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      氧量變化對準(zhǔn)東煤燃燒的影響

      2014-09-11 02:07:10王義李鵬曾琦張大德俞立洋
      綜合智慧能源 2014年12期
      關(guān)鍵詞:準(zhǔn)東結(jié)焦氧量

      王義,李鵬,曾琦,張大德,俞立洋

      (1.新疆華電發(fā)電有限公司烏魯木齊熱電廠,烏魯木齊 830017; 2.新疆新特能源股份公司自備電廠,烏魯木齊 830011)

      0 引言

      某電廠2×350 MW機(jī)組,設(shè)計(jì)燃用準(zhǔn)東煤。西安熱工研究院有限公司提供的相關(guān)資料表明,準(zhǔn)東煤水分高、中等熱值、灰中氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)高。運(yùn)行中氧量對鍋爐結(jié)焦有重要的影響,氧量是表征爐內(nèi)整體燃燒的參數(shù),代表爐內(nèi)配風(fēng)情況,決定爐內(nèi)氣氛,影響爐膛出口溫度。從控制參數(shù)氧量入手,對準(zhǔn)東煤進(jìn)行變氧量試驗(yàn)。通過試驗(yàn)確定合適的氧量,可有效改善爐膛溫度場均勻性,有利于減緩結(jié)焦。準(zhǔn)東煤有著價(jià)格低、揮發(fā)分高、熱值高、灰熔點(diǎn)低、易結(jié)焦等特性,燃用后普遍出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦現(xiàn)象,威脅鍋爐安全運(yùn)行。因此,如何提高準(zhǔn)東煤的摻配量,盡量多燃用準(zhǔn)東煤而又能保證鍋爐的安全運(yùn)行、降低發(fā)電成本,已成為新疆有關(guān)發(fā)電企業(yè)急需解決的問題。

      1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

      某電廠2臺(tái)鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司制造的超臨界鍋爐,鍋爐型號為HG-1176/25.4-HM2。鍋爐為一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π型、緊身封閉布置,采用不帶再循環(huán)泵的大氣擴(kuò)容式啟動(dòng)系統(tǒng)的直流鍋爐,中速磨煤機(jī)配置直吹式制粉系統(tǒng)。每爐配6臺(tái)MPS160HP-II磨煤機(jī),5運(yùn)1備。鍋爐采用四角切圓燃燒方式,每層4個(gè)噴口對應(yīng)1臺(tái)磨煤機(jī)。分離燃盡風(fēng)(SOFA)在主燃燒器區(qū)上方水冷壁的四角,以實(shí)現(xiàn)分級燃燒,降低NOx排放量。鍋爐以最大連續(xù)出力工況(BMCR)為設(shè)計(jì)參數(shù)。該電廠鍋爐的主要參數(shù)見表1,設(shè)計(jì)煤種成分分析見表2。

      表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

      表2 鍋爐設(shè)計(jì)煤種及灰成分分析

      從表2可以看出,設(shè)計(jì)煤種氧化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了35.3%,三氧化硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到了33.95%,二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.07%,三氧化二鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.57%,氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.16%,氧化鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.38%,說明大量燃用準(zhǔn)東煤的鍋爐通常會(huì)有結(jié)焦問題。

      2 試驗(yàn)方案

      2.1 試驗(yàn)思路

      由于準(zhǔn)東煤灰渣熔融、沾污特性與爐內(nèi)溫度密切相關(guān),爐內(nèi)各處溫度變化會(huì)直接關(guān)系到爐內(nèi)結(jié)焦和沾污程度。因此,在試驗(yàn)過程中,通過觀察火孔實(shí)測爐內(nèi)各處溫度來判斷鍋爐整體結(jié)焦趨勢。

      試驗(yàn)是在準(zhǔn)東煤摻燒比例為50%的前提下,保證鍋爐蒸發(fā)量維持在1 130 t/h而進(jìn)行的變氧量試驗(yàn)。改變氧量后,測量不同氧量下爐內(nèi)各層溫度,分析試驗(yàn)結(jié)果,找出氧量變化對結(jié)焦的影響規(guī)律。

      2.2 試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

      (1)在底層(AA)輔助風(fēng)之下、AB層噴燃器之間、CD層噴燃器之間、EF層噴燃器之間、鍋爐分離燃盡風(fēng)(SOFA)之下、SOFA風(fēng)之上總共選取24個(gè)看火孔位置作為爐膛煙溫測量點(diǎn)。具體看火孔標(biāo)高見表3。

      表3 看火孔標(biāo)高 mm

      (2)購置1臺(tái)爐膛高溫紅外測溫儀。

      (3)為了使試驗(yàn)結(jié)果具有可對比性、可分析性,盡量保持每個(gè)工況在同一負(fù)荷下進(jìn)行(鍋爐蒸發(fā)量在1 130 t/h)試驗(yàn),每個(gè)工況調(diào)整后穩(wěn)定2 h再進(jìn)行測溫。

      2.3 氧量變化對爐溫影響試驗(yàn)

      2.3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理

      氧量變化試驗(yàn)溫度記錄見表4。

      表4 氧量變化試驗(yàn)數(shù)據(jù)

      2.3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

      試驗(yàn)的主要目的是分析氧量的變化對爐膛煙溫分布的影響。與AA層以下、AB噴燃器之間、CD噴燃器之間3個(gè)高度氧量為6.0%時(shí)溫度相比,氧量為4%和4.5%時(shí),工況3溫度最低;在EF噴燃器之間高度氧量為4.5%,工況2溫度最低;在SOFA風(fēng)之上位置氧量6.0%,工況3溫度最低,氧量對爐內(nèi)溫度的影響如圖1所示。

      圖1 氧量對設(shè)計(jì)煤爐內(nèi)各高度平均溫度的影響

      在圖1中,橫坐標(biāo)數(shù)字刻度1~6與表3中看火孔位置高度相對應(yīng)。位置1為SOFA風(fēng)之上垂直水冷壁之下溫度平均值;位置2為SOFA風(fēng)之下溫度平均值;位置3為EF噴燃器之間溫度平均值;位置4為CD噴燃器之間溫度平均值;位置5為AB噴燃器之間溫度平均值;位置6為AA風(fēng)以下溫度平均值。

      對爐膛溫度平均值整體進(jìn)行了對比,氧量4.0%的整體溫度最高。工況2總體溫度高于工況3,工況3在EF噴燃器以上和AB噴燃器以下的范圍溫度略高于工況2,AB噴燃器和EF噴燃器之間工況2溫度略高于工況1。

      根據(jù)氧量4.0%,4.5%,6.0% 3種工況的實(shí)際結(jié)焦情況,對試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖表進(jìn)行了分析:氧量由4.0%提高至6.0%后,主燃燒區(qū)溫度下降明顯,在AB噴燃器之間溫度平均值下降79 ℃;在SOFA風(fēng)上下相鄰區(qū)域氧量升高對溫度的影響不明顯。

      由溫度整體對比圖可知,對于位于SOFA風(fēng)之上高度,氧量為4.5%的爐膛煙溫最低,而其他氧量下爐膛煙溫水平均會(huì)升高,其原因分析如下:在試驗(yàn)過程中,對末級再熱器處人孔門的火焰狀況進(jìn)行了觀察,依然有燃燒中的炭粒飄到受熱面上,若氧量偏低,煤粉到了SOFA風(fēng)高度不能燃盡,火焰中心抬高,造成爐膛出口煙溫提升;若氧量偏高,會(huì)使煤粉在爐膛主燃燒區(qū)內(nèi)燃燒過于劇烈,增強(qiáng)輻射放熱造成燃燒溫度升高,也會(huì)使?fàn)t膛出口溫度升高。因此,對于燃燒準(zhǔn)東煤的鍋爐,應(yīng)該存在一個(gè)最佳氧量區(qū)間,氧量在此區(qū)間外鍋爐平均溫度都會(huì)升高,增加結(jié)焦趨勢。在已有3個(gè)工況下判斷氧量在4.5% 時(shí)為最優(yōu)氧量。從另一方面看,對于高揮發(fā)分的準(zhǔn)東煤來說,4.0%氧量應(yīng)該可以保證煤粉顆粒達(dá)到較好的燃盡程度,但在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),氧量增大到6.0%,能明顯促進(jìn)燃燒,說明煤粉顆粒比較粗或者四角煤粉進(jìn)入爐膛,出現(xiàn)煤粉不均勻現(xiàn)象。

      鍋爐運(yùn)行需要選擇合理的運(yùn)行氧量,調(diào)整后鍋爐氧量應(yīng)滿足燃燒相應(yīng)煤種,并且防止局部熱負(fù)荷過高和產(chǎn)生局部還原性氣氛。當(dāng)爐內(nèi)局部氧量小且煤粉與空氣混合不均時(shí),該區(qū)域產(chǎn)生還原性氣氛,煤粉在還原性氣氛中不能完全氧化?;抑蠪e2O3被還原成FeO,生成的FeO與SiO2等會(huì)形成共晶體,其灰熔點(diǎn)僅為1 065 ℃,會(huì)使灰熔點(diǎn)下降150~200 ℃。增加鍋爐結(jié)焦趨勢,威脅運(yùn)行安全。

      當(dāng)煤質(zhì)有波動(dòng)時(shí),運(yùn)行人員沒辦法根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整,造成鍋爐燃燒配風(fēng)方式不能處于最佳狀態(tài),特別是上層噴嘴煤粉顆粒燃盡性變差,有一部分大顆粒煤粉在爐膛出口處未燃盡。未燃盡的煤粉結(jié)焦主要在分隔屏底部和水平煙道,結(jié)焦后容易堵塞煙道,增加煙氣阻力,引風(fēng)機(jī)出力增大??蛇m當(dāng)提高鍋爐運(yùn)行氧量,避免爐內(nèi)出現(xiàn)還原性氣氛。

      4 結(jié)論

      燃用易結(jié)焦的準(zhǔn)東煤,需根據(jù)煤質(zhì)變化和鍋爐等特性,通過相應(yīng)的變氧量試驗(yàn),確定常用負(fù)荷的最優(yōu)氧量。運(yùn)行中要嚴(yán)格控制爐內(nèi)氧量變化,盡量在相同負(fù)荷維持穩(wěn)定的氧量,避免發(fā)生氧量波動(dòng)造成爐內(nèi)局部還原氣氛或氧化氣氛,進(jìn)而導(dǎo)致爐內(nèi)溫度升高并發(fā)生結(jié)焦。

      參考文獻(xiàn):

      [1]岑可法,樊建人,池作和,等.鍋爐和熱交換器的積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕的防止原理與計(jì)箅[M].北京:中國科學(xué)出版社,1994.

      [2]蒙毅,劉家利.特變電工新疆硅業(yè)有限公司350 MW機(jī)組鍋爐燃用天池能源南露天礦煤鍋爐設(shè)備選型研究[R].西安:西安熱工研究院,2011.

      [3]張軍,漢春利,劉坤磊,等.煤中堿金屬及其在燃燒中的行為[J].熱能動(dòng)力工程,1999,14(2):83-85.

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