啟動第三臺磨煤機運行,按照原規定的磨煤機啟停要求,磨煤機在啟停后就必須投油助燃。在2臺磨煤機運行方式下,僅助燃用油每月費用約8.4萬元,如果出現磨煤機跳閘鍋爐滅火,在機組恢復過程一般需要燃油費用10多萬元,更不具有經濟性。所以,在確保鍋爐燃燒平穩安全的前提下,研究減少磨煤機啟停助燃油損耗的對策,以及低負荷2臺磨煤機運行技術是非常有意義的[2]。

1 鍋爐燃燒系統設計特點

菏澤發電廠二期工程為2臺300 MW發電機組,配備型號為MBEL-1025/17.3-541/541的大型高壓鍋爐設備裝置。該型高壓鍋爐裝置為單爐膛尺寸出口、平衡通風、一次中間再加熱、亞臨界參數、自然循環、單汽包高壓鍋爐燃燒裝置,設計蒸汽生產能力為1 025 t/h,正壓直吹式制粉系統,W型火焰鍋爐。鍋爐系統設計煤種為85%無煙煤和15%半無煙煤,鍋爐設備的燃煤系統由制粉系統、燃燒器和噴油嘴、均衡煙風控制系統和輔機、下爐膛出口和燃料室等構成。煤倉在23 m高爐拱處分為上下兩部分,下煤倉斷面為19.32 m×15.63 m,呈八角形;上煤倉為19.32 m×7.176 m,呈正方形;煤倉容量為6 557 m3。在煤倉四周鋪設569 m2高衛燃帶。該高壓鍋爐制粉系統中,安裝3臺雙進雙出鋼球磨煤機,每臺磨煤機又分為兩端,每端均連接一粗粉分離器,從粗粉分離器出口的一次風管在距離鍋爐本體28 m處又通過分配器再分成2根,3臺磨煤機共有12條一次風管在燃燒器前端,再通過每個管路連接一次旋風分離機構。鍋爐左右2個爐拱處,均布設3組直流垂直向下的狹縫型點燃器,每套點燃器共由4只主煤粉噴射器、4只乏氣噴射器、8只二次風噴射器所構成。二次風噴氣孔分別位于主煤粉鍋爐噴射器和乏氣噴射器送風口的兩端,每組燃燒器包裹2支油槍。在鍋爐后壁爐下方設有爐底管注入的熱風,用以在負荷變動時調節再熱汽溫[3]。

2 磨煤機運行方式綜合分析

2.1 磨煤機運行臺數對經濟性的影響

2.1.1 對制粉單耗的影響

1)根據數據統計分析:同樣負荷下,運行2臺磨煤機比運行3臺磨煤機制粉單耗下降1/3左右。

2)同樣負荷下,負荷越高,運行2臺磨煤機單耗下降越少;負荷越低,運行2臺磨煤機單耗下降越多。

3)無論3臺磨煤機運行還是2臺磨煤機運行,隨著負荷的升高,單耗下降。

4)受煤質影響,250 MW負荷以下,運行2臺磨煤機(目前最多帶負荷230 MW),磨煤機單耗未達到設計值24.40 (kW·h)/t; 250 MW負荷以上,運行2臺磨煤機能低于設計值。運行3臺磨煤機在滿負荷時磨煤機單耗尚未達到設計值[4]。

2.1.2 對廠用電率的影響

1)運行2臺磨煤機,由于總負荷的減少,廠用電率也降低較多,在250 MW負荷下運轉2臺磨煤機時,廠用電率至少下降0.5%。

2)運行2臺磨煤機,在負荷210 MW以上,廠用電率能低于設計值(4.98%),而運行3臺磨煤機負荷應在230 MW以上能達到設計值。

2.1.3 磨煤機的運轉臺數及對飛灰、爐渣等可燃物的影響

2臺磨煤機同時運轉,飛灰有害物含量平均達到4.41%,焊渣有害物含量平均達到4.95%,分別比3臺磨煤機同時運轉時高1.5%、2.38%。

綜上可知,在機組出力230 MW負荷以下時,2臺磨煤機運行比較經濟[5]。

2.2 磨煤機啟停對經濟性的影響

2.2.1 磨煤機啟停對燃油和節電的影響

1)磨煤機啟停燃油。根據磨煤機的設計邏輯和現場實際需要,磨煤機啟停時需要投入最少2只油槍運行,油槍在工作壓力1.2 MPa下,噴油1.7 t/h,按油壓0.8 MPa計, 1只油槍燃油為1.13 t/h,啟動磨煤機最少需要燃油30 min,停磨煤機最少需要燃油20 min,手動啟停時磨煤機需要燃油約2 t/次,每月每爐需要的燃油約60 t,油價按5 000元/t測算,需燃油費約30萬元[6]。

2) 2臺磨煤機運行節電。230 MW負荷以下運轉2臺磨煤機,每臺磨煤機能耗按最小計算, 每臺磨煤機能耗消耗約1 200 (kW·h)/h,每日按12 h計算,日節電約14 400 kW·h, 月節電432 000 kW·h,電價按0.5元/(kW·h)計算,每月節省電費約21.6萬元[7]。

從燃油與節電的比較可發現, 2臺磨煤機運行僅助燃用油每月需投入8.4萬元。當2臺磨煤機同時運轉,出現磨煤機跳閘鍋爐滅火,在機組恢復過程通常需要燃油約20 t,費用約10萬元,更不具有經濟性。

通過以上分析,只有在低負荷工況(230 MW以下)研究2臺磨煤機運行才有實際意義,要保證安全,在啟停磨煤機時必須投助燃油。如何降低啟停磨煤機時助燃油的投入與采取何種運行方式有利于燃燒是研究的重點。

2.2.2 磨煤機啟停節油的可行性分析

2臺磨煤機運行方式,在安全和經濟方面存在不利因素,只有解決磨煤機啟停不投油的問題,才使低負荷時采取2臺磨煤機運行方式,成為有效的方法。

1)按菏澤電廠二期鍋爐磨煤機啟停邏輯,要求投油的主要目的是引燃煤粉燃燒器并給之助燃,以確保煤粉燃燒器點火良好。在鍋爐最初啟動時,爐膛溫度較低,鍋爐燃燒狀態不佳,投油點燃煤粉燃燒器是必要的;但當鍋爐穩定運行后,燃煤燃燒器的著火穩定性主要與燃料煤質、煤粉燃燒器的特性和爐膛出口溫度有關,因此在燃用設計煤種(低揮發分、中高發熱量貧煤)的情況下,選擇較容易著火、穩燃的燃燒器型式和適當的爐膛出口溫度,是確保備用磨煤機自動啟停節油的關鍵[8]。

2)鍋爐運行爐溫分析。菏澤電廠二期設計布局時,在爐膛尺寸與出口長度的選取上,采用大爐膛斷面,以降低燃煤鍋爐內煙氣流上升的速度,因此延長了煙氣在燃煤鍋爐中的停留時間,提高了煤粉燃燼時間;為了提高爐膛溫度,以保證煤粉在鍋爐內迅速著火、均勻燃燒,在水冷壁上布設具有相應面積的穩燃帶。該設計使在鍋爐正常工作時會產生適當的鍋爐高溫,以保持燃燒平衡。在鍋爐運轉過程中,從實際測量的鍋爐高溫數值可知,菏澤電廠二期鍋爐正常運行爐溫非常高,即使是位于鍋爐高溫燃燒區域的最底部,爐內溫度最低處也接近1 100 ℃。研究證明,煤粉鍋爐著火熱量主要有兩個來源: 一是被煤粉射流卷吸到射流根部的高溫回流煙氣,這部分高熱煙氣與剛噴入的新煤粉高壓鍋爐噴流劇烈攪拌,以對流方式傳輸熱能; 二是高溫火焰及爐壁對煤粉射流的輻射加熱。如此高的爐溫對燃燒器噴入煤粉的著火提供了有力的保障。根據華能德州電廠資料,該廠燃用煤種的著火溫度為840～1 000 ℃ ,在不投油情況下,1 100 ℃的爐溫完全能夠滿足燃用煤種著火溫度的要求,即在鍋爐正常穩定運行時,啟停磨煤機時油槍點火助燃作用微弱。

2.3 2臺磨煤機運行方式分析

A、B、C磨煤機中的2臺磨煤機同時運轉,有三種運行組合,即A與B、A與C、B與C,組合選擇原則是有利于燃燒穩定,有利于調整,有利于降低飛灰、爐渣可燃物[9-10]。

1) A與B運行方式。此種方式下后墻A磨煤機所帶的兩組燃燒器與前墻B磨煤機所帶的兩組燃燒器下射后對沖,形成較好的兩組W火焰,對兩側墻及前后墻兩端水冷壁輻射換熱強,火焰能均勻的充滿爐膛四周,燃燒穩定性較好。但由于爐膛較寬,前墻或后墻同一磨煤機兩組火嘴之間跨度大,爐膛中間部分火焰較弱,使前后墻水冷壁中間部分吸熱量減少,并且兩組W火焰各在爐膛兩側,使兩側爐膛溫度升高,容易在前后墻與兩側墻夾角處結焦,流下的積焦易掛在前后墻水冷壁斜坡與側墻夾角處造成堆積。此種方式下,由于形成了較好的W火焰,煤粉燃燒好,離析少,飛灰、爐渣可燃物含量較低。

2) A與C運行方式。C磨煤機所帶的前后墻兩組火嘴形成下射后形成一組W火焰,后墻A磨煤機所帶的兩組燃燒器各自形成一組V型火焰。兩組V型火焰與C磨煤機形成的一組W火焰相距較近,對燃燒的穩定性有很大幫助。但V型火焰對相對側水冷壁沖刷較強,使前墻1、4號角溫度過高,容易結焦。此種方式下,V型火焰向爐前墻噴射,煤粉燃燒時間長,飛灰、爐渣可燃物含量最低。不足之處是后墻三次風門是手動門,不便調節三次風量。

3) B與C方式。與A與C方式基本相同,只是前墻B磨煤機所帶的兩組燃燒器各自形成的一組V型火焰是向爐后墻沖刷,使前墻2、3號角溫度過高,容易結焦;由于V型火焰向爐后墻噴射,煤粉燃燒時間短,飛灰、爐渣可燃物含量最高。前墻三次風門是電動門,方便調節三次風量。

4) 在高負荷下,2臺磨煤機運行,一次風流量增加,煤粉下沖嚴重,嚴重時可以觀察到冷灰斗護板被燒紅,造成爐渣中煤粉含量增加;一次風量增加,煤粉細度變大,飛灰可燃物升高,負荷較高時,煤粉離析較多。同時,高負荷時2臺磨煤機運行,運行燃燒器出口煤粉增多,造成局部缺氧燃燒,形成還原性氣氛,而灰渣在還原性氣氛中灰熔點下降,容易結焦。因此,2臺磨煤機運行時,機組負荷不能太高,不超過230 MW為宜。