段志強
摘 要:為了解決風(fēng)電及太陽能發(fā)電的消納問題,燃煤機組靈活性改造勢在必行。本文對燃煤鍋爐低負荷穩(wěn)燃技術(shù)的原理及應(yīng)用進行分析介紹。通過應(yīng)用低負荷燃燒技術(shù),可以進一步提高低負荷工況下鍋爐運行的安全性。
關(guān)鍵詞:燃煤鍋爐;低負荷;穩(wěn)燃
DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.173
0 引言
隨著中國電力結(jié)構(gòu)的調(diào)整,風(fēng)電、太陽能發(fā)電等可再生能源發(fā)展迅速,到2017年底,我國風(fēng)電和太陽能發(fā)電的裝機容量將分別達到1.6億千瓦、1.3億千瓦??稍偕茉窗l(fā)展的同時,也存在著一些問題,由于風(fēng)電和太陽能發(fā)電的間歇性、隨機性較強,其很難消納,在某些地區(qū)存在著棄風(fēng)和棄光的現(xiàn)象。為了解決可再生能源消納的問題,《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中提出,要全面推動煤電機組靈活性改造,提升機組調(diào)峰能力,“十三五”期間將改造2.2億千瓦[1]。在調(diào)峰過程中,機組處于低負荷運行狀態(tài),會出現(xiàn)諸多問題,其中最主要的就是鍋爐低負荷穩(wěn)燃的問題。
1 低負荷穩(wěn)燃技術(shù)原理
鍋爐處于低負荷運行狀態(tài)下,送入爐膛的煤粉量減少,一次風(fēng)量也隨之減少,風(fēng)溫也會下降,爐膛溫度降低,煤粉氣流著火所需的熱量大幅升高。解決低負荷狀態(tài)下,鍋爐燃燒不穩(wěn)定的問題可以從以下幾方面考慮:
(1)提高一次風(fēng)氣流煤粉濃度。提高煤粉氣流中煤粉的濃度,可使煤粉氣流中揮發(fā)分的濃度提高,較快火焰?zhèn)鞑ニ俣?,一次風(fēng)量的減少也會降低著火熱,使著火穩(wěn)定性提高。
(2)提高煤粉氣流初溫。提高一次風(fēng)溫度,可以使煤粉氣流所需著火熱降低,使煤粉更容易著火。
(3)提高煤粉顆粒細度。煤粉顆粒越細,單位質(zhì)量的煤粉與周圍空氣的接觸面積就越大,并且從煤粉向周圍釋放的熱量就會增大,煤粉的穩(wěn)燃性能就更好[2]。
2 低負荷穩(wěn)燃技術(shù)的應(yīng)用
鍋爐低負荷穩(wěn)燃一直是我國燃燒領(lǐng)域的一個重點,下面就對幾種穩(wěn)燃技術(shù)進行介紹。
2.1 鈍體燃燒器穩(wěn)燃技術(shù)
鈍體燃燒器由華中科技大學(xué)開發(fā)研制。燃燒器通過在一次風(fēng)出風(fēng)口處安裝一個小的楔形鈍體,當(dāng)煤粉氣流從一次風(fēng)出口進入爐膛時,由于鈍體的阻礙,會在鈍體后形成一個低速區(qū)域,由于鈍體后部一次風(fēng)存在一定的速度差,就會在鈍體后部形成一個回流區(qū)域,在這個區(qū)域里,高溫?zé)煔獗徊粩嗟木砦M來,起到加熱煤粉氣流的作用,有利于穩(wěn)定燃燒。
通過不斷的發(fā)展,出現(xiàn)了一種新形式的鈍體燃燒器,即開縫鈍體燃燒器,其原理類似于鈍體燃燒器,在鈍體后部形成兩個回流區(qū),卷吸高溫?zé)煔?,形成穩(wěn)定著火[3]。首陽山電廠,通過改造開縫鈍體燃燒器后,鍋爐運行最低負荷可達45%。
2.2 船型燃燒器穩(wěn)燃技術(shù)
船型燃燒器由清華大學(xué)開發(fā)研制。燃燒器是在一次風(fēng)出口處設(shè)置船型鈍體,一次風(fēng)在流過船型鈍體后,會在船型鈍體后部兩側(cè)形成回流區(qū)。由于回流區(qū)的存在,高溫?zé)煔鈺粩啾贿M來,形成一個高溫區(qū)域。煤粉氣流通過船型鈍體后,于煤粉顆粒的的慣性作用,還會形成一個高煤粉濃度區(qū)域。此外,在鈍體后部還是一個高氧氣濃度區(qū)域。顯然,上述三個條件都有利于穩(wěn)定燃燒,這就是所說的“三高穩(wěn)燃區(qū)”[4]。淮南化工總廠熱電廠,通過改造船型燃燒器后,鍋爐可在60%的低負荷穩(wěn)定燃燒。
2.3 大差速燃燒器穩(wěn)燃技術(shù)
大差速燃燒器同樣是由清華大學(xué)研制的。燃燒器通過高速的射流,形成一個回流區(qū)域,在該區(qū)域中高溫?zé)煔獗痪砦M來,減少了著火熱,使煤粉氣流可以穩(wěn)定燃燒,其工作原理類似于鈍體燃燒器。某容量670t/h,燃用貧煤的鍋爐,在采用大差速燃燒器后,負荷降至45%,鍋爐依然能穩(wěn)定燃燒。
2.4 濃淡分離燃燒技術(shù)
濃淡分離燃燒技術(shù)是在一次風(fēng)出口處安裝濃淡分離器,使一次風(fēng)形成濃煤粉和淡煤粉兩股氣流,濃煤粉氣流靠近火焰,有利于著火,形成穩(wěn)定的著火源,淡煤粉氣流遠離火焰,起到保護爐膛的作用。濃淡分離技術(shù)應(yīng)用較為廣泛,國內(nèi)外有水平濃淡分離燃燒器、旋風(fēng)濃淡分離燃燒器、高調(diào)節(jié)比煤粉燃燒器等多種分離方式。遼源發(fā)電廠7號爐,通過改造水平濃淡分離燃燒器后,鍋爐負荷下降到53%,依然可以穩(wěn)定燃燒。
2.5 各種低負荷穩(wěn)燃技術(shù)對比
上述幾種低負荷穩(wěn)燃技術(shù)分別通過形成高溫回流區(qū)和煤粉濃淡分離來達到穩(wěn)定燃燒器的目的,下面就這幾種技術(shù)調(diào)峰能力進行對比。
3 結(jié)論
鍋爐作為電廠的三大主機之一,在低負荷工況下的穩(wěn)定燃燒對于電廠的安全運行是十分重要的。鈍體燃燒器穩(wěn)燃技術(shù)和船型燃燒器穩(wěn)燃技術(shù)都是通過鈍體的阻礙作用,形成一個回流區(qū)域,提高區(qū)域溫度,達到穩(wěn)定燃燒的目的。大差速燃燒器是通過高速射流形成高溫回流區(qū),使煤粉穩(wěn)定燃燒。濃淡分離燃燒器是通過對濃淡煤粉的分離,形成穩(wěn)定的著火。目前,燃煤機組靈活性改造正在全面推進中,低負荷穩(wěn)燃技術(shù)將會有更大的發(fā)展。
參考文獻:
[1]張廣才,周科,魯芬等.燃煤機組深度調(diào)峰技術(shù)探討[J].熱力發(fā)電,2017,46(09):17-23.
[2]樊泉桂.鍋爐原理[M].中國電力出版社,2008.
[3]郭銳.開縫鈍體燃燒器的穩(wěn)燃性能數(shù)值模擬研究[D].華中科技大學(xué),2011.
[4]段輝建.巴·威1025t/h鍋爐低負荷穩(wěn)燃技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)(河北),2008.