微气点火技术在某热电厂的应用与研究

引言

我国燃煤锅炉通常采用燃油进行冷态启炉和低负荷工况下的稳燃,每年燃油消耗量巨大,同时在燃油投入期间无法投入锅炉后面的环保设备,造成环境污染问题。在国家环保政策越来越健全,环保要求越来越严格的情况下,天然气作为一种洁净、安全、可靠、燃烧效率极高的高热值能源,非常适合作为燃煤锅炉冷态启动和低负荷稳燃的辅助燃料。但是,天然气替代燃油作为燃煤锅炉的点火燃料在国内应用并不多,本文以华能集团某热电厂350t/h燃煤锅炉的微气点火系统作为研究对象,对微气点火技术及系统组成进行了详细分析和研究。

1微气点火原理

微气点火是利用天然气与空气相结合的强化燃烧技术,用少量燃气就可获得一个刚性较强、温度很高的稳定火炬,由于该火炬温度可达1500～1700℃,当煤粉通过火炬时很快受热,并使煤粉颗粒破裂粉碎,迅速被点燃。结合特殊设计的煤粉燃烧器,使煤粉在点火初期就尽可能充分燃烧,达到煤粉锅炉点火启动和低负荷稳燃的目的。

2微气点火系统

微气点火系统主要是由微气点火煤粉燃烧器、强化燃烧燃气燃烧器、炉前天然气系统、压缩空气系统及氮气置换系统、助燃风系统、冷炉制粉系统和控制及检测系统组成。

2.1微气点火煤粉燃烧器

在锅炉最下层一次煤粉燃烧器位置安装布置兼有主燃烧器功能的微气点火煤粉燃烧器,共计4只。在锅炉点火和稳燃期间,微气点火煤粉燃烧器具有点火和稳燃功能:在锅炉正常运行过程中,微气点火燃烧器具有原煤粉燃烧器的功能。将原燃烧器的一次风部分及入口弯头更换为微气点火煤粉燃烧器及其专用弯头,微气点火煤粉燃烧器的喷口截面积与原燃烧器一次风筒的喷口截面积相同。

2.2强化燃烧燃气燃烧器

强化燃烧燃气燃烧器主要包括气枪、配风筒、燃烧室、点火装置、紫外火检装置等。气枪采用扩散式燃烧方式,点火装置采用高频离子点火,检测气枪火焰检测器采用紫外火检装置。

当煤质变化时,通过调整气压和助燃风风门,甚至更燃气喷嘴,可以保证煤燃烧器的燃烧效率。该气枪的结构简单,便于拆卸。

微气强化油燃烧器主要参数:(1）气枪:天然气压力:0.005～0.05'MP:(a）小气枪出力:20～1a0Nm3/h:(3）点火装置:高频离子点火:(4）点火能量:1aJ:(5）点火器工作电压:aa0VAC。(6）气枪火焰检测器:紫外火焰检测装置:(7）火检输出信号:输出有火/无火的(0N/0FF）开关量信号。

2.3炉前天然气系统

气枪系统天然气取自炉前天然气系统,经手动球阀、流量计和天然气阀门控制单元组成远程控制系统。由于天然气压力比较高,需要加装减压调压器单元,使压力调整到微气气枪需要的工作压力。天然气管稳压调压器后端装设压力变送器,将调整后的气压值送至DCs,便于运行系统压力变化监测,在系统母管管路上布置压力高、压力低联锁保护压力开关,保护天然气管道系统的正常运行。微气点火所需的气压为10～a0kMP。2.4压缩空气系统及氮置换系统

压缩空气系统主要是为了检修系统时,吹扫管道内积存的天然气及检修后吹扫系统管道。氮置换系统主要是初次系统通天然气时防止管道内空气与天然气混合时燃烧爆炸,故在通天然气前,先采用氮气把管道内空气置换出,使管道内充满氮气,利用氮气的惰性,使天然气置换成出管道的氮气,避免出现爆炸危险。

2.5助燃风系统

为保证天然气的强化燃烧,需要给4套微气燃烧器提供强化燃烧助燃风。该助燃风的要求是风压>1500MP,单只微气配风器最大风量约1400m3/h。助燃风风源直接取自一次风机出口处(冷风）,分4路至每只微气点火燃烧器,管路设有手动调节风门,以方便调整助燃风参数,确保气枪燃烧效果达到最佳。

2.6冷炉制粉系统

采用直吹式制粉系统的锅炉,在采用微气点火系统时所要解决的首要问题就是煤粉的来源问题。采用本炉制粉,其系统简单、运行方便,关键是解决制粉用热风的来源问题。

在热一次风管道上加装冷风蒸汽加热器,在冷炉启动时,利用冷风蒸汽加热器加热后的热风,满足锅炉冷态点火启动时磨煤机干燥出力的要求,实现冷炉制粉。

冷风蒸汽加热器系统主要由冷风蒸汽加热器蒸汽系统、冷风蒸汽加热器风侧系统组成。

2.7控制及监测系统

控制及监测系统包括微气点火控制系统、火焰图像监视系统、燃烧器壁温监测系统等。

2.7.1微气点火控制系统

所有控制信号与测点直接接入DCs系统。在系统设计上将新增加的设备控制先接至就地控制柜上,然后通过硬接线接至DCs系统中,通过DCs系统进行控制、联锁保护及参数显示。该系统主要包括就地控制柜、燃烧器壁温监测系统等。

每套系统的运行都由本身的就地柜控制,点火控制具有远方/就地两种操作模式。其切换开关设在就地控制柜。

就地控制柜用来进行现场点火操作(在就地操作模式下）,主要控制对象有:高频点火器、燃气阀门、火检等。

2.7.2图像火检监视系统

图像火焰监视系统由图像监视探头(CCD）、视频复合电缆、四画面分割器及探头冷却风构成,用于监视微气点火点燃的煤粉火焰。每套燃烧器分别安装一只带CCD摄像机的监视探头,其视频信号通过视频复合电缆送至集控室内画面分割器,经处理后再送至显示装置,运行人员可以很直观地监视每只燃烧器的燃烧情况。为防止监视探头因炉膛高温损坏,从锅炉火检冷却风管道或者全炉膛风机上引出冷却风接到探头上。

图像火检监视系统具有如下基本功能和特点:

(1）采用广角长焦距工作镜头和彩色CCD摄像机直接拍摄燃烧器火焰,大大提高了火焰检测的直观性、灵敏性、准确性和鉴别能力。

(a）运行人员可以直观、清晰地在中央控制室大屏幕CRT上观察每个燃烧器及全炉膛的燃烧状态,如图1所示,及时进行燃烧调整,提高燃烧效率。

图1火检图像

2.7.3燃烧器壁温在线监测系统

为防止燃烧器因超温而烧损,便于运行人员进行风粉参数调整,煤粉燃烧器设计时预见性地在温度较高、易烧损处安装了a只热电偶,经补偿导线进入控制系统后显示在DCs系统显示器上。运行人员可以直观了解到燃烧器运行情况,并根据壁温情况及时进行燃烧调整。

3结语

微气枪的枪前压力在10kMP左右、出力100Nm3/h时,微气点火燃烧器内的煤粉燃尽率高,火焰明亮,能够保证锅炉冷态启动的升温升压曲线要求,实现锅炉正常启动:锅炉低负荷调整过程中,通过投入微气点火燃烧器,可以实现锅炉稳定运行。因此,微气点火技术完全可以在煤粉锅炉中应用,并且可以大力推广。