華電西塞山等離子燃燒器0718

1、華電西塞山電廠600MW機(jī)組鍋爐等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃系統(tǒng)燃燒器改造初步設(shè)計(jì)方案 洛陽博耐特工程技術(shù)有限公司2008年7月目 錄1 引言32 設(shè)備概況32.1 工程項(xiàng)目概況32.2系統(tǒng)概況和相關(guān)設(shè)備42.3燃料特性及灰成分特性42.4 燃燒器的型式52.5、磨煤機(jī)性能數(shù)據(jù)63、制粉系統(tǒng)主要參數(shù)83.1、磨煤機(jī)最低負(fù)荷工況下的主要運(yùn)行參數(shù)（以下計(jì)算數(shù)據(jù)供參考）83.2、磨煤機(jī)BMCR工況下的主要運(yùn)行參數(shù)94等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案94.1 等離子點(diǎn)火燃燒器的布置方案94.2 冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)煤粉的來源124.3 熱風(fēng)的來源124.4 等離子燃燒器運(yùn)行與機(jī)組啟動(dòng)曲線相適應(yīng)135、等離子燃燒器的設(shè)計(jì)131 引言

2、大型電站煤粉鍋爐的點(diǎn)火和穩(wěn)燃傳統(tǒng)上大都采用燃油，近年來，隨著世界性的能源緊張，原油價(jià)格持續(xù)上漲，火力發(fā)電站燃油成本愈來愈高，為了減少火力電站對(duì)燃油的耗量，多年來,國內(nèi)外的許多公司、研究機(jī)構(gòu)都在此方面作了大量的試驗(yàn)、研究工作，也取得了一定的成績(jī)，如提高煤粉的細(xì)度，提高風(fēng)粉溫度和二次風(fēng)的預(yù)熱溫度，采用預(yù)燃室燃燒器，選用小油槍點(diǎn)火技術(shù)等等。等離子燃煤點(diǎn)火燃燒技術(shù)是最近5年來逐步興起的一項(xiàng)新技術(shù)，它以高溫空氣等離子流（溫度約3000K）在瞬間與煤粉微粒發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，將煤粉加熱至燃點(diǎn)以上，使進(jìn)入爐膛的煤粉直接變?yōu)?000以上的高溫火焰，實(shí)現(xiàn)鍋爐的冷態(tài)啟動(dòng)和低負(fù)荷穩(wěn)燃。這種與傳統(tǒng)意義上完全不同的新工藝，

3、既能保證燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性，又可以改善火電廠的生態(tài)條件?！懊悍坼仩t等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)”可以直接點(diǎn)燃煤粉代替燃油，且使用安全、經(jīng)濟(jì)、可靠。目前，等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)已成功應(yīng)用于100多臺(tái)各種機(jī)組鍋爐，機(jī)組容量等級(jí)從50MW到 600MW；燃用煤質(zhì)包括貧煤、劣質(zhì)煙煤、煙煤和褐煤；燃燒方式包括直流燃燒器切向燃燒和旋流燃燒器墻式燃燒；制粉系統(tǒng)類型包括采用中速磨、風(fēng)扇磨和雙進(jìn)雙出鋼球磨的直吹式制粉系統(tǒng)，以及采用單進(jìn)單出鋼球磨的中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)。在新建機(jī)組上采用等離子點(diǎn)火，既可節(jié)省大量燃油費(fèi)，降低基建投資，又可免去投產(chǎn)后改造的重復(fù)投資。因此，等離子點(diǎn)火已在新建機(jī)組上大范圍推廣應(yīng)用。我公司在引進(jìn)俄羅斯先進(jìn)的等

4、離子技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)火力電站燃用貧煤和無煙煤多的特點(diǎn)，經(jīng)過多年不懈努力而研發(fā)的2型等離子點(diǎn)火燃燒器，它以發(fā)生器功率大（最大功率為300KW）、能點(diǎn)燃劣質(zhì)貧煤和無煙煤、關(guān)鍵件壽命能達(dá)到200小時(shí)、熱效率高達(dá)93%三項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)而達(dá)到世界領(lǐng)先水平。2 設(shè)備概況2.1 工程項(xiàng)目概況西塞山電廠廠址位于湖北省黃石市西塞山區(qū)。本期擴(kuò)建工程建設(shè)規(guī)模為2600MW級(jí)超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，由中國華電集團(tuán)公司、美亞電力有限公司、黃石市投資公司三方分別按50、49、1的比例出資共同投資建設(shè)。黃石市位于湖北省東南部，長(zhǎng)江中游南岸，地處武漢、九江間，東北臨長(zhǎng)江，與浠水縣、蘄春縣、武穴市隔江相望，北接鄂州市，西靠武漢市

5、江夏區(qū)，西南與咸寧市、通山縣為鄰，東南與江西省武寧縣、瑞昌縣接壤。本工程為西塞山電廠的擴(kuò)建工程，在原有的2330MW機(jī)組的基礎(chǔ)上擴(kuò)建2680MW機(jī)組。電廠位于黃石市東部西塞山東南約2km。廠址南依黃荊山，北臨長(zhǎng)江，距長(zhǎng)江干堤約400m，西面同大冶鋼廠的170鋼管廠相鄰，黃石至諱源口公路西河路在廠址北面通過。廠址南側(cè)為石板路220kV變電所。本期工程在一期工程?hào)|面的規(guī)劃預(yù)留場(chǎng)地上進(jìn)行擴(kuò)建。2.2系統(tǒng)概況和相關(guān)設(shè)備本工程裝設(shè)2臺(tái)超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、鍋爐采用露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)型鍋爐。燃燒器型式及布置方式：采用墻式切圓燃燒方式，共設(shè)置6層燃燒器

6、。鍋爐運(yùn)行方式：主要承擔(dān)基本負(fù)荷并具有一定的調(diào)峰能力。鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷（不投油助燃時(shí)）為30%B-MCR。制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)爐配6臺(tái)HP1003Dyn中速磨煤機(jī)。燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)，5臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。每臺(tái)磨煤機(jī)帶一層燃燒器，共六層24只火嘴。2.3燃料特性及灰成分特性本工程設(shè)計(jì)煤種采用（75-65%）陜西黃陵煙煤與（25-35%）河南貧煤混合，校核煤種1為陜西黃陵煙煤，校核煤種2采用陜西黃陵煙煤與河南貧瘦煤混合。煤質(zhì)成份分析數(shù)據(jù)如下表1：項(xiàng) 目符號(hào)單位設(shè)計(jì)煤種校核煤種1校核煤種2煤種及產(chǎn)地混 煤煙煤混 煤收到基碳Car%55.8153.0650.34收到基氫

7、Har%3.102.883.03收到基氧Oar%7.378.796.48收到基氮Nar%0.910.810.66收到基硫Sar%0.570.710.56收到基水分Mar%8.127.2710.01收到基灰Aar%24.1226.4828.92空干基水分Mad%1.381.753.83干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf%28.6630.1024.44低位發(fā)熱量Qnet.arkJ/kg212232055019522kCal/kg506949084663可磨系數(shù)HGI/636568KVT1/1.2591.2891.333磨損指數(shù)Ke/3.113.774.13灰變形溫度DT132213161326灰軟化溫度ST

8、135413241376灰熔化溫度FT1392137214182.4 燃燒器的型式燃燒器型式為低NOx、PM切向擺動(dòng)式燃燒器，三菱重工（MHI）開發(fā)的低NOx PM（Pollution Minimum）燃燒器其原理是利用燃燒器入口彎頭的離心分離作用將煤粉氣流分成上下濃淡兩股(垂直濃淡)，分別進(jìn)入爐膛，濃相煤粉濃度高所需著火熱少，利于著火和穩(wěn)燃；淡相補(bǔ)充后期所需的空氣，利于煤粉的燃盡，同時(shí)濃淡燃燒均偏離化學(xué)當(dāng)量燃燒，有利于降低NOx的生成。每臺(tái)鍋爐配24只PM燃燒器。PM燃燒器局部示意圖見圖1(參照?qǐng)D紙)。 圖1 PM燃燒器局部示意圖2.5磨煤機(jī)性能數(shù)據(jù)磨煤機(jī)性能數(shù)據(jù)(取自招標(biāo)文件) 如下表2：

9、序號(hào)項(xiàng)目單位設(shè)計(jì)煤種校核煤種1校核煤種21磨煤機(jī)出力哈氏可磨性系數(shù)HGI/556568最大出力t/h74.9080.075.6計(jì)算出力t/h55.8448.150.7保證出力t/h67.4172.0068.04最小出力t/h18.7320.0018.902磨煤機(jī)通風(fēng)量最大通風(fēng)量t/h103103103計(jì)算通風(fēng)量t/h92.586.689.4保證出力下的通風(fēng)量t/h98.998.998.9最小通風(fēng)量t/h72.172.172.13磨煤機(jī)入口干燥介質(zhì)溫度2182002134磨煤機(jī)轉(zhuǎn)速r/min33.0133.0133.015磨煤機(jī)通風(fēng)阻力(包括分離器、煤粉分配箱)最大通風(fēng)阻力Pa500050005

10、000通風(fēng)阻力(保證出力)Pa460846084608計(jì)算通風(fēng)阻力Pa4032353137676磨煤機(jī)密封風(fēng)系統(tǒng)磨煤機(jī)的密封風(fēng)量Nm3/min959595磨煤機(jī)的密封風(fēng)與一次風(fēng)壓的差值Pa200020002000鍋爐(B-MCR)燃煤量： 279 t/h (設(shè)計(jì)煤種) 240.5t/h (校核煤種) 253.5 t/h (校核煤種) 3制粉系統(tǒng)主要參數(shù)3.1磨煤機(jī)最低負(fù)荷工況下的主要運(yùn)行參數(shù)（以下計(jì)算數(shù)據(jù)供參考）采用等離子點(diǎn)火技術(shù)時(shí)，為滿足鍋爐升溫升壓曲線的要求，磨煤機(jī)必須在低負(fù)荷工況下運(yùn)行，該工況也就是等離子點(diǎn)火初期的工況。主要運(yùn)行參數(shù)見下表3。 表3 等離子點(diǎn)火工況主要參數(shù)序號(hào)項(xiàng)目單位公

11、式結(jié)果1磨煤機(jī)最小出力t/h取自磨煤機(jī)技術(shù)協(xié)議18.732磨煤機(jī)最小空氣流量kg/s取自磨煤機(jī)技術(shù)協(xié)議(72.1t/h)20.0283磨煤機(jī)密封風(fēng)量m3/min取自磨煤機(jī)技術(shù)協(xié)議954磨煤機(jī)密封風(fēng)量kg/s1.987鍋爐BMCR工況下耗煤量t/h取自磨煤機(jī)技術(shù)協(xié)議2798一次風(fēng)溫本工況取75759一次風(fēng)管直徑m61010mm10一次風(fēng)管通流面積m20.592/40.2733一次風(fēng)密度kg/m31.285273/(273+75)101510/1013251.0111等離子點(diǎn)火初始一次風(fēng)量kg/s20.028+1.9822.00812等離子點(diǎn)火初始一次風(fēng)管風(fēng)速m/s22.008/1.01/4/0.

12、2733（4為一臺(tái)磨對(duì)應(yīng)一層4只燃燒器）20.01913等離子點(diǎn)火初始煤粉(原煤)濃度kg/kg18.73/22.008/3.60.23614等離子點(diǎn)火初期煤粉燃燒效率%8515等離子點(diǎn)火初期投入煤粉占BMCR耗煤量的百分?jǐn)?shù)%18.730.85/2791005.69等離子點(diǎn)火初期磨煤機(jī)用最小出力工況，投入煤粉量占BMCR工況耗煤量的5.69%，該煤粉量能滿足鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)允許投入熱量要求。等離子點(diǎn)火初期時(shí)一次風(fēng)管道風(fēng)速為20.019m/s18m/s，也能保證管道中不積粉。滿足等離子點(diǎn)火工況一次風(fēng)速要求。3.2磨煤機(jī)BMCR工況下的主要運(yùn)行參數(shù)鍋爐MCR工況的主要運(yùn)行參數(shù)見下表4。 表4 BMCR

13、工況運(yùn)行時(shí)的主要參數(shù) 序號(hào)項(xiàng)目單位公 式結(jié)果1磨煤機(jī)計(jì)算出力（BMCR）t/h取自磨煤機(jī)技術(shù)協(xié)議55.842磨煤機(jī)計(jì)算通風(fēng)量（BMCR）kg/s取自磨煤機(jī)技術(shù)協(xié)議92.5t/h25.6943磨煤機(jī)密封風(fēng)量m3/min取自磨煤機(jī)技術(shù)協(xié)議954磨煤機(jī)密封風(fēng)量kg/s1.987鍋爐BMCR工況下耗煤量t/h取自磨煤機(jī)技術(shù)協(xié)議2798一次風(fēng)溫本工況取75759一次風(fēng)管直徑m61010mm10一次風(fēng)管通流面積m20.5902/40.2733一次風(fēng)密度kg/m31.285273/(273+75)101510/1013251.0111一次風(fēng)量kg/s25.694+1.9827.67412一次風(fēng)管風(fēng)速m/s2

14、7.674/1.01/4/0.273325.06413煤粉(原煤)濃度kg/kg55.84/27.674/3.60.560可見：鍋爐MCR工況運(yùn)行時(shí)的燃燒器運(yùn)行工況為：一次風(fēng)管道風(fēng)速為25.064 m/s，煤粉(原煤)濃度0.56 kg/kg。4等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案等離子點(diǎn)火系統(tǒng)僅為整個(gè)機(jī)組的一部分，它的使用必須滿足機(jī)組的整體需要，同時(shí)又受到機(jī)組原設(shè)計(jì)的限制。對(duì)于華電黃石電廠燃用煙煤或混煤的600MW級(jí)超超臨界燃煤機(jī)組、采用直吹式制粉系統(tǒng)的大容量機(jī)組，應(yīng)用等離子點(diǎn)火技術(shù)要解決的主要問題有：點(diǎn)火用燃燒器的設(shè)計(jì)、煤粉的來源、熱風(fēng)的來源、等離子點(diǎn)火裝置投入時(shí)是否滿足鍋爐升溫曲線等。4.1 等離子

15、點(diǎn)火燃燒器的布置方案等離子發(fā)生器需要安裝在煤粉燃燒器中才能構(gòu)成等離子點(diǎn)火器以點(diǎn)燃煤粉，這就使得在系統(tǒng)設(shè)計(jì)最初，必須首先確定用于安裝等離子發(fā)生器的煤粉燃燒器的布置。等離子燃燒器的布置方式主要有以下三種可能：將PM燃燒器濃相燃燒器改為等離子燃燒器的方式；將最底層油燃燒器改為等離子燃燒器的方式； 取消PM燃燒器分離器，改現(xiàn)有主燃燒器為兼有等離子點(diǎn)火功能燃燒器的方式；4.1.1、將PM燃燒器濃相燃燒器改為等離子燃燒器的方式將PM燃燒器濃相燃燒器改為等離子燃燒器，在PM燃燒器淡相側(cè)一次粉管上加裝隔離門，在點(diǎn)火時(shí)關(guān)閉，正常運(yùn)行時(shí)打開，保留原PM燃燒器的性能不變。濃相燃燒器現(xiàn)有風(fēng)箱截面尺寸為： 738 mm

16、592mm。淡相燃燒器現(xiàn)有風(fēng)箱截面尺寸為： 738 mm460mm。如果將PM燃燒器濃相燃燒器改為等離子燃燒器，其設(shè)計(jì)的通流面積（或出力）不能低于PM燃燒器原有通流面積的75%，才能滿足點(diǎn)火期間燃燒器出力和點(diǎn)火區(qū)一次風(fēng)速要求。雖然沒有PM燃燒器濃淡相一次粉管的準(zhǔn)確尺寸，根據(jù)濃淡相燃燒器現(xiàn)有風(fēng)箱截面尺寸和一次風(fēng)管尺寸為61010推算，PM燃燒器濃相側(cè)一次粉管的通徑約為450 mm。其設(shè)計(jì)達(dá)到原PM燃燒器出力的74.09%（450450/（590590）=74.09%）。一次風(fēng)速為20.019/74.09%=27.019 m/s(磨煤機(jī)最低運(yùn)行工況下，一次風(fēng)管道風(fēng)速為20.019m/s)。根據(jù)等離

17、子燃燒器的設(shè)計(jì)要求，將點(diǎn)火區(qū)一次風(fēng)速控制在18m/s左右為宜如果將PM燃燒器濃相燃燒器改為等離子燃燒器，燃燒器出力和點(diǎn)火區(qū)一次風(fēng)速要求均難以滿足要求。4.1.2、將最底層油燃燒器改為等離子燃燒器油燃燒器現(xiàn)有風(fēng)箱截面尺寸為： 738 mm458mm。由于一次風(fēng)管尺寸為61010，磨煤機(jī)最低運(yùn)行工況下風(fēng)速為20.019m/s。根據(jù)等離子燃燒器的設(shè)計(jì)要求，將點(diǎn)火區(qū)一次風(fēng)速控制在18m/s左右為宜，如果將等離子燃燒器噴口設(shè)計(jì)為0.440 mm0.440mm。則等離子燃燒器點(diǎn)火區(qū)的風(fēng)速為：20.0190.2733/0.1936 = 28.260 m/s，點(diǎn)火區(qū)的風(fēng)速過大。如果將等離子燃燒器噴口設(shè)計(jì)為0.

18、690 mm0.440mm，等離子燃燒器噴口高寬比太小，內(nèi)部的煤粉分布很不均勻，水平兩側(cè)的煤粉量較大。由S1180.590.5920.019得： S1 303955 mm2。取噴口高度為540mm，則寬度為560mm。因此，采用將最底層油燃燒器改為等離子燃燒器得等離子燃燒器設(shè)計(jì)方案時(shí)，需增加現(xiàn)有油燃燒器噴口高度82mm。同時(shí)，為了確保其他燃燒器的擺動(dòng)靈活，應(yīng)將等離子燃燒器朝水冷壁方向縮回一段。4.1.3、取消PM燃燒器分離器，改現(xiàn)有主燃燒器為兼有等離子點(diǎn)火功能燃燒器借鑒國內(nèi)同類型600MW級(jí)超超臨界機(jī)組PM燃燒器改造為等離子點(diǎn)火燃燒器的經(jīng)驗(yàn)，可以取消PM燃燒器分離器，將PM燃燒器濃淡相燃燒器合

19、二為一，改造為一只直流燃燒器，兼有等離子點(diǎn)火功能燃燒器；本工程設(shè)計(jì)煤種、校核煤種1、校核煤種2的收到基氧含量均大于6%，煤質(zhì)較好，可以不需要利用PM燃燒器強(qiáng)化燃燒的作用；將PM燃燒器改造為等離子點(diǎn)火燃燒器后，PM燃燒器原來的濃淡效果用等離子燃燒器的中心濃四周淡替代。因一次風(fēng)管尺寸為610mm10mm，可以將黃石電廠的單個(gè)PM燃燒器改為單個(gè)等離子燃燒器，燃燒器通流截面尺寸為550mm550mm，噴口外尺寸為600mm600mm即可。在上述結(jié)構(gòu)尺寸下，在鍋爐點(diǎn)火初期，一次風(fēng)管道風(fēng)速為20.019m/s時(shí)，等離子燃燒器點(diǎn)火區(qū)風(fēng)速為VcVc = 20.0190.2733/(0.550.55) = 18

20、.086m/s在鍋爐MCR運(yùn)行期間，一次風(fēng)管道風(fēng)速為25.064m/s時(shí)，等離子燃燒器點(diǎn)火區(qū)風(fēng)速為Vy：Vy = 25.0640.2733/(0.550.55) = 22.645 m/s。上述一次風(fēng)管道風(fēng)速參數(shù)非常適合等離子點(diǎn)火需要的工況。因此，推薦改造A層主燃燒器為等離子燃燒器的方案。由于整組燃燒器是擺動(dòng)的，因此，需要將與該層燃燒器相連的擺動(dòng)結(jié)構(gòu)解列。綜合比較上述等離子燃燒器改造方式，第一種方式燃燒器出力和點(diǎn)火區(qū)一次風(fēng)速要求均難以滿足要求。第二種和第三種方式，改現(xiàn)有主燃燒器為兼有等離子點(diǎn)火功能燃燒器的方案系統(tǒng)簡(jiǎn)單，不需要改變油燃燒器噴口的高度。推薦采用此方案，取消PM燃燒器分離器，改現(xiàn)有主燃

21、燒器為兼有等離子點(diǎn)火功能燃燒器4.2 冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)煤粉的來源為等離子燃燒器提供滿足細(xì)度、濃度和溫度要求的煤粉是鍋爐實(shí)現(xiàn)冷態(tài)等離子點(diǎn)火啟動(dòng)的必要條件。對(duì)于中速磨制粉系統(tǒng)必須解決鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)煤粉來源，本方案采用由A磨煤機(jī)自行制粉的方案。4.3 熱風(fēng)的來源采用原設(shè)計(jì)的磨煤機(jī)為等離子燃燒器供粉的一個(gè)主要問題是，冷態(tài)啟動(dòng)磨煤機(jī)制粉過程中的熱風(fēng)來源。可以采用增加輔助加熱系統(tǒng)的方法來提供冷態(tài)啟磨時(shí)需要的熱風(fēng)。輔助加熱設(shè)備可以采用蒸汽加熱器、電加熱器、燃?xì)饧訜崞骰蛉加图訜崞鞯取Ｒ螯S石電廠燃用煙煤，啟動(dòng)磨煤機(jī)的熱風(fēng)溫度不高，當(dāng)燃用校核煤種和設(shè)計(jì)煤種時(shí)，磨煤機(jī)入口熱風(fēng)溫度為150160即可滿足磨煤機(jī)啟動(dòng)條件，因此，采用蒸汽加熱器的方式即可。采用蒸汽加熱器的系統(tǒng)圖見圖1、圖2。 圖1 蒸汽加熱（汽側(cè)）系統(tǒng)示意圖 圖2 蒸汽加熱（風(fēng)側(cè)）系統(tǒng)示意圖4.4 等離子燃燒器運(yùn)行與機(jī)組啟動(dòng)曲線相適應(yīng)根據(jù)超超臨界鍋爐的運(yùn)行規(guī)定，鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)初期要求如下：初始燃燒率不得超過鍋爐燃燒率的8；鍋爐啟動(dòng)中爐水的溫升率為1.5/min，對(duì)應(yīng)啟動(dòng)初期的壓力升高率為0.035MPa/min。所以要使等離子燃燒器投入滿足機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)的要求，