论文部分内容阅读
摘 要:“煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术”可以直接点燃煤粉代替燃油,且使用安全、经济、可靠。托电四期2×600MW 空冷汽轮发电机组采用了龙源电力技术有限责任公司的等离子煤粉点火技术,这种燃烧技术在保证锅炉了锅炉燃烧过程的安全性和经济性的前提下,在机组启动调试、正式投产后启停过程中节省大量的燃油,实现无油点火。
关键词:锅炉;等离子;磨煤机
1. 概述
大唐托电四期为2×600MW 空冷汽轮发电机组 ,锅炉为东方锅炉股份责任公司的亚临界压力、自然循环、前后墙对冲燃烧、全钢构架的∏型汽包炉; 共配有30只LNASB低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器,燃烧器的配风采用典型的MB形式,下图表1为LNASB低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器燃烧器结构图:
托克托电厂四期工程锅炉后墙A层燃烧器均改造为等离子点火燃烧器。通过锅炉吹管期间及正常启停实践经验证明,托电四期等离子燃烧器的点火性能稳定,可调整的出力范围较大,在锅炉冷态点火启动过程,完全可以利用等离子燃烧器进行纯无油冷态启动,并能满足锅炉升温升压曲线要求。
2. 等离子点火系统系统设备简介
托电四期2×600MW机组锅炉安装的等离子点火系统由点火系统和辅助系统两大部分,点火系统由等离子燃烧器、等离子点火器、电源控制柜、隔离变压器、控制系统等组成,辅助系统由冷炉制粉系统、载体风系统、冷却水系统、图像火检系统等组成。系统设备简介如下:
2.1. 等离子点火燃烧器
锅炉A磨煤机对应的5只燃烧器改造为等离子点火煤粉燃烧器,该燃烧器后端弯头处装有等离子点火器,在锅炉点火启动阶段,点火器产生的等离子电弧可将通过燃烧器的煤粉直接点燃;在锅炉高负荷运行阶段,该燃烧器可作为正常主燃烧器使用,其各项性能与锅炉其它煤粉燃烧器相同。
如上图表所示:在锅炉点火启动阶段,一次风分叉管上的插板门和电动分配挡板打开,原一次风管内的部分煤粉通过分叉管被引至等离子点火燃烧器,在这里煤粉被等离子电弧点燃并喷入炉膛;一次风管内剩余的煤粉继续进入原燃烧器的一次风室,并向前喷入炉膛后被等离子燃烧器所产生的煤粉火焰点燃。在锅炉高负荷运行阶段,一次风分叉管上的插板门和电动分配挡板关闭,所有煤粉仍按原设计路径进入燃烧器的一次风室,燃烧器完全按原设计方式运行。
2.2. 冷却水系统
等离子装置在运行过程中要产生大量热能,为冷却等离子装置的阴极、阳极和线圈,设计专门的冷却水系统对其进行冷却。托电四期等离子装置冷却水水源取自鍋炉侧的闭式循环水母管,回水回到闭式水回水母管,设有2台管道升压泵。正常压力:0.4Mpa。
2.3. 等离子火检冷却风和载体风系统
等离子发生器采用稳压、洁净、干燥的空气作为等离子载体,托电四期采用仪用压缩空气系统为等离子发生器供载体风。运行期间工作气压:0.01MPa。
在锅炉17.5m平台设2台离心风机,为等离子点火器图像火检探头供冷却风。锅炉点火前必须启动一台风机,只有炉膛温度低于50℃时才能停风机。
2.4. 磨煤机冷炉制粉系统
A磨煤机具备在锅炉冷态条件下直接启动制粉的能力,在A磨煤机入口的一次风道上加装了一套蒸汽暖风器,可将冷态时的磨入口风温加热至满足制粉要求。为防止冷风调门不严,在A磨入口的调温风管上增设了一道冷风隔绝门,在锅炉冷态启动时可将其关闭,以尽量提高磨出口风温。
2.5. 等离子电源及控制系统
每台锅炉配有5套等离子电源控制柜、5台隔离变压器,集中安装在锅炉17m平台,需要现场提供380VAC动力电源和220VAC控制电源。
2.6. 燃烧器壁温监测系统
为了确保等离子燃烧器的安全运行,防止等离子燃烧器结焦、烧损,在燃烧器的关键位置安装了监视壁面温度的热电偶。当壁温超过400℃时光字牌将发出声光报警。点火过程中要注意监视燃烧器壁温,当壁温异常升高时要及时进行燃烧调整,适当增大风量、减小煤量,必要时还可调整一次风分叉管上调节挡板的开度。
3. 等离子点火煤粉燃烧器工作原理
等离子装置利用直流电流(大于200A)在介质气压大于0.01MPa 的条件下接触引弧,并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体,该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T>5000K 的梯度极大的局部高温区,由载体风吹出,形成可利用的高温电弧引燃一级煤粉,最后引燃全部煤粉,等离子持续工作为煤粉全部燃烧提供稳定的热源。煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用,并在10-3秒内迅速释放出挥发物,并使煤粉颗粒破裂粉碎,煤粉从而迅速着火燃烧。
4. 锅炉利用等离子进行冷态无油点火操作方法,参数设定及注意事项
4.1. 建议的操作方法及参数控制如下:
4.1.1. 点火前运行人员要了解A磨当前的煤质参数,尽量用优质煤。
4.1.2. 检查并将A磨煤机的出口分离器挡板角度调整至最佳位置。
4.1.3. 检查等离子火检冷却风机投入,等离子水泵投入、冷却风压,冷却水压力已调整至正常,隔离变、整流柜动力电源和控制电源送电并正常。
4.1.4. 维持厂用蒸汽压力在较高压力投入A磨暖风器运行,启动一台一次风机,打开A磨煤机出入口风门,对A磨进行通风、暖磨。
4.1.5. 调节A层燃烧器二次风门在点火状态,点火初期建议A层二次风门开度在25%,风量为110t/h左右,点火后待风温升高后可根据燃烧情况进行调整。
4.1.6. 依次启动各台等离子发生器。启动A磨煤机,保持给煤量在30～35t/h,根据机组负荷要求增大或减小A磨煤机的出力。
4.1.7. 当锅炉负荷达到稳燃负荷以上后,可将A磨的运行状态由“等离子运行状态”转为“正常”运行状态,然后依次停止等离子发生器的运行。
4.2. 运行过程中注意事项和调整措施
4.2.1. 在点火前,按0.35Kg/ Kg的风粉配比进行A磨风量、煤量的调整,防止燃烧器内实际风速过低造成燃烧器结焦、烧损的事故。
4.2.2. 等离子点火燃烧器的中心筒、喷口均装有壁温测点,正常情况下燃烧器壁温应在200℃以下,超过400℃时光字牌将发出声光报警,当此温度过高时应及时进行调整,防止烧坏燃烧器。
4.2.3. 当A磨煤机在“等离子方式”下运行,运行中的等离子点火器中的1只发生断弧时,将发出声光报警,同时磨煤机所对应的出口一次风管插板门和等离子燃烧器一次风管气动插板门自动关闭。如阴极材料耗尽,应迅速更换阴极头,并将点火器投入备用。
4.2.4. 当锅炉负荷升至稳燃负荷以上时,可将A磨煤机运行方式切至“正常运行方式”,但切换前必须保证运行的等离子燃烧器的数量大于或等于4只,否则将造成磨出口门“五取二”关闭的保护动作。
4.2.5. A磨煤机在长期运行过程中应定期检查一次风分叉管上插板门的严密性,防止漏粉造成自燃,并定期清理积粉。
4.2.6. 等离子燃烧器的一次风管和中心二次风管上各装有1个气动插板门,为防止中心风压低于一次风压,导致一次风进入中心风箱,做了逻辑限定:
4.2.6.1. 投入等离子发生器前等离子燃烧器的中心二次风气动门必须关闭,否则无法启动发生器,并在发生器运行投入过程中心二次风气动门禁止开启 。
4.2.6.2. 等离子发生器在不用或断弧情况下,等离子燃烧器一次风管的气动门连锁关闭,在拉弧成功后才能手动打开,反之打不开。
5. 等离子燃烧器改造后运行经济性分析
机组启动过程中由于等离子水泵、风机、一次风机运行而多耗用的电能,此外机组启停过程未用油而用煤,多耗能折算成的费用见图表3
图表 3多耗费用统计表
机组正常启动过程中平均耗油约60吨,每吨油价6000元,合计:360000 元。节约总费用 ,冷态开机过程中可节约费用26余万元。
6. 等离子燃烧技术在托电应用过程中存在的问题及解决办法
6.1. 等离子容易断弧
6.1.1. 等离子载体风含油水过大,直接造成等离子拉弧不稳定和断弧,阴阳极头寿命短,建议安装油水分离器。
6.1.2. 电源柜内灰尘大容易造成电源柜内PLC卡件和触点接触不好,造成断弧;应定期清扫,保持柜内清潔。
6.1.3. 经过多次应用等离子点火发现原来载体风压力设定参数过大,由于压缩空气压力波动较大,容易造成条件不满足而断弧,现已改为5kpa。
6.1.4. 部分火检探头需要定期检查更换,防止信号反馈不佳。
6.2. 燃烧不稳容易爆燃
6.2.1. 针对托电目前等离子点火实际状况,锅炉停运过程中或启动前,要求等离子对应的磨煤机必须上发热量较高、挥发份较大的煤,一般要求发热量大于4300大卡、挥发份大于28%。
6.2.2. 增加等离子磨煤机暖风器出力,将入口风温提高到120℃以上,当磨煤机煤量30t/h时,磨煤机出口温度不低于50℃左右。
6.2.3. 等离子磨煤机运行时,加强等离子图像火检监视,发现图像火检着火不好,需关闭其对应的出口门,防止未着火的煤粉进入炉膛造成爆燃事故。
6.2.4. 等离子点火后,必须就地确认着火情况,发现着火不好或部分没有着火,需停止磨煤机,并经不少于5分钟时间的吹扫。
6.2.5. 等离子磨煤机运行后,如果炉膛负压波动大于±500Pa时,禁止投油助燃需立即停止磨煤机并进行充分吹扫后才可以进行再次启动。
6.2.6. 当炉膛已经灭火或已局部灭火并濒临全部灭火时,严禁投助燃油枪,要立即停止燃料(含煤、油)供给,严禁用爆燃法恢复燃烧。重新点火前必须对锅炉进行充分通风吹扫,以排除炉膛和烟道内的可燃物质。
6.3. 阴极头的损耗大
每个阴极头平均寿命30小时左右,与设备厂家保证寿命50-80小时存在差距,分析原因首先是阴极头质量不符合规定和各角阴极的拉弧次数不一致导致。为确保试机组启动过程中安全稳定运行,在阴极头出现不稳定现象时,提前予以更换。此外,建议设备厂家提高阴极头整体质量,确保阴极头使用寿命。
6.4. 管道上阀门增加,易积粉自然
定期清理各处的积粉,保证清洁,各处的温度在正常的范围内。大小修期间严格检查处理各阀门,保证各阀门的严密性,防止漏风漏粉。
7. 结束语
通过实践证明等离子燃烧技术在托电四期的应用非常成功,完全能满足锅炉对升温升压的要求,基本上实现无油点火,降低发电成本。对于存在的上述问题经过改造后完全能够满足电厂的要求。等离子点火系统的设计,安装,维护及安全性都优于燃油系统,既降低了成本,又节约了石油资源。
关键词:锅炉;等离子;磨煤机
1. 概述
大唐托电四期为2×600MW 空冷汽轮发电机组 ,锅炉为东方锅炉股份责任公司的亚临界压力、自然循环、前后墙对冲燃烧、全钢构架的∏型汽包炉; 共配有30只LNASB低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器,燃烧器的配风采用典型的MB形式,下图表1为LNASB低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器燃烧器结构图:
托克托电厂四期工程锅炉后墙A层燃烧器均改造为等离子点火燃烧器。通过锅炉吹管期间及正常启停实践经验证明,托电四期等离子燃烧器的点火性能稳定,可调整的出力范围较大,在锅炉冷态点火启动过程,完全可以利用等离子燃烧器进行纯无油冷态启动,并能满足锅炉升温升压曲线要求。
2. 等离子点火系统系统设备简介
托电四期2×600MW机组锅炉安装的等离子点火系统由点火系统和辅助系统两大部分,点火系统由等离子燃烧器、等离子点火器、电源控制柜、隔离变压器、控制系统等组成,辅助系统由冷炉制粉系统、载体风系统、冷却水系统、图像火检系统等组成。系统设备简介如下:
2.1. 等离子点火燃烧器
锅炉A磨煤机对应的5只燃烧器改造为等离子点火煤粉燃烧器,该燃烧器后端弯头处装有等离子点火器,在锅炉点火启动阶段,点火器产生的等离子电弧可将通过燃烧器的煤粉直接点燃;在锅炉高负荷运行阶段,该燃烧器可作为正常主燃烧器使用,其各项性能与锅炉其它煤粉燃烧器相同。
如上图表所示:在锅炉点火启动阶段,一次风分叉管上的插板门和电动分配挡板打开,原一次风管内的部分煤粉通过分叉管被引至等离子点火燃烧器,在这里煤粉被等离子电弧点燃并喷入炉膛;一次风管内剩余的煤粉继续进入原燃烧器的一次风室,并向前喷入炉膛后被等离子燃烧器所产生的煤粉火焰点燃。在锅炉高负荷运行阶段,一次风分叉管上的插板门和电动分配挡板关闭,所有煤粉仍按原设计路径进入燃烧器的一次风室,燃烧器完全按原设计方式运行。
2.2. 冷却水系统
等离子装置在运行过程中要产生大量热能,为冷却等离子装置的阴极、阳极和线圈,设计专门的冷却水系统对其进行冷却。托电四期等离子装置冷却水水源取自鍋炉侧的闭式循环水母管,回水回到闭式水回水母管,设有2台管道升压泵。正常压力:0.4Mpa。
2.3. 等离子火检冷却风和载体风系统
等离子发生器采用稳压、洁净、干燥的空气作为等离子载体,托电四期采用仪用压缩空气系统为等离子发生器供载体风。运行期间工作气压:0.01MPa。
在锅炉17.5m平台设2台离心风机,为等离子点火器图像火检探头供冷却风。锅炉点火前必须启动一台风机,只有炉膛温度低于50℃时才能停风机。
2.4. 磨煤机冷炉制粉系统
A磨煤机具备在锅炉冷态条件下直接启动制粉的能力,在A磨煤机入口的一次风道上加装了一套蒸汽暖风器,可将冷态时的磨入口风温加热至满足制粉要求。为防止冷风调门不严,在A磨入口的调温风管上增设了一道冷风隔绝门,在锅炉冷态启动时可将其关闭,以尽量提高磨出口风温。
2.5. 等离子电源及控制系统
每台锅炉配有5套等离子电源控制柜、5台隔离变压器,集中安装在锅炉17m平台,需要现场提供380VAC动力电源和220VAC控制电源。
2.6. 燃烧器壁温监测系统
为了确保等离子燃烧器的安全运行,防止等离子燃烧器结焦、烧损,在燃烧器的关键位置安装了监视壁面温度的热电偶。当壁温超过400℃时光字牌将发出声光报警。点火过程中要注意监视燃烧器壁温,当壁温异常升高时要及时进行燃烧调整,适当增大风量、减小煤量,必要时还可调整一次风分叉管上调节挡板的开度。
3. 等离子点火煤粉燃烧器工作原理
等离子装置利用直流电流(大于200A)在介质气压大于0.01MPa 的条件下接触引弧,并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体,该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T>5000K 的梯度极大的局部高温区,由载体风吹出,形成可利用的高温电弧引燃一级煤粉,最后引燃全部煤粉,等离子持续工作为煤粉全部燃烧提供稳定的热源。煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用,并在10-3秒内迅速释放出挥发物,并使煤粉颗粒破裂粉碎,煤粉从而迅速着火燃烧。
4. 锅炉利用等离子进行冷态无油点火操作方法,参数设定及注意事项
4.1. 建议的操作方法及参数控制如下:
4.1.1. 点火前运行人员要了解A磨当前的煤质参数,尽量用优质煤。
4.1.2. 检查并将A磨煤机的出口分离器挡板角度调整至最佳位置。
4.1.3. 检查等离子火检冷却风机投入,等离子水泵投入、冷却风压,冷却水压力已调整至正常,隔离变、整流柜动力电源和控制电源送电并正常。
4.1.4. 维持厂用蒸汽压力在较高压力投入A磨暖风器运行,启动一台一次风机,打开A磨煤机出入口风门,对A磨进行通风、暖磨。
4.1.5. 调节A层燃烧器二次风门在点火状态,点火初期建议A层二次风门开度在25%,风量为110t/h左右,点火后待风温升高后可根据燃烧情况进行调整。
4.1.6. 依次启动各台等离子发生器。启动A磨煤机,保持给煤量在30～35t/h,根据机组负荷要求增大或减小A磨煤机的出力。
4.1.7. 当锅炉负荷达到稳燃负荷以上后,可将A磨的运行状态由“等离子运行状态”转为“正常”运行状态,然后依次停止等离子发生器的运行。
4.2. 运行过程中注意事项和调整措施
4.2.1. 在点火前,按0.35Kg/ Kg的风粉配比进行A磨风量、煤量的调整,防止燃烧器内实际风速过低造成燃烧器结焦、烧损的事故。
4.2.2. 等离子点火燃烧器的中心筒、喷口均装有壁温测点,正常情况下燃烧器壁温应在200℃以下,超过400℃时光字牌将发出声光报警,当此温度过高时应及时进行调整,防止烧坏燃烧器。
4.2.3. 当A磨煤机在“等离子方式”下运行,运行中的等离子点火器中的1只发生断弧时,将发出声光报警,同时磨煤机所对应的出口一次风管插板门和等离子燃烧器一次风管气动插板门自动关闭。如阴极材料耗尽,应迅速更换阴极头,并将点火器投入备用。
4.2.4. 当锅炉负荷升至稳燃负荷以上时,可将A磨煤机运行方式切至“正常运行方式”,但切换前必须保证运行的等离子燃烧器的数量大于或等于4只,否则将造成磨出口门“五取二”关闭的保护动作。
4.2.5. A磨煤机在长期运行过程中应定期检查一次风分叉管上插板门的严密性,防止漏粉造成自燃,并定期清理积粉。
4.2.6. 等离子燃烧器的一次风管和中心二次风管上各装有1个气动插板门,为防止中心风压低于一次风压,导致一次风进入中心风箱,做了逻辑限定:
4.2.6.1. 投入等离子发生器前等离子燃烧器的中心二次风气动门必须关闭,否则无法启动发生器,并在发生器运行投入过程中心二次风气动门禁止开启 。
4.2.6.2. 等离子发生器在不用或断弧情况下,等离子燃烧器一次风管的气动门连锁关闭,在拉弧成功后才能手动打开,反之打不开。
5. 等离子燃烧器改造后运行经济性分析
机组启动过程中由于等离子水泵、风机、一次风机运行而多耗用的电能,此外机组启停过程未用油而用煤,多耗能折算成的费用见图表3
图表 3多耗费用统计表
机组正常启动过程中平均耗油约60吨,每吨油价6000元,合计:360000 元。节约总费用 ,冷态开机过程中可节约费用26余万元。
6. 等离子燃烧技术在托电应用过程中存在的问题及解决办法
6.1. 等离子容易断弧
6.1.1. 等离子载体风含油水过大,直接造成等离子拉弧不稳定和断弧,阴阳极头寿命短,建议安装油水分离器。
6.1.2. 电源柜内灰尘大容易造成电源柜内PLC卡件和触点接触不好,造成断弧;应定期清扫,保持柜内清潔。
6.1.3. 经过多次应用等离子点火发现原来载体风压力设定参数过大,由于压缩空气压力波动较大,容易造成条件不满足而断弧,现已改为5kpa。
6.1.4. 部分火检探头需要定期检查更换,防止信号反馈不佳。
6.2. 燃烧不稳容易爆燃
6.2.1. 针对托电目前等离子点火实际状况,锅炉停运过程中或启动前,要求等离子对应的磨煤机必须上发热量较高、挥发份较大的煤,一般要求发热量大于4300大卡、挥发份大于28%。
6.2.2. 增加等离子磨煤机暖风器出力,将入口风温提高到120℃以上,当磨煤机煤量30t/h时,磨煤机出口温度不低于50℃左右。
6.2.3. 等离子磨煤机运行时,加强等离子图像火检监视,发现图像火检着火不好,需关闭其对应的出口门,防止未着火的煤粉进入炉膛造成爆燃事故。
6.2.4. 等离子点火后,必须就地确认着火情况,发现着火不好或部分没有着火,需停止磨煤机,并经不少于5分钟时间的吹扫。
6.2.5. 等离子磨煤机运行后,如果炉膛负压波动大于±500Pa时,禁止投油助燃需立即停止磨煤机并进行充分吹扫后才可以进行再次启动。
6.2.6. 当炉膛已经灭火或已局部灭火并濒临全部灭火时,严禁投助燃油枪,要立即停止燃料(含煤、油)供给,严禁用爆燃法恢复燃烧。重新点火前必须对锅炉进行充分通风吹扫,以排除炉膛和烟道内的可燃物质。
6.3. 阴极头的损耗大
每个阴极头平均寿命30小时左右,与设备厂家保证寿命50-80小时存在差距,分析原因首先是阴极头质量不符合规定和各角阴极的拉弧次数不一致导致。为确保试机组启动过程中安全稳定运行,在阴极头出现不稳定现象时,提前予以更换。此外,建议设备厂家提高阴极头整体质量,确保阴极头使用寿命。
6.4. 管道上阀门增加,易积粉自然
定期清理各处的积粉,保证清洁,各处的温度在正常的范围内。大小修期间严格检查处理各阀门,保证各阀门的严密性,防止漏风漏粉。
7. 结束语
通过实践证明等离子燃烧技术在托电四期的应用非常成功,完全能满足锅炉对升温升压的要求,基本上实现无油点火,降低发电成本。对于存在的上述问题经过改造后完全能够满足电厂的要求。等离子点火系统的设计,安装,维护及安全性都优于燃油系统,既降低了成本,又节约了石油资源。