燃油鍋爐燃燒水煤漿運行分析

1過熱器、爐底及低熱值燃燒方法汕頭萬豐熱能有限公司采用wgz2200、9.8-15號燃油爐，1997年開始，1998年完成。鍋爐為高壓單鍋筒、自然循環(huán)、低氧負壓燃燒、平衡通風、Π型露天布置。屏式過熱器布置在爐膛上部,高溫和低溫兩級過熱器分別布置在折焰角上部和轉向室前部。過熱蒸汽采用二級給水噴水減溫。在尾部豎井內布置單級兩組吊掛式省煤器,省煤器下部經連接煙道與一臺復合熱管空氣預熱器(空預器)相連。爐底采用典型的平爐底設計。燃燒裝置為8只平流式重油燃燒器,分2排布置于爐室前墻。8個燃燒器均配有高能點火槍和輕油槍,點火時先用高能點火裝置點燃輕油槍,然后再點燃主油槍。原設計噴嘴為機械霧化式油噴嘴,后改為蒸汽霧化噴嘴。因燃油緊缺,按國家能源政策,對該鍋爐進行了燃燒水煤漿改造。2改造技術的要點2.1確定冷灰斗結構為了適應水煤漿燃燒特點和燃燒器布置,原爐膛從12m標高位置開始前后墻水冷壁向外拉出800mm,使爐膛截面基本呈正方形;原平爐底改為標準的冷灰斗結構,并增加出渣裝置。改造前后爐膛結構見圖1和圖2。2.2燃燒方式及點火裝置的確定水煤漿因含有30%～40%的水分而使著火困難,且以高速噴霧形式噴入爐膛將推遲著火過程,而水分蒸發(fā)煤漿著火后的燃盡過程與煤粉相近。同樣,由于水分的存在,使理論燃燒溫度下降,這些特點都要求對水煤漿燃燒器的結構布置及穩(wěn)燃特性等進行專門的設計。根據理論分析及實際應用經驗,確定采用正四角切圓燃燒方式,燃燒器采用均等配風形式,上二次風反切并可上下擺動。三層一次風燃燒器為水煤漿和油兩用燃燒器,一次風噴口內層為中心一次風,外層為周界一次風,按分級送風形式布置,中心風道設置固定葉輪。燃油時投中心風和部分周界一次風,燃水煤漿時投周界一次風。正常燃油運行時投用中、上層。在4個下二次風燃燒器噴口里設置4個點火油槍,2套高能點火裝置布置在下二次風對角位置。燃燒器配風布置見圖3。2.3影響火炬空間燃燒工況的組織和燃燒效率的因素水煤漿噴嘴是燃用水煤漿的關鍵設備之一,噴嘴的霧化特性直接影響著火燃燒工況的組織和燃燒效率的提高。根據燃用水煤漿噴嘴的成功經驗及電站鍋爐的特點,這次改造使用浙江大學研制的撞擊式多級霧化型水煤漿噴嘴,其技術參數(shù)見表1。2.4垂直煙道調整根據熱力計算結果,過熱器和噴水減溫裝置不作改動。為了提高熱風溫度,需要對省煤器和空預器進行調整。因布置空間受限,尾部煙道自上級省煤器后改為水平走向,然后向下構成垂直煙道。在二級省煤器之間增加一級空預器,并增加下級空預器的面積。鍋爐水冷壁和其它受熱面增加吹灰裝置,省煤器和空預器增加防磨裝置。此外,汽包下降管前移,以便于改造后燃燒器的布置。2.5將原有的各種貯罐作為檢測罐進行改造水煤漿系統(tǒng)包括:港口貯裝、汽車罐車運輸和廠區(qū)內卸漿、貯漿、輸漿及爐前供漿系統(tǒng)。卸漿碼頭采用油料公司油庫原有的5000t貯罐進行改造,然后用汽車罐車運至電廠。廠區(qū)新建卸漿、輸漿泵房一座,由汽車運來的煤漿先卸至卸漿罐中,再經曲桿泵送到貯漿罐,該罐利用原電廠5000t油罐改造而成。爐前設供漿泵房一座,供漿設施包括:2個攪拌桶,3臺曲桿泵(2臺工作,1臺備用),2臺過濾器(1臺工作,1臺備用),2臺加熱器。3冷態(tài)調試3.1切圓直徑在熱態(tài)調試前進行了鍋爐爐內冷態(tài)空氣動力場和爐膛出口煙速偏差測試。在四角配風均勻性調平后,在爐內中層水煤漿燃燒器噴口中心平面縱橫十字坐標線上拉兩根掛著短飄帶細鐵絲,用轉杯風速儀進行斷面速度場測量,并由測量結果繪出實際切圓和貼壁風速的大小,以及切圓在爐膛斷面上的位置。測定結果表明爐內氣流呈逆時針旋轉,切圓直徑為(2800～3000)mm,為假想切圓直徑(900mm)的3.0～3.3倍;最大水平分速度(11～12)m/s,切圓基本居中(圖4)。3.2次風時爐稈出口風速場爐膛出口煙道空氣流速偏差過大容易引起過熱器管壁溫度偏差,其結果會導致熱偏差,甚至爆管。圖5和圖6為投入上二次風和不投入上二次風時,爐膛出口風速測量結果。由圖可見,投入上二次風后,爐膛出口速度場明顯比不投入時均勻,即爐膛出口扭轉殘余明顯減少。不投入上二次風時,爐膛出口右側平均風速為1.9m/s,左側為0.866m/s,兩側比值為2.19;投入上二次風后,右側平均風速1.61m/s,左側為1.105m/s,兩側比值為1.46,明顯減少。可見上二次風采用反切技術是有效的。4反切技術試驗及結果分析改造設計燃料按兗日水煤漿計算,八一水煤漿作為校核燃料。兩種水煤漿特性見表2。先用下二次風口的2支高能點火油槍點燃輕油槍(點火次序按對角同時點燃,然后切換另一對角),然后點燃主點火油槍,穩(wěn)定燃燒一段時間后點燃一次風口內的主油槍,由主油槍帶負荷。待鍋爐負荷達到30%～40%以上時,投入水煤漿槍。冷爐點火升溫時,為了使鍋爐升溫不致太快,應采用兩對角點火燃燒一段時間后,再切換到同一層另外2個對角燃燒。下二次風中的油點火系統(tǒng)停用后,應把高能點火油槍、葉輪等退出,以免燒壞。下二次風燃燒器噴口里油槍布置見圖7。表3和表4是熱態(tài)燃燒調整試驗測試工況和試驗燃料特性。鍋爐熱效率測量和計算結果見表5,各工況下飛灰含碳量為2.05%～3.65%,爐渣含碳量為0.92%～2.4%,鍋爐燃燒效率達到99%以上,鍋爐熱效率達到91%～92.11%。各工況下爐膛溫度水平較高,在測量范圍內,最高溫度達到1463℃。圖8為爐膛溫度分布與負荷關系。隨負荷提高,爐內各點溫度明顯升高。40%負荷下,測到的最低溫度也有1130℃,能滿足水煤漿著火要求。各工況下鍋爐各受熱面壁溫不超過規(guī)定要求,爐膛出口兩側煙溫偏差較小,在50℃以下,說明燃燒器上二次風采用反切技術對消除爐膛出口扭轉殘余,減輕爐膛出口煙溫偏差是有效果的。水煤漿燃燒時漿壓與霧化汽壓力會影響水煤漿霧化質量,從而影響燃燒狀況,漿壓與汽壓必須匹配。根據燃燒調整試驗,槍前漿壓比汽壓低0.1MPa左右比較合理。噴嘴防磨損設計合理,使用期間磨損較小。因噴嘴易磨損處采用了耐磨材料,噴嘴使用壽命可達2000h以上。鍋爐煙氣排放NOx含量為440mg/m3左右,SO2含量為960mg/m3左右,煙塵濃度145mg/m3,均符合國家環(huán)保標準(表6)。5燃油鍋爐改燒水煤漿技術(1)汕頭萬豐熱電有限公司2號爐改燒水煤漿后鍋爐可在40%～85%負荷內(應用期間最高負荷達到90%)安全經濟運行,熱效率在91%以上,燃燒效率在99%以上,與同容量煤粉爐相當。(2)水煤漿/油兩用燃燒器既能滿足水煤漿快速著火、穩(wěn)定燃燒的目的,又能滿足100%負荷時油燃燒的要求。水煤漿燃燒時,火炬明亮,沒有大的火星。噴嘴著火延遲距離短,點火迅速、切換容易、運行可靠,噴嘴負荷調節(jié)范圍大,調節(jié)