W火焰炉（精选8篇）
W火焰炉 篇1
我国煤炭资源丰富,然而“富煤、缺油、少气”的一次能源赋存条件决定了我国电力来源以燃煤锅炉火力发电为主[1]。由于大量的优质煤用于化工行业,低挥发分、高灰分的劣质煤如无烟煤和贫煤在我国火力发电行业得到大面积应用[2,3]。 在实际燃用中,无烟煤和贫煤往往存在着火难、稳定燃烧难和燃尽难的问题,需要的着火温度和燃尽温度较高、燃尽时间较长[4]。针对燃用无烟煤和贫煤而引进的W火焰锅炉近年来在我国得到广泛应用,目前已投运和在建的W火焰锅炉约达130台[5]。但实际运行表明采用引进技术制造的W火焰锅炉存在煤粉气流着火晚、结渣严重、燃烧不对称、燃尽差和NOx排放超高等诸多问题[6,7,8,9,10,11,12],未能较好利用煤炭资源的同时还增加了污染物排放。由于炉内煤粉燃烧很大程度上取决于炉内流场,解决W火焰锅炉运行中的这些问题需要从了解其炉内流场入手。然而到目前为止,除上世纪90年代清华大学[13]、西安交通大学[14]和浙江大学[15]所开展的一些研究外,国内外对W火焰锅炉炉内流场的研究报道较少,针对其炉内流场中存在问题也鲜有解决措施。因而,需要针对W火焰锅炉开展深入研究。
1 试验部分
1.1 锅炉介绍
该330 MW W火焰锅炉采用П型布置、双拱型单炉膛W型火焰燃烧方式,锅炉为自然循环、平衡通风、一次中间再热、固态排渣、露天布置、全钢构架、全悬吊结构,炉膛采用全焊垂直上升膜式水冷壁。锅炉采用直流缝隙式燃烧器,前、后拱部各4组燃烧器的一、二次风喷口呈相间布置。图1所示为炉膛结构尺寸和单组燃烧器结构。
1.2 冷态模化试验及其测量方法
冷态试验台系统由引风机、冷态模化实验台和IFA300恒温热线风速仪组成,在引风机运行时空气从各个风道吸入炉膛。入炉各股风流量均用文丘管流量计测量,测量误差低于10%;采用IFA300恒温热线风速仪从侧墙和翼墙各测点插入探针测量炉内风速,测量误差小于2%。在保持实验台内流动状态进入第二自模化区,与锅炉运行各股风动量比相等下,保持一次风、乏气风量不变,对三次风和二次风的配比进行调整,安排出三次风占总二次风的比例R=0%、6%、14%、20%和27%共5个工况,各工况下试验喷口风速见表1。选取过一次风喷口中心的炉膛纵剖面为测量面,进行炉内流场测定。
注:一次风和乏气的模化风速分别12.8 m/s和20.58 m/s。
2 试验结果与分析
2.1 炉内流场
5个工况的流场图谱如图2(a)～(e)所示。工况1是将三次风挡板完全关闭,锅炉内煤粉燃烧所需的空气完全由拱部给入,这是锅炉运行中的一个极限工况,由流场图谱2(a)可见炉内能形成W型流场但对称度不高,拱下和冷灰斗上部各存在两个回流区,后拱回流有冲刷炉拱趋势,冷灰斗上部右侧回流区明显大于左侧回流区且位置更靠下;下行气流的下冲强度在后墙侧明显强于前墙侧。冷灰斗内气流速度较高,易冲刷冷灰斗而结渣。从燃烧角度考虑,如将燃烧所需空气量全部由拱顶送入炉膛,炉内未实现分级燃烧而增加NOx生成量,因而实际运行中应尽量避免完全关闭三次风。
当三次风挡板开度较小时三次风量较低,大量的二次风从拱部燃烧器的二次风喷口给入,此时R值较低,如图2(b)所示工况2下炉内流场,R值仅为6%,炉内能形成较为对称的W型流场,拱下回流烟气冲刷前拱,气流基本不冲刷前、后墙,主气流下冲强度仍前侧高于后侧,冷灰斗内气流速度依然较高。
至R≥14%(R=14%为锅炉设计工况)时,炉内形成“前长后短、后墙侧气流占据主导”的偏斜流场,其偏斜特征为:前墙侧下行气流可深入至冷灰斗中下部,而后墙侧下行气流仅能到达冷灰斗上部区域或三次风喷口区域即折转上行并偏向前拱下部区域,从而在后拱下部与冷灰斗右侧上部区域之间形成一个大回流区;受炉内偏斜气流的挤压,前墙侧下行气流仅在近前墙区域(此区域因靠近低温的水冷壁而整体温度较低),下炉膛气流流动整体上是后墙侧气流占据主导。锅炉在这种偏斜流场下运行,很可能出现炉内占据主导的后墙侧煤粉燃烧状况较好,释放的热量较多而使得这一侧的炉内烟气温度较高,加之后拱下部大回流区内的高温回流烟气可与下行煤粉气流混合,进一步强化后墙侧的煤粉燃烧;而前墙侧因煤粉气流在靠近低温的水冷壁侧下行,加之前拱下部没有类似于后拱下部的大回流区,因而很可能出现前墙侧煤粉燃烧很差,该侧烟气温度明显低于后墙侧,这一不对称燃烧特征与文献[10,11]中报道的基本一致。
炉内出现流场偏斜后,随R值增大,流场偏斜程度加剧:相比于工况3,工况4、5中位于后拱下部的回流区上移且变小,回流速度随之加大,以至于R=27%时三次风离开喷口后即转水平,使得这个区域气流横向动量很大,后拱主流下冲至此后无法继续向下深入。
2.1 前、后墙侧下行气流衰减
引入参数CH来表示向下有效气流在炉膛内的深入程度,其数值等于燃烧器中心至向下有效气流转折点的垂直距离,即CH=Hmax/H0,其中Hmax为燃烧器中心至下行气流折转点的绝对距离,H0为燃烧器中心至冷灰斗下缘的绝对距离,气流折转点定义为气流竖直向下速度WY与燃烧器折算风速Wzs的比值首次出现WY/Wzs≤0.2。定义无量纲下行深度Y= H/H0,H为主流下行的绝对距离。燃烧器折算风速Wzs为
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其中W1、Wf和W2分别为一次风、乏气和二次风的风速,F1、Ff和F2分别为一次风、乏气和二次风喷口的面积。向下气流无量纲最大速度定义为(Wy)max/Wzs。将无量纲速度(Wy)max/Wzs随无量纲下行深度Y的变化规律来表征下行气流的衰减特性。
如图3所示为5个工况下前、后墙侧下行气流衰减曲线。由于这种W火焰锅炉在组织炉内燃烧上采用“一次风喷口与二次风喷口相间密集布置(见图1),借助于高速的二次风携带低速的一次风粉下行”的理念,可见对于二次风速相对较高(见表1)的前4个工况,风速高的二次风进入炉内后可快速混入一次风中,导致衰减曲线初期有一个速度上升的过程,至下行深度Y=0.1～0.15时(实际炉膛中离燃烧器出口2～3 m)速度升至最高,之后下行速度衰减很快,在Y=0.4附近因三次风喷入使下行速度有一个小幅度上升(除无三次风给入的工况1外),之后下行气流缓慢衰减。对于R值最大的工况5,由于二次风速较低,下行气流基本以快速衰减为主。后3个工况下后墙侧下行气流衰减曲线在Y=0.55之后出现(WY)max/Wzs为负值的情况,这是由于炉内流场偏斜导致后墙侧下行气流提早折转上行的缘故。
依据上述给出的判据来看,5个工况的下行气流穿透深度:对于炉内流场基本对称的工况1和2,其前、后墙下行气流穿透深度均不低于0.5;自工况3后炉内形成“前长后短”型偏斜流场,前墙侧下行气流穿透深度大,后侧主流受三次风横向动量阻推而在三次风区域折转返上,穿透深度大为减小,前墙侧下行气流穿透深度CH均在不低于0.6,而后墙侧CH均在0.4附近。随R值增大,由于拱部二次风速减少而拱下三次风增大,下行气流穿透深度基本呈减小趋势。
2.2 流场偏斜的原因分析及其应对措施
流场偏斜的原因分析:从炉膛结构来看,锅炉上炉膛因有一较大折焰角和炉膛出口而呈不对称结构,短小而不对称的上炉膛将影响上炉膛直段内的气流流动,引起上炉膛直段内气流整体偏向前墙侧流动(见图2(a)和(b)),上炉膛内不对称气流流动将不可避免地影响下炉膛气流流动,因而上炉膛短小且结构不对称可能是导致下炉膛流场偏斜的直接原因。另外,锅炉配风、燃烧器布置和三次风水平喷入也可能是引起流场偏斜的因素,这是由于燃烧器在炉拱上跨度大(见图1)且锅炉设计的拱部风量占炉膛中风量的80%以上,前、后墙侧两股下行气流先是深入下炉膛一定深度后折转变成两股上行气流,在炉膛中部这一有限的空间内这两股上行气流之间存在较强的内部挤压作用,水平喷入的三次风其动量增大到一定程度后,可将下行气流推向炉膛中心,从而进一步增强这一内部挤压作用,受上炉膛入口处不对称气流的导向作用,上行气流在进入上炉膛入口处很容易发生偏斜,一侧上行气流压向另一侧,使得一侧的下行气流得到充分舒展开来,而另一侧的下行气流因受偏斜过来的气流挤压而在有限的近水冷壁区域下行,从而在炉内形成偏斜流场。
应对流场偏斜的措施:(1)投运中锅炉采用低三次风运行模式;(2)针对流场偏斜特征,可在实炉上尝试调整锅炉前、后两侧的风量分配,目的是为了增大后墙侧下行气流下冲深度,而适当缩短前墙侧下冲深度;(3)尝试将三次风下倾喷入,以削弱三次风的横向推力;(4)在今后新炉设计上,一方面可以考虑适当缩小燃烧器喷口炉拱纵深方向的跨度,另一方面可以尝试增大上炉膛的高度。针对本文提出的这些措施,虽然目前还没有实炉测试结果验证其有效性,但可以先通过冷态模化试验来验证其在改善炉内流场偏斜的有效性上入手,在今后研究中作者将开展这一工作。
3 结论
针对一台引进的330 MW W火焰锅炉,在冷态单相模化试验台上进行了变拱上二次风和拱下三次风配比下的冷态模化试验,得出了5个工况(即三次风占总二次风的比例R=0%、6%、14%、20%和27%)下炉内流场和下行气流的衰减规律。所得主要结果如下:
(1)三次风全关和三次风较少的工况(即R=0%和6%)下炉内流场基本对称;继续开大三次风并关小二次风至R≥14%时,炉内形成“前长后短、炉内气流整体偏向前墙侧上行并以后墙侧气流占据主导”的偏斜流场,且随R值继续加大,流场偏斜加剧。
(2)除二次风速最低的工况R=27%外,其余4个工况的下行气流纵向速度均呈现先快速上升后迅速下降的特征,验证了这种燃烧器喷口布置方式下高速的二次风离开喷口迅速混入一次风粉中,使得锅炉设计的“浓淡分离以增强煤粉气流着火”的效果受到影响。
(3)分析了引发锅炉流场偏斜的原因可能在于炉膛结构、锅炉配风、燃烧器布置和三次风给入角度。有针对性地提出一些解决锅炉流场偏斜的措施。
W火焰炉 篇2
关键词 600 MW机组；锅炉；燃油消耗；冷态启动；灭火；小油枪
中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)011-0163-01
W型火焰锅炉在燃烧无烟煤方面具有燃烧稳定性好、燃烧完全等优越性，无烟煤在我国南方具有广泛的分布，近年来W型火焰锅炉在我国发展迅速。提高火电企业盈利能力必须深入内部挖潜，降低火电厂的燃油消耗。同时在机组启动过程中尽早投粉退油运行还可以提前投入电除尘器和脱硫系统运行，运行中减少助燃油可将烟气中含油脱硫浆液品质的影响降到最低，提高烟气达标排放水平。本文根据金竹山电厂600 MW机组全烧劣质无烟煤W火焰锅炉自投产以来节油方面的实践经验，主要从机组冷态启动节油、防止锅炉灭火、采用气化小油枪等方面进行分析探讨。
1 设备概述及耗油情况
金竹山电厂2×600 MW机组采用两台东锅生产的DG2030/17.6-Ⅱ3型锅炉，其主要技术特征为亚临界参数、自然循环、中间一次再热、尾部双烟道、平衡通风、固态排渣、“W”火焰锅炉。燃烧设备采用双拱绝热炉膛、炉膛下方炉拱上前后各布置18只双旋风煤粉燃烧器，配6台冷一次风正压直吹式制粉系统。锅炉按全烧本地劣质无烟煤设计。设计煤种应用基地位发热量为19 569 KJ/kg，校核煤種应用基低位发热量为17 412 KJ/kg，
可燃基挥发分8%。实际燃用煤种发热量12 000 KJ/kg～18 000 KJ/kg，可燃基挥发分8%～13%。刚投产时机组冷态启动锅炉耗油每次高达
150 T～180 T。刚投产的一两年内锅炉灭火现象比较频繁，一年下来累计因为锅炉燃烧不稳导致的灭火高达近10次。锅炉灭火后如果实现灭火不停机，每次耗油至少30 T；如果灭火不停机不成功导致机组跳闸，则进行热态开机一次耗油至少60 T。再加上平时锅炉燃烧不稳的住燃油，两台机组一年光锅炉燃油就高达5 000 T，按每吨柴油7 000元计算，燃油一项的费用就高达3 500万元。因此，电厂技术管理人员认识到，提高机组的运行经济性，必须降低锅炉油耗。
2 降低冷态启动耗油
2.1 确保设备可靠备用，严格控制机组启动时间节点
保证机组停运期间可靠备用。定期对备用机组进行阀门试验和辅机绝缘测试，保证机组停备期间真正处于备用，随时可以按调度要求启动，尤其是要保证油枪和制粉系统的可开备用。保证机组按预定的时间点火、冲转、并网、加负荷，缩短锅炉从投油点火至投粉脱油运行的
时间。
在机组启停前，积极做好机组启停准备工作，做好各项阀门试验工作，确保无影响机组启动、停止的缺陷存在；各生产部门负责人和生产人员必须绝对服从值长的调遣、指挥。积极做好运行和检修的配合工作，发现设备问题及时处理；加强机、炉、电、化、燃、灰之间的联系、沟通，协调优化各专业间的操作顺序，做好风险分析控制，把握好机组启动中的各个重要节点，确保机组按时冲转、并网和加负荷，最大限度地缩短启停时间。汽包上水时，在汽包壁温差允许的情况下，尽量提高除氧器给水温度，保证省煤器出口给水温度高于汽包壁温20 ℃～30 ℃，
缩短汽包起压时间，利于机组节油。提前投入炉底加热，增大邻炉辅汽压力，使锅炉在点火前汽包壁温较快达到100 ℃以上。
2.2 创造条件尽早启动制粉系统
每次锅炉停运前必须将2~3台磨煤机的原煤仓烧空，以便机组下次启动前及时上优质烟煤。如果停机过程中没有来得及烧空煤仓，则必须安排人员对煤仓从给煤机进口处进行清理放空。在制粉系统热一次风联络母管后的热一次风道上安装暖风器，暖风器汽侧采用临炉辅汽加热，在启动一次风机前即投入暖风器汽侧。同时修改制粉系统的启动逻辑，降低启磨的二次风温条件至150 ℃。修改逻辑，锅炉点火后即启动安装有暖风器侧的一次风机。待一次风温达到可以启动磨煤机的条件后即可启动磨煤机投粉运行。
采取了以上措施后，一次机组冷态启动耗油基本可控制在20 T以内。每次节油达100 T以上。
3 防止锅炉灭火
3.1 锅炉灭火的原因
通过对机组投产几年来锅炉灭火情况的分析总结，W火焰锅炉灭火的主要原因如下。
1）煤质差，机组强带负荷，制粉系统一次风速和磨煤机容量风门无限制开大，最终导致一次风速过高、煤粉浓度降低导致燃烧稳定破坏从而发生锅炉灭火。
2）锅炉积灰严重，吹灰过程中发生大面积垮灰导致锅炉灭火。
3）捞渣机水封破坏，炉底大量冷风漏入引起锅炉燃烧稳定破坏，导致锅炉灭火。
4）制粉系统分离器和回粉管堵塞严重，导致煤粉浓度降低、引起锅炉燃烧稳定性降低，最终导致锅炉灭火。
5）燃烧调整操作不当，配风调整不当，导致一次风速过高或氧量过大。
6）煤质突变燃烧不稳没有及时投油稳燃，或一次投油过多。
7）厂用电故障导致风烟系统与制粉系统故障跳闸，没有及时调整炉膛负压并及时投油稳燃。
8）油枪故障不能真正备用应急，或发生燃烧不稳定时没有及时投油稳燃。
3.2 防止锅炉灭火的措施
1）定期试验油枪，确保油枪可靠备用。采用油枪自投逻辑功能，发生炉膛负压波动大或燃烧器火检波动大时及时自动推入油枪并开启电磁阀投油稳燃。为了避免盲目投油造成爆燃可能，当炉膛压力低于规定值时，闭锁油枪电磁阀或自动关闭油枪电磁阀。
2）做好煤质掺配，燃运部掺配煤专工每天及时和发电部锅炉专工通报掺配煤质情况。燃运班长每2 h向值长通报一次上煤情况。单元长和主值对所烧煤质情况和煤质变化情况做到心中有底。
3）严格按煤质带负荷，根据总给煤率变化情况，控制好磨煤机容量风门开度和制粉系统出力在规定范围内，确保正常的风煤比，确保机组不同负荷下的总给煤率不大于临界给煤率。。
4）加强吹灰管理，严格执行定期吹灰制度。折焰角部位吹灰期间加强监视，根据吹灰位置选择适当油枪进行试投，推入炉膛，以备助燃之用。
5）加强制粉系统管理，严格执行定期对分离器进行清理的制度，同时启停磨煤机时要做到谨慎调整，避免大幅度增加容量风门开度。同时适当提高磨煤机料位运行，防止给煤机短时断煤、堵煤时对锅炉燃烧稳定的影响。
6）加强油枪管理，定期试验油枪，发现雾化头脱落或堵塞情况及时通知检修处理，同时加强对燃油系统的电视监视和就地巡视，及时发现油系统泄漏等异常情况，及时处理。
7）自动补水确保捞渣机水封正常，加强对捞渣机水封的电视监视和就地检查，避免发生捞渣机水封破坏事故。
8）规范运行管理，DCS盘上监视和就地设备巡视到位，同时积极开展反事故演习，提高运行人员的异常分析判断能力和事故应变处理能力，实现灭火不停机。
4 采用气化小油枪微油点火技术
在保留原有油枪的前提下，将锅炉E磨燃烧器的主喷口和对应燃烧器乏气风喷口分别设置了预燃室，在预燃室内布置有压缩空气雾化的气化小油枪，系统主要由压缩空气系统、供油系统、贮能罐、高能点火器、助燃风系统（冷一次风来）、小油枪及火焰检测系统组成。一次风小油枪出力：120 kg/h-150 kg/h，乏气风小油枪出力：80 kg/h-100 kg/h
气化小油枪投入之后，大大改善了煤粉的着火条件，为煤粉燃烧提供了较为稳定、充足的可燃气体，使燃烧脉动消失。使得煤粉燃烧器形成了个独立的燃烧中心，形成了邻角互稳和单角自稳的双重稳燃条件，二者叠加将大大提高稳燃效果。
目前该电厂小油枪系统正处在安装调试阶段，如果达到预定效果的话，每次机组冷态启动锅炉耗油可实现不超过5 T，锅炉低负荷调峰燃烧不稳时时投入小油枪运行，每次耗油量大大减少，势必大幅度降低锅炉燃油消耗量。
随着对600 MW机组W火焰锅炉燃烧特性的掌握，今后的节油工作将从运行管理、设备可靠性、技术革新等多方面入手，进一步提高机组经济运行水平，实现大型燃煤机组节能降耗的新突破。
参考文献
[1]王希寰,夏晓东,邹自敏.600 MW机组W型火焰锅炉灭火原因分析及预防[J].热力发电,2009,1:39-44.
W火焰炉 篇3
某电力公司装机容量为3×300MW, 锅炉为东方锅炉厂W型火焰煤粉炉。火焰检测系统为美国FORNEY公司IDD-IIU系列产品。火检按前后墙布置, 前后墙各分布有12个油火检和12个煤火检。由于区域环境温度高, 燃烧区域穹顶保温薄, 探头冷却风量不够, 火检信号弱等原因, 锅炉投产至今频繁发生火检探头由于超温而损坏和火检信号不能稳定输出等现象, 严重影响了机组的正常启停、运行和锅炉炉膛安全监控系统的安全可靠性。为保证安全生产, 该公司在火检设备的调试及日常维护方面投入了大量的人力物力。
1 目前存在的问题
由于锅炉炉型设计的原因, 锅炉运行时所产生的热量, 通过热传导和热辐射的方式导致火检探头经常处于超温工作状态, 致使探头内电子元件性能下降造成检测效果不良, 甚至损坏探头。虽然已增加冷却风罩, 但出口处的风压很低, 无法满足冷却需要, 具体分析如下:
1.1 热传导是造成火检探头超温工作的原因之一:
火检设备的外导管前端安装在炉腔内部, 虽然有火检冷却风的保护, 但是火检冷却风主要冷却的是内导管和光纤部位, 对外导管并没有起到冷却作用, 这样, 炉腔内的高温通过热传导的方式, 将高达80℃-100℃多的高温传导到火检探头, 而一般产品正常工作温度在65℃以下, 这样就容易造成火检设备超温工作, 造成元件性能下降, 影响使用效果。
1.2 热辐射是造成火检探头检测失灵和损坏的主要原因:
对于W型火焰炉来将, 火检油枪和整个燃烧器通风效果均比较差, 局部温度很高;特别是每年的高温季节, 环境温度高达100左右。远远超过65℃的正常工作温度。虽然短期的超温不会影响使用效果, 但是长期处于超温状态, 会大大缩短设备使用寿命, 直至损坏, 虽然已增加火检冷却风罩, 但出口风压很低, 起不到冷却探头的作用, 原有的火检冷却风罩的结构为简易型冷却风罩, 采取直接在冷却风管道上取风, 由于不能完全密封处理, 故也会造成冷却风量不足, 给火检检测系统带来一定的安全隐患。
1.3 火检信号减弱和不稳定原因分析:
(1) W型炉的燃烧器分布在前墙和后墙, 由于燃烧的煤质较差、一次风量配合不适当等原因, 导致燃烧器附近常有结焦现象, 可能会阻挡火检外导管前端的光纤采集火焰信号, 造成火检信号慢慢衰减; (2) 冷却风风量过低, 严重影响到内导管中的光纤的冷却和吹扫光纤前端的石英晶片, 造成石英晶片内积灰, 导致信号减弱; (3) 由于W型炉的燃烧器周围的温度非常高或有时炉膛会冒正压、一次风风压不适当等原因, 造成固定外导管前端的不锈钢垫块烧断 (停炉检查发现部分外导管前端已被烧坏) , 外导管会随着炉膛压力的变换而摆动, 火焰燃烧不稳定, 导致火检检测到的火焰不稳定; (4) 现场火检探头部分采用国产仿制品, 可能会造成部分探头与放大器卡件的不匹配, 影响火检信号的稳定输出。
1.4 冷却风量过低原因分析:
现场勘察发现, 冷却风母管出口处压力合适, 但到燃烧器中间或再往后的位置火检冷却风量逐渐减小直至没有冷却风输出, 造成的原因: (1) 可能在安装火检冷却风管时在母管上气割开孔, 有遗留的渣滓, 未及时处理; (2) 由于气割开孔不是很标准, 造成冷却风管的口径尺寸与开孔尺寸不适当, 在焊接时有多余的焊渣遗留在母管内, 越往后焊渣越积越多, 严重阻挡冷却风输出, 直至最后无冷却风输出。
1.5“偷窥”原因分析:
为了得到准确的火焰信号, 要求火检探头对准燃烧器火焰着火区。但在实际运行中, 由于负荷扰动引起的燃烧变化, 煤质, 煤粉细度, 挥发份, 煤质掺配均匀度, 煤粉湿度, 一次风压力 (风煤比) 、二次风调节等的影响, 使得火焰经常发生飘逸, 造成“偷窥”或火焰闪烁不稳定。而安装设计时为了尽量减少其他燃烧器火焰和背景火焰对探头的干扰, 探头的视角往往做的都比较小, 尽管如此, 对于W型火焰炉来讲, 由于其燃烧器布置的特殊性, 不同火焰之间的干扰变得较为显著, 这也是造成该炉型中火焰检测探头“偷窥”的主要原因之一。
3 改进措施
3.1 针对热辐射:
80%的超温原因是热辐射导致的。解决的方法: (1) 在探头上加装专用复合型冷却风罩, 对探头进行完全屏蔽, 隔绝探头对辐射热的吸收。同时在冷却风罩里面通入冷却风 (对于冷却风, 也要做好管道的保温隔热, 减少区域高温对管线的传导加热) , 可以有效降低探头温度。试验证明, 采取此种方式可以将探头温度降低到600C以下, 很好的解决超温问题, 保证了探头的长期安全稳定的工作, 并能防止冷却风散失在炉膛外部; (2) 采用延长内导管, 加大火检探头与锅炉外壁间的距离, 同时对引导管做好保温隔热措施, 尽可能降低火检工作的环境温度。
3.2 针对火检信号衰减和不稳定:
解决的方法:及时对火检外导管前端清焦, 保证火检检测的信号强度, 或在原安装预埋管与外导管间再增加冷却风, 冷却风从一次风冷风引入, 即用双重冷却的方式。
3.3 对由于炉膛内燃烧器周围温度高等原因造成固定内导管的不锈钢垫块烧断或外导管烧坏, 应及时更换焊接, 以保证火检系统稳定检测;
解决的方法:在锅炉检修时对火检外导管进行检查, 将锅炉厂预埋的碳钢管换为不锈钢管, 可以有效的防止固定垫块脱落。
3.4 针对冷却风量不足:
解决的方法: (1) 对冷却风管道整改检查, 对冷却风管道上的焊接点清理, 确保无焊渣或无阻挡物, 以保证出口处的风压在5.6KPa (可以在冷却风管道末端各加装一块10Kpa压力表, 便于监视冷却风压力) 。 (2) 引一次风冷风来补充火检冷却风量的不足; (3) 将原火检冷却风机由12.6米平台移至21.5米 (燃烧层) , 缩短管程, 减少阻力损失。
3.5 针对“偷窥”现象:
对于W火焰炉火焰检测的“偷窥”现象, 目前尚无比较有效的解决的办法, 可以考虑利用DCS的逻辑组态功能, 将火检信号与对应的油阀或粉管关断门的开信号取“与”后作为火检信号为“真”的判据。
4 改造后达到的效果
4.1
可以提高火焰检测的稳定性, 设备的安全性。
4.1
4.2 可以极大地降低现场维护量, 较好的控制运行成本。
参考文献
[1]叶江祺.热工测量和控制仪表的安装.中国电力出版社.
[2]庞亚军.电厂锅炉.中国电力出版社.
[3]肖大维.控制设备及系统.中国电力出版社.
[4]DLG116-1993.火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统设计技术规定.
W火焰炉 篇4
(一)“W”火焰锅炉结焦的原因
首先,当“W”火焰锅炉的炉膛温度较高的时候,锅炉内的煤灰的熔点就会相对的降低,煤粉在“W”火焰锅炉内燃烧的时候就会呈现出缺氧燃烧的状态,最终导致“W”火焰锅炉内的较为容易的表现出结焦的状态。
其次,由于“W”火焰锅炉内的火焰中心所处的位置随着锅炉的改变呈现出向上移动的状况,导致了“W”火焰锅炉膛内的温度有所升高,导致在“W”火焰锅炉内的屏式过热器区域出现了结焦的现象,并且,在较高的负荷状态下,“W”火焰锅炉内的氧气含量很低,省煤器出口位置的含氧量基本都不到2%的水平,导致结焦现象逐渐的严重。
最后,由于“W”火焰锅炉在进行燃烧材料处理的时候表现出了混煤不均匀的不良状况,导致“W”火焰锅炉内在燃烧的时候硫的成分不断地提升,硫对于“W”火焰锅炉的结焦有着很强的促进作用。
(二)“W”火焰锅炉内炉膛温度呈现较高的状况的原因
首先,随着“W”火焰锅炉燃烧面积的增加,再加上锅炉内燃烧的煤的质量较差,导致锅炉燃烧的稳定性较差,在日常的锅炉燃烧的过程中导致了炉膛内的温度面积增大,出现这一现象的最主要的原因就是炉膛内燃烧的煤的质量很差,但是即便是立即改进了燃烧煤的质量,“W”火焰锅炉内的燃带面积已经不能得到立即的减小,导致炉膛内的温度依旧处在一个比较高的状态,由此导致了锅炉内部比较容易出现结焦的状况。
其次,由于“W”火焰锅炉内的煤粉气流旋流强度较高,即便是在电厂内加装了调风装置,室内的二次风也只能小范围的降低“W”火焰锅炉燃烧的温度。而一些低挥发的分无烟煤,调小了内调风的叶片角度,室内的二次风的旋流强度就会越强,导致了“W”火焰锅炉内的火焰中心的位置呈现出了下移的状况,以此来有利于煤粉的充分着火、稳燃和燃尽的现象发生,而当燃煤变好的时候,室内的调风叶片角度变大,二次风的旋流行强度增强,有效的防止了“W”火焰锅炉的结焦现象的发生,并在无形之中加快了结焦现象的发生。
(三)“W”火焰锅炉缺氧燃烧的原因
当“W”火焰锅炉在高负荷状态下出现了缺氧燃烧的状况的时候,出现这一现象的原因就是在高负荷的状态下,“W”火焰锅炉的引风机容易出现失速的状况,这主要是因为省煤器的灰斗以及空气预热器的灰斗都的卸灰机的系统在这一状况下出现了系统运行故障的问题,尤其是在空气中预热器的受热面积增大的时候,空气预热器的阻力在700pa左右,实际的阻力确是1.7kpa,烟气系统的阻力值也在设计数值之上,就导致引风机性能在工作过程中出现些许的偏移状况,导致了“W”火焰锅炉结焦的现象。
二、有效处理“W”火焰锅炉结焦现象的措施
(一)在设计过程中减轻“W”火焰锅炉的措施
首先,针对“W”火焰锅炉的二级过热器和末级过热器的设计,可以采用M BE L的独特技术进行科学的利用,这样能够有效的防止“W”火焰锅炉结构内的管子出现严重的变形状况,使得“W”火焰锅炉内壁上的结焦状态才能得到有效的缓解。其次,在进行吹灰器的时候,就采用模式表面的设计技术穿过悬吊式的过热器的中心区域进行设计,这样能够有效的确保“W”火焰锅炉的吹灰器发挥出应有的功效。再次,为了给“W”火焰锅炉的燃烧提供一个良好的氧化性环境,应当在“W”火焰锅炉前后墙下冲的贴墙气帘以及冷灰斗过渡,射入三次风为炉墙和灰斗的燃烧创设一个更为理想的环境。
(二)调整卫燃带布置的方式以及占据的面积有效缓解结焦现象
为了降低“W”火焰锅炉膛内的高温区域卫燃带的敷设买诺记,有效改善炉膛内的火焰以及烟气的温度,可以对卫燃带进行改造并减小其面积。首先,可以将炉内的结焦孔恶化,将所有的两侧墙敷设的卫燃带清除干净,并且在四角的卫燃带上留下3m左右的距离,以起到保护火焰根部温度的作用,使得“W”火焰锅炉处在低负荷的燃烧状态之下。其次,还可以根据流焦堵塞的去奇捞渣机的渣口的堵塞情况以及溶焦情况对冷灰斗各个部位的卫燃带进行及时的打撒,确保“W”火焰锅炉在燃烧的时候锅炉的溶焦情况得到及时的冷却。
(三)在“W”火焰锅炉运转的时候调整使用方法来缓解结焦的现象
首先,在“W”火焰锅炉运行的时候,制粉系统的有效使用可以合理的控制煤粉的细腻度,使得煤粉的颗粒大小和炉膛内的停留时间降低,“W”火焰锅炉的燃烧效率就会得到有效的控制,使得锅炉内的燃烧材料可以得到较高的燃烧度。
其次,在“W”火焰锅炉运行的时候,可以经常性的监控“W”火焰锅炉炉膛内的温度,确保“W”火焰锅炉在运行的时候炉膛内的温度不会超过1 500℃,并且保持烟气的温度低于灰的然软化温度,温度大概控制在50℃到1 00℃之间。
再次,将“W”火焰锅炉的风压控制在可以控制的范围内,将风配比合理的控制在一次或者是二次之内,确保三次风开度在1 5%到35%之间,并且在这一过程中,还可以有效的米变煤粉火炬贴壁冲墙,降低了炉膛内高温火焰偏离炉膛中心事件发生的概率,在对“W”火焰锅炉进行严格的控氧量水平控制的时候,可以有效的杜绝锅炉内的氧气出现不充分燃烧的状况。
最后,即便不是在定期维修的状态之下,也需要对“W”火焰锅炉进行高频率的检查,检查其内燃烧杂物的积累状况,使得“W”火焰锅炉内的积灰以及积渣得到及时的处理,确保“W”火焰锅炉的燃烧效率提高。
参考文献
[1]韩奎华,高寒,翟雷等.600M W“W”火焰锅炉结焦原因分析与防止措施[J].锅炉技术,2005,36(5):47-50.
超临界W火焰锅炉水冷壁开裂原因 篇5
竖直排列的低质量流速水冷壁管W火焰锅炉是近年来我国为适应燃用无烟煤而开始推广的一种超临界锅炉形式。这种炉型能够较好的适应W火焰锅炉的异形下部炉膛, 便于受热面的布置设计, 同时具有锅炉钢材耗量少、在一定受热偏差范围内进行少量的流量自补偿等诸多优点。但在目前国内投产的众多低质量流速水冷壁W火焰超临界锅炉中, 又普遍存在程度不等的水冷壁变形甚至开裂现象。下面分析某电厂锅炉前墙上部水冷壁开裂情况。
2 典型的设计结构
如下图1所示, 为防止锅炉负压波动引起的炉膛大幅度变形, 在锅炉的不同高度上均设置了不同形式的刚性梁机构。
刚性梁的重量一般是靠围绕在炉膛周围的张力板支撑。张力板的重量则是靠固定连接在水冷壁上的剪切块支撑, 同时, 张力板对应水冷壁中心的位置, 一般焊接有中间膨胀死点, 如图2所示。
3 水冷壁受力分析
在锅炉受热状态下, 剪切块随水冷壁向下膨胀运动, 张力板也随之向下。
但当水冷壁管温度不均匀, 发生类似下图3所示的温度场分布时:
可见:在剪切块处的水冷壁膨胀量小于中部膨胀死点处的水冷壁膨胀量。而由于张力板在竖直方向上的抗弯强度很高, 难以发生较大程度的形变, 中间膨胀死点在焊接连接完好的情况下无法得到向下的充分自由膨胀, 则会发生向炉膛内侧 (或外侧) 的弯曲, 以满足热膨胀量释放的需要, 在此情况下, 则比较容易发生水冷壁变形甚至开裂。
经计算, 对于12Cr1MoV的水冷壁管, 如果在正常运行温度下产生100度的温度偏差则每1米长度对应的额外膨胀量为1.41mm。如果同时具有剪切块和中间膨胀死点的张力板上下间距为4米, 则共计产生的额外膨胀量为5.64mm。在此情况下, 对于向炉膛内 (或外) 的最大弯曲水平位移距离约为107mm, 足以对水冷壁产生较为严重的损坏。
该电厂#1锅炉前墙上部水冷壁出口管壁温度测点共有41个, 超温报警值为500℃。图4为前墙上部水冷壁超温情况。
从图4中看出, 前墙上部水冷壁出口左15管壁温超温最严重, 高达145℃, 则向炉膛内 (或外) 的最大弯曲水平位移距离约为128mm, 且该点超温时间长达87min。长时间的严重超温以及无法向下自由膨胀久而久之导致了水冷壁开裂。
4 水冷壁开裂分析
4.1 热负荷偏差
低质量流速水冷壁管W火焰超临界锅炉主要是为设计燃用无烟煤而开发的炉型, 通常具有炉膛宽度较宽, 燃烧器沿前后墙拱顶条形分布的特点。在锅炉实际运行过程中, 由于响应调度负荷变化的需要, 需要采取不同的燃烧器喷嘴投切方式, 必然会在炉膛内产生一定程度的热负荷偏差。如果在特定的设备检修或故障情况下, 热负荷偏差还将进一步扩大。另外, 燃烧器的布置方式对热偏差也起到决定性作用。
该电厂#1锅炉系HG-1900/25.4-WM10型W火焰锅炉, 燃烧器布置方式如图5所示。
这种燃烧器集中布置的锅炉, 虽有利于劣质无烟煤的稳燃, 但在炉膛宽度方向上较前后墙交叉错位布置的锅炉将产生梯度更大的热负荷分布。导致高热负荷区域水冷壁膨胀量大, 低热负荷区域膨胀量小。严重膨胀不均匀时使得水冷壁开裂。
4.2 自补偿消失
低质量流速内螺纹垂直管屏水冷壁管, 忽略节流管圈的阻力, 稳定流经水冷壁管工质的压降可用下面两式表示[1]:
Δp=Δpmc+Δpjb+Δpzw (1)
Δp′=Δp′mc+Δp′jb+Δp′zw (2)
其中, Δp与Δp′、Δpmc与Δp′mc、Δpjb与Δp′jb、Δpzw与Δp′zw分别为单相工质和两相工质的总压降、摩擦压降、局部阻力和重位压降。
低热负荷时, 水冷壁管内质量流速比较低, 管内工质的摩擦压降和局部阻力很小, 即动压损失很小, 则重位压降起主要作用[2]。随着热负荷的逐渐增大, 动压损失小幅增大, 而重位压降大幅减小。这样, 总压降是减小的, 说明吸热量多的管子质量流速会增大, 产生流量自补偿。
随着热负荷的增大, 水冷壁管内工质工作压力随之增大, 工质由于热偏差造成的密度变化就变得越弱, 造成动压损失继续增加而重位压降变化不大, 总压降增加, 流量自补偿作用变得非常小甚至产生负流量补偿。最终受热高的管子流过的工质变少, 管子得不到足够冷却而超温。
4.3 膨胀问题
#1锅炉水冷壁开裂处附近同时具有剪切块和中间膨胀死点的张力板上下间距约4m, 在中间膨胀死点焊接连接完好情况下, 水冷壁管在热负荷偏差下向炉膛内 (或外) 的弯曲水平位移距离较大, 导致水冷壁变形和开裂。
5 结束语
1) W火焰超临界锅炉燃烧器集中布置在锅炉前后墙炉拱上, 为响应负荷变化而投切燃烧器喷嘴或磨煤机故障时, 在炉膛宽度方向较容易产生热负荷偏差, 这种偏差在燃烧器集中布置的锅炉上更为明显。运行当中尽量做到燃烧器投运在炉膛前后、左右方向对称, 平衡各台磨煤机出力。
2) 低质量流速内螺纹垂直管屏水冷壁在低负荷工况具有流量自补偿作用, 随着负荷的升高, 自补偿作用逐渐消失甚至产生负补偿, 受热高的管束工质流量低, 易造成水冷壁超温。出现水冷壁超温, 适当增大对应燃烧器的二次风量, 降低对面燃烧器二次风量;调整水煤比, 控制分离器出口过热度在合理范围;超温严重时可考虑减少超温区域燃料供应量。
3) 在锅炉启动、停炉、负荷调整和正常运行各阶段, 除严格控制水冷壁管不超温外, 还应该控制水冷壁管的温度梯度, 即使是不超温的情况下, 存在较大温度梯度, 也将导致水冷壁因热应力而造成的变形甚至损坏。一般而言, 当水冷壁管管壁温度梯度不超过30-40℃/m时, 因温度梯度对水冷壁造成的损害较小。
4) 同时具有剪切块和中间膨胀死点的张力板上下间距决定在水冷壁管壁温度梯度下的向炉膛内 (或外) 的弯曲水平位移距离, 并且间距越近, 则弯曲水平位移距离越小, 应力分布越分散。
5) 在支撑结构允许和中间联箱连接结构重新设置可行的基础上, 可考虑上下可滑动的中间膨胀死点结构形式。
摘要：分析一定设计结构下, W火焰低质量流速超临界锅炉水冷壁在不均匀温度下的受力情况, 找出了某电厂锅炉水冷壁开裂原因。
关键词：低质量流速,水冷壁,W火焰,温度梯度,受力
参考文献
[1]王琼, 王雪涛.超临界锅炉水冷壁自然循环特性计算[J].中国电力教育, 2008:644-645.
W火焰炉 篇6
关键词：“W”型火焰锅炉,飞灰含碳量
1 控制飞灰含碳量对W型火焰锅炉的意义
1.1 设备安全
“W”型火焰锅炉的飞灰含碳量如果增高很可能由于火焰中心上移, 造成燃烧不完全。当这种情况发生后, 会造成锅炉管壁超温, 时间长易造成炉管泄漏甚至爆裂等恶性事故。
1.2 锅炉效率
降低锅炉的飞灰含碳量, 对于锅炉可以极大地降低机械未完全燃烧热损失从而提高锅炉效率。
2 影响飞灰含碳量的因素
2.1 燃料特性
2.1.1 挥发分的影响
挥发分含量高的煤, 很容易着火燃烧。挥发分析出后, 燃料会变得比较松散孔隙多, 增加了燃料的燃烧面积, 迅速提高焦炭粒的温度, 为其着火和燃烧创造了极为有利的条件。
2.1.2 水分的影响
燃煤的水分增加, 会使燃烧温度下降。原因是在燃烧过程中, 煤中的水分吸热而汽化并过热, 经多次试验表明, 水分对燃烧温度的影响比灰分还大。
2.1.3 灰分的影响
当灰分增加会使火焰温度下降, 因为灰分在燃烧过程中要吸收热量, 高灰分的煤, 由于着火时间推迟, 燃烧温度下降, 因而燃烧的稳定性会变差, 使飞灰含碳量增加。
2.2 燃烧器组合方式
锅炉采用双进双出钢球磨煤机正压直吹式制粉系统, 前后墙配24只旋风分离式煤粉浓缩型燃烧器。运行中如发现火嘴布置过于紧密, 导致在高负荷下炉膛中部长时间处于缺氧状态, 在一次风压、锅炉负荷满足要求的工况下, 应尽可能退出炉膛中部的个别火嘴, 并开启退出火嘴的F风挡板加强补风, 退出火嘴优先挥发份、发热量低的煤种, 但不能盲目退出以免造成局部燃烧恶化。
2.3 过剩空气系数
若过剩空气系数不足引起不完全燃烧, 热损失就会增加, 飞灰含碳就会增加。当然, 炉内过剩空气系数在一定范围内增大有利于燃烧, 使q3、q4有所减少, 燃烧生成的烟气量增加, 烟气在对流区中的温度降低, 又使排烟温度升高, 使q2增大, 但在燃烧稳定范围内提高过剩空气系数, 锅炉效率必然显著提高。
3 降低飞灰含碳量的途径
3.1 优化系统组合
3.1.1 选择合适的燃烧器组合方式
根据入炉煤种的变化, 调整磨煤机运行组合。避免好煤仓煤进入炉膛同一角落, 保证炉膛热负荷均匀分布。
3.1.2 选择合适的二次风挡板开度
对于“W”火焰煤粉炉炉内气流主要取决于直流喷嘴及其配风的状况, 二次风挡板的调整可以改善炉内的空气动力工况。配合送风机调节送风量达到二次风量二次风压与一次风压的优化匹配。如果光靠送风机调节风量, 在调节过程中二次风压就不能得到有效的控制。
配风时控制炉膛温度1 350 ℃～1 380 ℃之间为最佳。加强炉膛中部补风, 根据容量风压调整二次风压, 基准值为容量风压5～7 kPa, 二次风箱压力0.4～0.5 kPa。氧量最优区间则在5.0%～6.0%。
3.2 优化运行工况
3.2.1 合理控制氧量的范围
氧量在合适的范围, 炉内组织工况才比较理想, 燃烧才稳定。
3.2.2 合理制粉系统控制
磨煤机料位控制 (a.料位正常的磨煤机料位, 维持700 Pa～800 Pa。) ;磨煤机旁路风挡板操作 (a.干燥无灰基挥发分>25%煤仓, 维持对应磨煤机旁路风开度0%。b.干燥无灰基挥发分18%～25%煤仓, 维持对应磨煤机旁路风开度30%。c.干燥无灰基挥发分<18%煤仓, 维持对应磨煤机旁路风开度100%。) ;磨煤机出口温度控制 (a.磨煤机出口风粉温度正常情况下不低于70 ℃, 不超过130 ℃。磨煤机两侧下煤均匀, 两侧出口温度偏差<5 ℃。) ;磨煤机旋转分离器控制 (a.磨分离器转数不低于450转/min。) ;磨煤机电流控制 (a.正常情况下, 磨煤机电流不低于110 A运行, 否则增大加球量。b.磨煤机电流超过115 A, 应停止加钢球。)
4 飞灰含碳量控制实例
依据以上方法, 对#3炉作了调整。
4.1 调整前的问题
①高负荷下二次风压过高。②氧量由于前段时间燃烧劣质煤一直未提升。③磨煤机电流100～104 A。④磨煤机出口风温过低。
4.2 调整控制措施
①炉膛温度高于1 350 ℃下开大后墙F挡板开度, 根据一次风压调整二次风压, 基准值为一次风压5～7 kPa, 二次风箱压力0.4～0.5 kPa, 一次风压5～8 kPa。②入炉煤高位发热量高于15 000, 氧量控制5.6%～6.0%。③保证磨煤机电流高于110 A。④调整粗粉分离器挡板由45°～30°降低煤粉细度。⑤控制磨煤机出口温度90 ℃～100 ℃。
4.3 调整试验及相关数据
工况:调整前后基本工况为负荷185 MW, 磨煤机运行方式为ACD磨运行, 磨煤机料位均在750 pa, C磨无分离器挡板为电动分离器转速控制。
上煤方式:A2仓潞安煤: (高位发热量KJ/KG) 20 579, (干燥无灰基挥发份%) 18.55;D1、D2仓斗笠山煤:12 996, 30;C1、C2、A1攸县煤:17 999, 8.21。
相关主要参数:调整前。负荷185 MW, 主汽压力12.2 MPa送风量, 1 055 kNm3/h, 氧量4.5%, 一次风压5.5 kPa, 二次风箱压力0.5 kPa, 平均煤粉细度10.9, 粗粉分离器挡板开度45, C磨分离器转速300 RPM, 飞灰5.23/5.13%。调整后。负荷185 MW, 主汽压力12.2 MPa, 送风量1 177 kNm3/h, 氧量5.7%, 一次风压5.4 kPa, 二次风箱压力0.45 kPa, 平均煤粉细度9.9, 粗粉分离器挡板开度30, C磨分离器转速500 RPM, 飞灰3.69/4.50%。
5 结语
W火焰无烟煤锅炉改烧烟煤的研究 篇7
关键词：W火焰锅炉,改烧烟煤,燃烧,炉内热力分析
引言
W火焰锅炉作为燃用无烟煤或低挥发分贫煤的锅炉引进国内已有二十多年了, 并得到较好的国产化, 在国内已拥有300MW~660MW容量的W火焰锅炉数十台。由于煤炭的价格及供应一直影响着火力发电厂的安全性和经济性, 因此, 一些火电厂根据自身的煤源情况, 对W火焰锅炉采用无烟煤与烟煤掺烧或单烧烟煤。由于W火焰锅炉是针对无烟煤或低挥发分贫煤设计, 其炉膛结构、受热面布置、截面热负荷、容积热负荷、燃烧器形式及配风等, 与燃用烟煤的锅炉 (如前后墙对冲燃烧锅炉、四角切圆燃烧锅炉) 不同, 因此, W锅炉能否燃用烟煤, 在燃用烟煤之前需要对W锅炉做那些方面的调整, 才能保证W锅炉燃用烟煤时过热蒸汽、再热蒸汽达到设计值, 炉内不结焦, 燃烧器不烧坏, 锅炉效率较高等, 需要进行相应的分析计算, 确保燃烧烟煤时的安全性和经济性。同时, 通过在W锅炉上进行烟煤试烧, 明确其可行性、安全性和经济性。
本文针对韶关发电厂300MW机组W火焰锅炉改烧烟煤进行分析计算, 提出改进方案并实施。通过机组一年多的运行, 结果表明, W火焰无烟煤锅炉经过合适的技术改造后, 可以安全地燃用烟煤, 其锅炉效率也有明显提高。
1. 设备概况及选用燃煤
韶关发电厂300MW机组锅炉是由东方锅炉厂设计制造、燃用粤北曲仁无烟煤的“W”型火焰锅炉, 锅炉型式为亚临界压力、一次中间再热的自然循环, 采用双拱型、单炉膛, 双旋风分离式煤粉浓缩型燃烧器布置于下炉膛的前、后拱上、呈“W”型火焰, 尾部双烟道结构, 采用烟气挡板调节再热蒸汽温度, 平衡通风、固态排渣。该锅炉配有四套正压直吹式制粉系统, 每套制粉系统由一台BBD4060型双进双出钢球磨煤机和两台称重式给煤机组成, 煤粉通过48个一次风喷口和48个乏气喷口送入炉内燃烧。二次风经锅炉两侧风道送入前后墙大风箱, 从拱上和拱下的风口进入炉膛, 每个燃烧器作为一个单元, 每个单元布置6个二次风道及挡板, 其中A、B、C挡板控制拱上部分, 分别对应乏气喷口周界风、一次风喷口周界风和油枪风, D、E、F挡板控制拱下部分, 分级将二次方送入炉内, 控制风粉混合燃烧过程 (见图1) 。在下炉膛布置有781.26m2的卫燃带, 用以强化无烟煤的着火和稳定燃烧。在锅炉尾部烟道布置了2台三分仓容克式空气预热器。受热的一次风与部分冷一次风混合后进入磨煤机, 携带煤粉然后进入燃烧器。受热的二次风进入二次风大风箱, 并通过各调节挡板而进入炉膛, 与一次风煤粉在炉内进行混合, 促进煤粉燃烧和燃尽。
该锅炉原设计燃用无烟煤, 表1为其BECR工况设计参数。现该炉拟改烧烟煤, 依据目前的供煤情况, 选取3种烟煤做分析计算。表2为该炉原设计煤种和拟选用3种烟煤的煤质分析。由表2可见, 拟改烧的烟煤挥发分 (干燥无灰基) 都在35%左右, 且低位发热量也都大于20MJ/kg, 因此, 其着火、燃烧和燃尽性能较好。但烟煤1和烟煤2的灰熔点温度较低, 其燃用时应注意防止在炉内受热面结焦。
2. 改烧烟煤的技术措施
2.1 制粉系统安全性能改造
针对该炉拟燃用烟煤的特性, 按国家电力行业标准对制粉系统采取如下措施: (1) 在原煤仓上部空间及金属煤斗下部安装防爆、消防用蒸汽喷嘴, 蒸汽的压力不应超过0.3MPa, 并有引入管 (DN>25) 固定接口。 (2) 在磨煤机前的烟风管道中引入灭火蒸汽, 蒸汽的压力超过0.3MPa。 (3) 供汽的管道阀门采用电动并在锅炉操作盘上控制。在通往磨煤机的热风管道上, 安装两道风门, 其中第一道为隔绝门, 在停运磨煤机式切断热风, 第二道为调节门。在上述两个风门之间安装冷风门, 以控制压力冷风, 来调节磨煤机的进风温度。 (4) 消除煤粉管道中的袋形和盲肠管以及助长煤粉沉积的凸出和不光滑处, 避免煤粉沉积后的自燃和爆炸。 (5) 磨制烟煤时, 磨煤机出口温度应控制在70~75℃范围, 煤粉细度控制在R90=20%~30%, 送粉管道内的流速在任何负荷下不小于18m/s。
2.2 减少卫燃带面积
(1) 取消炉拱卫燃带和上炉膛卫燃带
取消炉拱的卫燃带和上炉膛的卫燃带, 以适应烟煤的燃烧, 避免结焦和烧坏燃烧器喷口。由于烟煤容易着火, 其着火点距燃烧器喷口较近, 如果燃烧器周围敷设有卫燃带, 燃烧器附近区域的温度将会很高, 导致燃烧器烧坏。如果在上炉膛 (炉膛喉部) 仍保持有卫燃带, 当烟气由下炉膛转向180°朝上炉膛流动时, 在炉膛喉部处容易形成涡流, 熔点较低的烟煤灰粒撞击到卫燃带上就会被粘附, 形成结焦而影响生产。
(2) 再将两侧墙卫燃带减少90m2
在取消炉拱卫燃带和上炉膛卫燃带的基础上, 再将两侧墙卫燃带减少90m2, 即卫燃带面积共减少256m2。由于该号炉在过去的运行中容易在两侧墙卫燃带处出现结焦, 燃烧烟煤时因灰熔点较低, 更容易结焦, 因此, 适当减少侧墙卫燃带面积, 降低下炉膛的温度, 可以缓解下炉膛侧墙的结焦。卫燃带面积减少后的布置如图2所示。
该炉原设计卫燃带面积781.26m2, 取消炉拱的卫燃带和上炉膛的卫燃带, 和减少部分两侧墙卫燃带面积, 总的卫燃带减少面积约占卫燃带设计面积的32.8%, 总增加的水冷壁面积约占炉膛水冷壁面积的11.9%, 预计对炉内水冷壁的吸热不会有明显的改变。
2.3 燃烧器取消乏气喷口改造
在燃用挥发分在Vdaf=20~36%、发热量Qnet, ar≥20MJ/kg的烟煤时, 取消乏气喷口, 提高一次风的出口速度, 推迟烟煤的着火, 可以避免燃烧器周围结焦和烧坏燃烧器。另外, 如果不取消乏气喷口, 在调节乏气挡板时 (关小乏气风) , 有可能引起炉内烟气由乏气喷口回流而烧坏燃烧器。改烧烟煤后的一次风率约为r1=25%, 一次风速度w1=25 m/s~28m/s。
3. 改烧烟煤后炉内热力工况计算与分析
3.1 炉膛出口温度变化
通过对该炉燃用不同煤种进行热力计算, 比较原设计燃用无烟煤和拟燃用烟煤时的炉膛出口及高温过热器入口的烟气温度, 明确卫燃带面积减少量是否合适。表3给出了通过计算得到的不同的卫燃带面积减少量对应的炉膛出口及高温过热器入口的烟气温度。
该炉原卫燃带设计面积为781.26m2, 在B M C R负荷时, 炉膛出口烟温为1142℃, 高温过热器入口烟温为1112℃。改烧烟煤后如果不减少卫燃带面积, 炉膛出口温度计算大约有30℃~40℃左右的增加。如果取消上炉膛卫燃带和拱上卫燃带 (即卫燃带面积减少166m2) , 则燃烧烟煤时炉膛出口温度较设计值 (无烟煤时) 增加约10℃左右。如果再将两侧墙卫燃带面积减少90m2 (即卫燃带面积减少256m2) , 则燃烧烟煤时炉膛出口温度较设计值约低20℃左右。因为改烧烟煤时过剩空气量减少使烟温升高, 且烟煤的灰分较无烟煤少很多, 减弱了煤灰粒向水冷壁的辐射传热, 虽然烟煤燃烧时的火焰集中温度较高, 且减少卫燃带会使水冷壁受热面增加, 火焰与水冷壁之间的换热会因此得到加强, 但综合结果是改烧烟煤后炉膛出口温度约有-20℃~+10℃变化。可见燃用烟煤时对炉膛出口温度影响不大, 不需要对炉膛出口后的尾部受热面进行调整。
3.2 排烟温度的变化
由于燃用烟煤时过剩空气系数选取较低 (α=1.15) , 使得总烟气量会较燃烧无烟煤减少, 虽然在炉膛出口处燃用烟煤时的烟气温度较燃用无烟煤时略有变化, 但由于总烟气量减少, 烟气携带的总热焓也会相应减少, 在锅炉出口和烟道通过与过热器、再热器、省煤器和空气预热器等的热交换, 最终使得排烟温度较燃用无烟煤时会有明显降低, 排烟温度会较燃烧无烟煤时约低10℃左右, 故可以降低排烟热损失, 且不会产生低温硫酸腐蚀。
3.3 煤粉的燃尽
由于总空气量的减少, 烟气在炉内流动上升的速度有所减缓, 使得煤粉在炉内的停留时间相对延长。因此, 在炉膛出口处煤粉已达到较高的燃尽度。表4给出了烟煤和无烟煤在同容量锅炉 (四角切圆燃烧锅炉和前后墙对冲燃烧锅炉) 内停留时间的统计值, 与该锅炉计算得到的停留时间相比, 煤粉在该W型锅炉燃尽时间约稍长。从图3中可以看出, 对于300MW级的锅炉, 燃用烟煤的切圆燃烧锅炉和前后墙对冲燃烧锅炉中最上排一次风喷口距炉膛出口屏式过热器的距离约在16m~20m范围, 最下排一次风喷口距炉膛出口屏式过热器的距离约在22m~27m范围, 而该W锅炉的一次风喷口距屏式过热器距离约16m, 但由于一次风喷入炉膛时最初的方向是朝下流动约5m~7m, 然后再折转向上流动, 故其实际的煤粉行程约在26m以上, 确保了煤粉在W炉内有较长行程, 以保证在炉内的燃尽时间。
3.4 对主汽温度及再热汽温的影响
虽然烟煤和无烟煤的燃烧特性有较大差别, 但由于该炉的卫燃带有所减少、取消了乏气喷口、增加了一次风的出口速度以及过剩空气系数的降低、灰辐射热交换的改变等, 使得燃用烟煤时在炉膛出口的烟气温度仅有±10℃~20℃的变化。该炉燃用无烟煤运行时过热器减温水投量一定, 存有余度。在燃用烟煤时由于炉膛出口烟温变化不多, 而烟气流量有一定的减少, 综合两方面考虑对过热器、再热器换热的作用, 认为改烧烟煤不会影响锅炉的主蒸汽参数和过热蒸汽参数, 过热器的减温水投量会适当减少, 有利于机组经济性的提高。
应用对比方法进行了屏式过热器、高温过热器和高温再热器工质温度在额定负荷下的估算, 结果表明, 卫燃带减少后, 屏式过热器、高温过热器和高温再热器出口工质的温度变化微小, 与原设计时相当。当过热汽温和再热汽温在设计值上下波动时, 可以通过减温水或烟气挡板进行调节。
3.5 改烧烟煤后对炉内结焦及燃烧的影响
(1) 炉内结焦
由于烟煤的灰熔点较低以及燃烧较集中, 如果一、二次风组织不好以及卫燃带布置不当, 就可能会在炉内造成严重结焦。对于W锅炉来说, 炉膛喉部 (上、下炉膛分界处) 、下炉膛角部 (翼墙及冷灰斗喉部) 和屏式过热器入口是容易产生结焦的地方。但炉内结焦须满足两个基本条件, 一是煤粉灰粒已熔化, 二是已熔化灰粒随气流冲刷到高温受热面上 (如卫燃带或屏式过热器) 。因此, 要避免结焦, 就不能让灰粒熔化或熔化的灰粒不会随气流冲刷到高温受热面。
改造方案中采用取消拱上卫燃带和上炉膛的卫燃带办法, 由于水冷壁管的温度在360℃左右, 熔化的灰粒在接近或撞击水冷壁管时被冷却凝固, 不易产生结焦。若是熔化灰粒撞击到卫燃带上, 由于卫燃带的温度在800℃以上, 因此, 熔化的灰粒粘附在卫燃带上, 慢慢积累就会形成严重结焦。在炉膛喉部处, 由于烟气容易形成涡流导致灰粒撞击在附近受热面上。因此, 取消拱上卫燃带和上炉膛的卫燃带可以有效地避免或减缓炉膛喉部结焦。
该炉布置有边界风G, 虽然风量很小, 但能有效防止下炉膛角部 (翼墙及冷灰斗喉部) 的结焦及灰渣积聚。为了防止两侧墙水冷壁结焦, 在改造中已将侧墙卫燃带进行分块布置。
该炉燃用烟煤时炉膛出口温度 (屏式过热器后) 约1100℃~1120℃, 低于其灰熔点软化温度30~50℃以上, 因此在屏式过热器不会产生结焦。
(2) 燃烧过程的变化
取消乏气喷口后, 一次风的速度约增加一倍, 燃烧无烟煤时一次风喷口速度原设计为13.6m/s, 改烧烟煤后的一次风喷口速度约在22.2~33.2m/s, 不同的燃煤及一次风率则速度不同 (见表5) 。燃用烟煤时如果一次风速度控制在22~27 m/s范围, 则煤粉燃烧稳定且不会烧坏燃烧器。
该炉4台磨煤机共24条煤粉管道, 分别与48个一次风喷口和48个乏气喷口相连。粉管直径为φ426×10mm, 一次风喷口直径为φ296×12mm, 乏气喷口直径为φ323×12mm。每条粉管对应2个一次风喷口和2个乏气喷口。各个管段的截面积列入表6。若取消乏气喷口, 两个一次风喷口的面积与一条粉管的面积相近, 因此, 当一次风喷口的速度在20m/s~33m/s范围内, 不会增加制粉系统的流动阻力和通风量, 制粉系统与燃烧器之间是相匹配的。
4. 改烧烟煤后锅炉运行情况
韶关电厂W火焰锅炉经过对制粉系统、卫燃带和燃烧器的改造后, 开始燃用烟煤, 烟煤的挥发分 (空干基) 由20%逐步提高到30%, 表7给出了近一年来入炉煤质的大致范围。
4.1 锅炉运行的安全性
韶关电厂W火焰锅炉改烧烟煤后已运行一年多, 从运行情况看, 锅炉负荷在180~300MW范围内运行, 主蒸汽参数和再热蒸汽参数在设计范围, 没有出现受热面超温和严重结焦情况, 制粉系统没有出现自燃或爆炸事故, 燃烧的稳定性大大加强。
4.2 炉内热效率
由于燃用烟煤, 煤粉的燃尽度提高, 烟气量减少 (燃烧烟煤时α=1.15, 燃烧无烟煤时α=1.25) , 不完全燃烧热损失和排烟热损失都有所下降, 使得锅炉热效率平均提高约2%, 锅炉热效率η≥92.8% (该炉原设计热效率η=90.73%) , 使供电煤耗下降约7g/k W·h。
4.3 氮氧化物排放
改烧烟煤时由于减少卫燃带, 炉膛温度降低, NOx的排放也由原来燃用无烟煤时的>1000mg/m3减少到<450mg/m3, 为采用SCR脱氮提供了有利条件。
5. 结语
(1) 韶关电厂W火焰锅炉由燃用无烟煤改为燃用烟煤, 经过对制粉系统加装安全消防设施、对炉内卫燃带面积减少、取消燃烧器乏气喷口以及调整运行参数等措施, 成功地在W火焰锅炉上燃烧烟煤, 没有因燃用烟煤发生事故, 机组各参数均达到原设计要求。与燃用无烟煤相比, 锅炉热效率有较大提高, NOx排放大幅度降低。
W火焰炉 篇8
一、管控好煤的来源
众所周知煤种类变化影响结焦的发生。由于煤质不同及运行工况的差异, 在锅炉火嘴周围容易结焦, 随着结焦的增大, 焦渣会因重量过大而下落。特别是在燃煤过程中那些煤的熔化点特别低, 容易向四周产生挥发性粉末。因此, 在煤进入工厂之前要先进行相关的燃烧试验, 在煤的来源上严把质量关。这种煤在燃烧过程中由于下部气压较低, 上部气压过高, 容易出现负压的现象, 火焰燃烧时中间比较密集, 这种燃烧很容易向四周进行扩散, 由于四周的炉壁容易出现结焦的现象。因此进行煤的燃烧前合理的燃煤设计至关重要。
二、火焰锅炉运行中防止结焦和垮焦
在锅炉燃煤过程中要严格控制好风力的配置, 不同类型的风会产生不同的效果:调节三次风的时候燃烧的火焰不会挨着炉壁, 调节第二次风的时侯带来大量的氧气, 燃煤得到了充分的燃烧, 在进行一次风调节的时候, 确保火焰的长短和强弱合适, 吸风机能够确保炉膛内的压强处在一个合适的范围, 一般保持在70Pa, 氧气量的合理控制很重要, 确保燃煤得到充分的燃烧, 火焰又不会燃向四周的炉壁, 一般来说氧气的控制量保持在4%~6%的范围内, 另外在燃烧过程中时间的控制也很重要, 避免炉膛缺氧情况的出现。
燃烧幅度要保持平稳的幅度, 严格排查制粉系统, 避免出现结焦, 加强制粉系统检查, 防止喷燃器结焦。
三、除灰作业防止火焰锅炉炉膛结焦和垮焦的技术措施
对渣皮带进行定期检查, 如果看到渣皮带上没有渣煤时, 马上向上级汇报情况。时刻留意渣斗的水位是否处于标准的水平, 如果渣斗缺水, 很大程度上会造成结焦现象的出现。
设备运行过程中操作人员的正常巡逻工作很重要, 对发现巡逻过程中出现的渣斗漏水及时进行处理, 保证渣斗内水分充足。每两个小时查看炉膛底部的灰斗落灰的情况, 若发现漏灰处于不正常状态, 应立即对问题进行分析和解决, 防止出现大面积结焦。
如果操作过程中出现了不可避免的结焦, 及时把握结焦, 做到对结焦的经常查看。由于煤质不同, 燃烧过程中会影响到火苗的大小, 将捞渣机的运行速度调到一个合适的速度, 防止灰分过大或过小。在操作设备当中碎渣机和捞渣机的定期检查和维修很重要
四、机组间有机协调
使用原煤之前先进行有关的质量化验, 化验过程中出现的数据及时呈递给值班人员, 确保值班人员能够进行燃烧的调节工作。值班人员务必要将机组设备的运行状况及时告诉给进行除灰的人员, 报告的内容包括设备运行过程中的机组负荷, 煤的质量和设备的数量和运行状况。报告工作的进行为实际作业提供参考。
值班人员要做的工作还包括要配备好必备的原煤供应, 原料的配比要合适, 确保不会因煤种类的差异影响作业的进行。在操作过程中, 做好对原煤燃料的合适调配和协调工作。
值班人员要观察因煤种类的不同产生的煤燃烧效果的不同, 观察工作在操作过程中一直进行。此外还要关注磨煤机的磨煤情况, 煤的流量大小要控制在一个合适的范围之内。每过1小时要对锅炉底部出现的结焦状况进行相关的记录工作, 确保记录工作的进行能够及时和有效。记录的内容包括炉底内部渣量的多少, 焦煤的溶化处于何种外学状态, 针对这些记录数据, 对煤种进行调整。
化验员对燃煤的化验工作要按照正确的标准确保不低于两次的化验工作, 化验工作的进行能够有效的监督燃煤的状况, 化验过后得出的数据要及时传递到值班人员手中, 值班人员能够将得出的化验数据提供给集控人员。
此外燃煤过程中领导的检查工作很重要。领导人员要每两个小时对炉内的燃烧状况进行观察, 对发现存在的结焦要动员相关值班人员进行清理, 还要观察喷射器的运行状况, 判断是否处于良好的运作状态。
值班人员在观察锅炉负荷时, 如果负荷处于正常值要进行对水冷壁的吹灰工作, 一般来说这个工作集中在每天的中午进行, 吹灰的目的在于降低炉膛内的温度, 使热负荷处于一个正常的状态, 如果出现高负荷的情况要及时进行查看, 避免出现因温度过高带来水冷壁爆裂。
煤在燃烧过程中产生大量的热, 这时确保下层火的有效燃烧很重要, 调整好对风力的控制, 调大火候时开上层二级风, 减低火候的时候, 关下层二级风, 调节火候大小的目的是为了降低火焰的中间温度, 避免器具因过高的温度带来的破裂。适当调大磨煤机四周的风力, 保持长久的火焰, 避免火焰因贴着器壁出现结焦的现象。燃煤的过程会蒸发大量的水分, 因水分的挥发出现的磨煤机温度过高, 要经行相关的调节措施, 保证磨煤机的温度保持在60℃。如果出现负压过低的情况, 要对进风进行管控, 确保风力在12k Pa。过低的负压损坏喷燃器, 另外喷燃器周围会出现结焦。对出现的结焦要用捞渣机对结焦进行打捞, 碎渣机进行有关的碎渣作业, 避免打捞和碎渣的不及时带来大块结焦的堆积, 对捞渣机造成作业过程的破坏。
炉膛内的负压时高时低, 要做好有关的检查和监督工作, 确保炉膛内的负压保持在一个正常的压强范围之内, 避免后续工作中出现应大面积的结焦带来的操作事故。入口温度的控制能够确保烟道不出现结焦。要做好温度的控制工作。
五、防止火焰锅炉炉膛结焦和垮焦的技术措施
在进行锅炉安装和维修过后需要进行对锅炉风量标准进行相关的测试工作, 对相关的风速要调平, 燃烧试验确保燃煤的燃烧正常, 建立起一套合理的燃烧方案和相关的冷态空气动力场试验。
不同的煤搭配不同的锅炉, 这样做的目的是为了出现较少结焦, 如果选用了不同刑种的煤出现严重的结焦时, 可通过掺进适量的烧抗进行调节, 对容易出现结焦的煤种, 管理部门在煤种的选配工作中需要加强这方面的管理工作。
在燃煤过程中, 对风力的调控和监督工作很重要, 确保一次性风速的供应, 避免因充气过程中出现的气流不均带来的火焰中部缺氧。在运行调整中, 加强对一、二次风压、风速的监视和调整, 提高一次风速, 防止发生气流偏斜和燃烧中心区缺氧。每次的送风量为18.56kg/s;风力的控制大于26m/s, 辅助风也要保持在65%;风箱的压力差大小允许在2k Pa;磨煤机的出口温度保持在70℃。
锅炉燃烧器的摆角控制要在合理的范围之内, 避免摆角过大或过小影响锅炉上下部的受热和灰斗的结焦出现。
界风门的开合要调整在一个合适的状态, 调整的过程要根据炉膛内的负压状况和所燃烧的煤质状况。
如果是高负荷的燃料, 打开的风的度数为100%, 避免出现结焦。操作人员需要调整好燃烧的火焰, 确保受热面的均匀, 对炉膛口周围的温度控制要控制在一个合适的温度。确定火焰中心位置, 减少锅炉内外结渣的情况。
燃烧器在进行燃煤的燃烧过程中要维持在一个恒定的量, 供养的量保持在3%~3.5%这样一个比例范围内。这个范围的供氧浓度能够确保炉膛内的均匀燃烧。炉膛内的非燃烧性气体要进行及时的清理工作, 控制结焦的产生。
煤粉的精细程度和纯度影响着燃煤过程中的安全和经济。一般来说R90=24-30的这个范围比较合理。
磨煤机在作业过程中会让灰冷斗出现结焦的现象, 因此对磨煤机进行合理的负荷分配工作很重要, 高低层的磨煤机应合理协调好各自的搭配, 燃烧器下摆过程中出现角度倾斜, 要减少这种倾斜度, 减轻炉膛底部的热负荷。设备运行过程中要全面考虑结焦出现的情况, 处于中间位置的磨煤机要停止工作, 为了更好的控制燃烧器内的温度。在燃烧过程中, 炉膛中往往也会有结焦的出现, 这时要进行及时的清理工作并时常查看炉膛的运行状况。
吹灰器的吹灰过程在作业过程中要按照规定的时间进行, 避免在吹灰过程中出现不必要的结焦。对结渣严重的锅炉底部要进行及时的清理工作。为了清理工作的顺利进行, 必要的停炉措施也是可行的。
结语
锅炉结焦、垮焦问题又是一个十分复杂的问题, 所以要想保证锅炉结焦、垮焦最大程度降低, 还需要有关专家、专业技术人员共同努力, 来不断完善。
W型火焰锅炉炉膛结焦和垮焦对电厂的安全运转会带来安全隐患, 进行有效的结焦和垮焦的防范措施是必要的。作业的每个环节的有效开展能够避免结焦和垮焦的出现。当然在具体的每个环节中对结焦和垮焦的严格管控很重要。
我国的W型火焰锅炉炉膛结焦和垮焦的现象多有发生, 如何有效的预防结焦和垮焦的出现是W型火焰锅炉作业人员的主要任务, 只有采取相应的应对措施, 才能够有效的避免结焦和垮焦的出现。
参考文献
[1]王志珣.W型火焰锅炉水冷壁结焦问题的分析[J].锅炉制造, 2008 (05) :22-24.
[2]向汤杨.W型火焰锅炉炉膛正压和垮焦的分析及处理[J].电力安全技术, 2008 (07) :10-11.