火電站的鍋爐節(jié)油技術(shù)分析論文
在燃煤機(jī)組運(yùn)行中，助燃油一般用于鍋爐點(diǎn)火及運(yùn)行穩(wěn)燃。有關(guān)資料顯示：2000年國(guó)內(nèi)30萬kW及60萬kW機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)機(jī)組平均用油量分別為908.24t/臺(tái)和451.62t/臺(tái)，其年平均穩(wěn)燃用油量分別為546.8t/臺(tái)及359.8t/臺(tái)。隨著國(guó)際能源需求的迅猛增長(zhǎng)，原油價(jià)格迅速上揚(yáng)，挖掘燃煤機(jī)組節(jié)油潛力、節(jié)能降耗不僅有利于世界不可再生資源的綜合有效利用，更是降低企業(yè)生產(chǎn)成本，增強(qiáng)自身市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段之一。
1國(guó)內(nèi)某大型燃煤機(jī)組設(shè)備概述及其燃油消耗情況
機(jī)組額定負(fù)荷660MW，鍋爐為德國(guó)產(chǎn)亞臨界參數(shù)自然循環(huán)汽包爐，單爐膛，r型布置，一次中間再熱，平衡通風(fēng)，固態(tài)連續(xù)排渣。鍋爐采用0號(hào)柴油點(diǎn)火助燃，配有24支蒸汽霧化油槍，單支油槍耗油量1.8~3.6t/h。鍋爐燃燒系統(tǒng)按雙進(jìn)出磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在爐膛前墻、后墻上分別分三層布置有24只旋流式DS燃燒器，單支燃燒器的額定容量為83.7MW。煤粉和空氣從前后墻送入，在爐膛中呈對(duì)沖燃燒（前后墻各3排垂直錯(cuò)列布置）。前、后墻燃燒器上布置有兩層燃盡風(fēng)噴嘴。
機(jī)組于2002年10月投產(chǎn)發(fā)電。投產(chǎn)初期，由于鍋爐存在嚴(yán)重的爐膛結(jié)焦，運(yùn)行不穩(wěn)定，啟停次數(shù)多。機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)一次需耗油260~300t，磨煤機(jī)啟動(dòng)停助燃每月需60~100t。僅2002年10~12月，機(jī)組共消耗0號(hào)柴油960t，按當(dāng)時(shí)油價(jià)3000元/t計(jì)算，燃油成本288萬元，在一定程度上影響了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。為此，電站技術(shù)人員深入研究主、輔機(jī)設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)，深挖節(jié)油潛力，在降低助燃油方面采取了一系列技術(shù)措施。
2節(jié)油技術(shù)措施
2．1機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)節(jié)油
大型機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過程是一個(gè)復(fù)雜的不穩(wěn)定的傳熱、流動(dòng)過程。由于冷態(tài)啟動(dòng)前鍋爐、汽輪機(jī)各部件壓力、溫度接近環(huán)境壓力、溫度，鍋爐升溫升壓、汽輪機(jī)暖缸、暖機(jī)需要一定的時(shí)間，檢修后的機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)過程中，發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)需要做多項(xiàng)試驗(yàn)，鍋爐只能維持在低參數(shù)狀態(tài)下運(yùn)行，需要消耗大量燃油。因此，研究設(shè)備特點(diǎn)，合理安排機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)步驟，盡量縮短啟動(dòng)時(shí)間，可以節(jié)約大量燃油。
（1）采用滑參數(shù)啟動(dòng)，機(jī)組充分利用低壓、低溫蒸汽均勻加熱汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸，減少了熱應(yīng)力和啟動(dòng)損失，鍋爐過、再熱器的冷卻條件亦得到改善。由于鍋爐、汽輪發(fā)電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)，縮短了整機(jī)啟動(dòng)時(shí)間，減少了燃油消耗。
（2）汽包上水時(shí)，在汽包壁溫差允許的情況下（該機(jī)組汽包壁溫差要求任意兩點(diǎn)不大于36℃），盡量提高除氧器給水溫度，保證省煤器出口給水溫度高于汽包壁溫20~30℃，縮短汽包起壓時(shí)間，利于機(jī)組節(jié)油。
（3）試運(yùn)中，一度存在鍋爐油槍冷態(tài)點(diǎn)火著火困難的問題，經(jīng)常出現(xiàn)油槍點(diǎn)燃后燃燒不穩(wěn)而滅火，不得不頻繁點(diǎn)火，燃油消耗增加。經(jīng)不斷摸索，根據(jù)油槍投入時(shí)火焰形狀及油煙顏色，找到了霧化蒸汽壓力、二次風(fēng)量、燃油壓力、燃油溫度的最佳匹配關(guān)系，控制燃油壓力0.7~0.8MPa，霧化汽壓力0.8Mpa左右，冬季提高燃油伴熱溫度，修改步序使中心風(fēng)檔板開啟平緩，經(jīng)這些調(diào)整使冷態(tài)油槍點(diǎn)火能夠順暢、穩(wěn)定，同時(shí)減少了燃油不完全燃燒損失。
（4）該機(jī)組汽輪機(jī)中壓轉(zhuǎn)子預(yù)暖通過軸封漏氣進(jìn)行，中壓轉(zhuǎn)子中心溫度達(dá)到54.4℃為合格，預(yù)暖需時(shí)4h左右。為了縮短中壓轉(zhuǎn)子預(yù)暖時(shí)間，技術(shù)人員將預(yù)暖時(shí)軸封蒸汽壓力由0.03Mpa提高到0.04MPa，適當(dāng)開啟軸封疏水門以提高軸封蒸汽溫度，適當(dāng)提高凝汽器壓力至15kpa以減少外界冷空氣吸入，使中壓轉(zhuǎn)子預(yù)暖時(shí)間縮短到2h左右。
經(jīng)實(shí)施以上措施，縮短了機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)的時(shí)間，冷態(tài)啟動(dòng)一次耗油量由原來的260t以上減少到130~150t。
2．2機(jī)組溫、熱態(tài)啟動(dòng)節(jié)油
機(jī)組溫、熱態(tài)啟動(dòng)節(jié)油措施主要是提前投入煤粉燃燒。在冷態(tài)啟動(dòng)中，由于鍋爐維持低負(fù)荷時(shí)間較長(zhǎng)，相應(yīng)爐內(nèi)燃燒強(qiáng)度及爐膛火焰溫度均較低，投粉過早、粉量過多很容易造成爐膛燃燒不充分，使火焰中心上移，鍋爐升壓快，主汽溫度、再熱汽溫難于控制；同時(shí)未燃盡煤粉積聚在空氣預(yù)熱器波紋板上，在一定條件下會(huì)產(chǎn)生二次燃燒，燒損空預(yù)器。因此，冷態(tài)啟動(dòng)投粉一般選擇在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后、鍋爐所產(chǎn)蒸汽已可經(jīng)汽輪機(jī)泄放后進(jìn)行，以利于汽壓、汽溫的控制。在機(jī)組溫、熱態(tài)啟動(dòng)中，根據(jù)汽溫、汽壓及汽輪機(jī)脹差情況，電站技術(shù)人員將啟磨投粉時(shí)間提前到機(jī)組沖轉(zhuǎn)前，投粉后即進(jìn)行汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)操作，既加快了機(jī)組代負(fù)荷速度，同時(shí)也節(jié)省了燃油。
2．3磨煤機(jī)節(jié)油
2．3．1磨煤機(jī)啟動(dòng)節(jié)油
該機(jī)組配置的雙進(jìn)雙出一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)是現(xiàn)代大型火電廠廣泛采用的制粉系統(tǒng)，它適應(yīng)了大型機(jī)組鍋爐容量大、燃煤量大的需要，充分體現(xiàn)了雙進(jìn)雙出球磨機(jī)出力大，磨內(nèi)存粉量多、出力易于調(diào)節(jié)、系統(tǒng)簡(jiǎn)單靈活等一系列特點(diǎn)。但這種制粉系統(tǒng)也普遍存在磨煤機(jī)啟動(dòng)助燃油消耗大這一缺點(diǎn)。按照該機(jī)組磨煤機(jī)啟動(dòng)邏輯要求，為了保證燃燒的穩(wěn)定、充分，啟動(dòng)磨煤機(jī)必須滿足一定的火焰聯(lián)鎖條件。即使在鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行中，如需要啟動(dòng)磨謀機(jī)，仍需投入該磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)的'燃燒器層或相鄰層的部分或全部油槍，由油槍點(diǎn)燃煤粉燃燒器并為其助燃，直至煤粉燃燒器出力正常、燃燒穩(wěn)定，才允許油槍退出運(yùn)行。
在鍋爐啟動(dòng)過程中，由于燃料量小、爐溫低、燃燒不穩(wěn)定，油槍對(duì)煤粉著火的支持是必須的，但鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行中，鍋爐底層爐溫已達(dá)1000℃以上，且鍋爐配置了易于點(diǎn)火穩(wěn)燃的低氮型DS旋流燃燒器，磨煤機(jī)啟動(dòng)時(shí)煤粉不需要油槍來點(diǎn)燃。經(jīng)研究試驗(yàn)，在鍋爐正常運(yùn)行中，沒有油槍助燃的情況下，磨煤機(jī)啟動(dòng)順利，煤燃燒器著火迅速，火焰穩(wěn)定。在充分考慮安全的基礎(chǔ)上，技術(shù)人員將磨煤機(jī)啟動(dòng)必須投油助燃的邏輯做了修改：當(dāng)機(jī)組負(fù)荷高于360MW時(shí)，磨煤機(jī)允許不投油啟動(dòng)。
此項(xiàng)措施，使該機(jī)組在日常調(diào)峰運(yùn)行中，啟磨不再消耗燃油，按原來日常啟磨每次燒油2~5t計(jì)算，每年至少可節(jié)約助燃油600t。
2．3．2改進(jìn)原熱控保護(hù)邏輯，消除磨煤機(jī)不必要跳閘
直吹式制粉系統(tǒng)中，磨煤機(jī)跳閘對(duì)鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)行威脅很大。一旦發(fā)生磨煤機(jī)運(yùn)行中跳閘，鍋爐燃燒迅速惡化，不得不投油穩(wěn)燃。該機(jī)組投產(chǎn)初期，由于磨煤機(jī)油站邏輯設(shè)計(jì)不盡合理，原設(shè)計(jì)磨煤機(jī)頂瓦油壓低無延時(shí)跳，頂瓦油泵出口濾網(wǎng)堵塞無法實(shí)現(xiàn)在線清理，磨煤機(jī)頻繁跳閘增大了燃油消耗。經(jīng)過多次攻關(guān)試驗(yàn)和分析論證，技術(shù)人員將磨煤機(jī)頂瓦油系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)改造，將熱控保護(hù)邏輯中增加了50min延時(shí)，實(shí)現(xiàn)了頂瓦油泵出口濾網(wǎng)堵塞在線清理，減少了磨煤機(jī)因油系統(tǒng)故障跳閘次數(shù)，降低了助燃油消耗，保證了鍋爐燃燒穩(wěn)定。
2．4加強(qiáng)設(shè)備治理，降低鍋爐不投油穩(wěn)燃負(fù)荷
由于該電站鍋爐水冷壁設(shè)計(jì)了大面積和衛(wèi)燃帶，在機(jī)組投產(chǎn)后，一度存在嚴(yán)重的鍋爐結(jié)焦，并且火焰監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可靠性差，爐膛落焦經(jīng)常造成鍋爐燃燒惡化、火檢閃動(dòng)而滅火，初期僅能實(shí)現(xiàn)450MW負(fù)荷不投油穩(wěn)燃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于不投油穩(wěn)燃負(fù)荷50%BMCR的設(shè)計(jì)值。
為此，該電站采取了一系列減輕鍋爐結(jié)焦，保證鍋爐燃燒穩(wěn)定性的措施：
①去除一部分衛(wèi)燃帶，保留的穩(wěn)衛(wèi)燃帶用隔離帶分割成小塊，避免大焦塊的形成。
②改造燃料配煤系統(tǒng)，結(jié)合鍋爐結(jié)焦情況和運(yùn)行參數(shù)選擇該鍋爐適用的煤種。
③安裝遠(yuǎn)射程大力吹灰器，及時(shí)清除爐膛積渣。
④進(jìn)行噴燃器葉片調(diào)整、燃燒配風(fēng)等優(yōu)化燃燒調(diào)整。
⑤更換更加可靠靈敏的火檢裝置。
通過這些措施，該機(jī)組爐膛結(jié)焦得到有效控制，鍋爐燃燒穩(wěn)定性極大增強(qiáng)，最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷降低到400MW，使機(jī)組啟動(dòng)過程中全部停油的時(shí)間得以提前，同時(shí)也減少了運(yùn)行中降負(fù)荷投油的幾率。
3尚待挖掘的節(jié)油潛力分析
3．1冷態(tài)啟動(dòng)中投粉時(shí)間的提前
目前，很多大型燃煤機(jī)組都在探索機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)中汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前投粉以節(jié)省燃油的方法，其中的難點(diǎn)主要是：①煤種與爐膛溫度是否允許，煤粉的揮發(fā)份直接關(guān)系到煤粉的著火溫度，采取措施提高啟動(dòng)初期的爐膛的溫度和一、二次風(fēng)溫，確保煤粉著火和穩(wěn)燃是實(shí)現(xiàn)早投粉的關(guān)鍵。在布置多臺(tái)機(jī)組的電站中，可以引出臨爐高溫?zé)煔鈦砑訜崽岣邌?dòng)鍋爐的爐膛及一、二次溫度。②投粉后汽溫汽壓增長(zhǎng)較快，如何有效控制汽輪機(jī)脹差的問題。可以嘗試增加汽缸夾層法蘭螺栓加熱系統(tǒng)，使缸脹加快，以適應(yīng)提前投粉后轉(zhuǎn)子的較快的膨脹。③為了避免鍋爐受熱面超溫?fù)p壞及煤粉積聚在空預(yù)器處，應(yīng)減少磨煤機(jī)啟動(dòng)后最低煤量值，采用投入部分噴燃器的方式，改善配風(fēng)以優(yōu)化煤粉燃燒狀況，減少不完全燃燒帶來的火焰上移。
3．2進(jìn)一步提高鍋爐燃燒穩(wěn)定性，降低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷至設(shè)計(jì)值
目前由于鍋爐依然存在一定程度的結(jié)焦，該電站仍未實(shí)現(xiàn)最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷50%BMCR的設(shè)計(jì)值，隨著設(shè)備治理的加強(qiáng)，鍋爐結(jié)焦進(jìn)一步減輕，鍋爐燃燒愈加穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)最低斷油穩(wěn)燃負(fù)荷330MW的目標(biāo)后，將進(jìn)一步降低穩(wěn)燃油耗。
3．3改造油槍，降低油槍耗油量
隨著油槍技術(shù)的飛速發(fā)展，耗油量小，易于點(diǎn)火穩(wěn)燃的小油槍成為市場(chǎng)的主流，今后在設(shè)備改造中，將逐步選用節(jié)油、經(jīng)濟(jì)的油槍，以節(jié)約燃油。
4小結(jié)
通過多年的努力，該大型機(jī)組在節(jié)油工作上取得了不小的成績(jī)，單機(jī)耗油量由2002年的月均320t左右降低到2004年的月均49t，節(jié)油效果顯著。今后的節(jié)油工作將從管理、運(yùn)行操作、技術(shù)革新等多方面入手繼續(xù)開展下去，進(jìn)一步增強(qiáng)全體員工的節(jié)油意識(shí)，實(shí)現(xiàn)大型燃煤機(jī)組節(jié)能降耗的新突破。
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