引言

我國(guó)燃煤鍋爐通常采用燃油進(jìn)行冷態(tài)啟爐和低負(fù)荷工況下的穩(wěn)燃,每年燃油消耗量巨大,同時(shí)在燃油投入期間無(wú)法投入鍋爐后面的環(huán)保設(shè)備,造成環(huán)境污染問(wèn)題。在國(guó)家環(huán)保政策越來(lái)越健全,環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格的情況下,天然氣作為一種潔凈、安全、可靠、燃燒效率極高的高熱值能源,非常適合作為燃煤鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)和低負(fù)荷穩(wěn)燃的輔助燃料。但是,天然氣替代燃油作為燃煤鍋爐的點(diǎn)火燃料在國(guó)內(nèi)應(yīng)用并不多,本文以華能集團(tuán)某熱電廠350t/h燃煤鍋爐的微氣點(diǎn)火系統(tǒng)作為研究對(duì)象,對(duì)微氣點(diǎn)火技術(shù)及系統(tǒng)組成進(jìn)行了詳細(xì)分析和研究。

1微氣點(diǎn)火原理

微氣點(diǎn)火是利用天然氣與空氣相結(jié)合的強(qiáng)化燃燒技術(shù),用少量燃?xì)饩涂色@得一個(gè)剛性較強(qiáng)、溫度很高的穩(wěn)定火炬,由于該火炬溫度可達(dá)1500～1700℃,當(dāng)煤粉通過(guò)火炬時(shí)很快受熱,并使煤粉顆粒破裂粉碎,迅速被點(diǎn)燃。結(jié)合特殊設(shè)計(jì)的煤粉燃燒器,使煤粉在點(diǎn)火初期就盡可能充分燃燒,達(dá)到煤粉鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)和低負(fù)荷穩(wěn)燃的目的。

2微氣點(diǎn)火系統(tǒng)

微氣點(diǎn)火系統(tǒng)主要是由微氣點(diǎn)火煤粉燃燒器、強(qiáng)化燃燒燃?xì)馊紵?、爐前天然氣系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)及氮?dú)庵脫Q系統(tǒng)、助燃風(fēng)系統(tǒng)、冷爐制粉系統(tǒng)和控制及檢測(cè)系統(tǒng)組成。

2.1微氣點(diǎn)火煤粉燃燒器

在鍋爐最下層一次煤粉燃燒器位置安裝布置兼有主燃燒器功能的微氣點(diǎn)火煤粉燃燒器,共計(jì)4只。在鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃期間,微氣點(diǎn)火煤粉燃燒器具有點(diǎn)火和穩(wěn)燃功能:在鍋爐正常運(yùn)行過(guò)程中,微氣點(diǎn)火燃燒器具有原煤粉燃燒器的功能。將原燃燒器的一次風(fēng)部分及入口彎頭更換為微氣點(diǎn)火煤粉燃燒器及其專用彎頭,微氣點(diǎn)火煤粉燃燒器的噴口截面積與原燃燒器一次風(fēng)筒的噴口截面積相同。

2.2強(qiáng)化燃燒燃?xì)馊紵?

強(qiáng)化燃燒燃?xì)馊紵髦饕鈽?、配風(fēng)筒、燃燒室、點(diǎn)火裝置、紫外火檢裝置等。氣槍采用擴(kuò)散式燃燒方式,點(diǎn)火裝置采用高頻離子點(diǎn)火,檢測(cè)氣槍火焰檢測(cè)器采用紫外火檢裝置。

當(dāng)煤質(zhì)變化時(shí),通過(guò)調(diào)整氣壓和助燃風(fēng)風(fēng)門,甚至更燃?xì)鈬娮?可以保證煤燃燒器的燃燒效率。該氣槍的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于拆卸。

微氣強(qiáng)化油燃燒器主要參數(shù):(1）氣槍:天然氣壓力:0.005～0.05'MP:(a）小氣槍出力:20～1a0Nm3/h:(3）點(diǎn)火裝置:高頻離子點(diǎn)火:(4）點(diǎn)火能量:1aJ:(5）點(diǎn)火器工作電壓:aa0VAC。(6）氣槍火焰檢測(cè)器:紫外火焰檢測(cè)裝置:(7）火檢輸出信號(hào):輸出有火/無(wú)火的(0N/0FF）開(kāi)關(guān)量信號(hào)。

2.3爐前天然氣系統(tǒng)

氣槍系統(tǒng)天然氣取自爐前天然氣系統(tǒng),經(jīng)手動(dòng)球閥、流量計(jì)和天然氣閥門控制單元組成遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。由于天然氣壓力比較高,需要加裝減壓調(diào)壓器單元,使壓力調(diào)整到微氣氣槍需要的工作壓力。天然氣管穩(wěn)壓調(diào)壓器后端裝設(shè)壓力變送器,將調(diào)整后的氣壓值送至DCs,便于運(yùn)行系統(tǒng)壓力變化監(jiān)測(cè),在系統(tǒng)母管管路上布置壓力高、壓力低聯(lián)鎖保護(hù)壓力開(kāi)關(guān),保護(hù)天然氣管道系統(tǒng)的正常運(yùn)行。微氣點(diǎn)火所需的氣壓為10～a0kMP。2.4壓縮空氣系統(tǒng)及氮置換系統(tǒng)

壓縮空氣系統(tǒng)主要是為了檢修系統(tǒng)時(shí),吹掃管道內(nèi)積存的天然氣及檢修后吹掃系統(tǒng)管道。氮置換系統(tǒng)主要是初次系統(tǒng)通天然氣時(shí)防止管道內(nèi)空氣與天然氣混合時(shí)燃燒爆炸,故在通天然氣前,先采用氮?dú)獍压艿纼?nèi)空氣置換出,使管道內(nèi)充滿氮?dú)?利用氮?dú)獾亩栊?使天然氣置換成出管道的氮?dú)?避免出現(xiàn)爆炸危險(xiǎn)。

2.5助燃風(fēng)系統(tǒng)

為保證天然氣的強(qiáng)化燃燒,需要給4套微氣燃燒器提供強(qiáng)化燃燒助燃風(fēng)。該助燃風(fēng)的要求是風(fēng)壓>1500MP,單只微氣配風(fēng)器最大風(fēng)量約1400m3/h。助燃風(fēng)風(fēng)源直接取自一次風(fēng)機(jī)出口處(冷風(fēng)）,分4路至每只微氣點(diǎn)火燃燒器,管路設(shè)有手動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)門,以方便調(diào)整助燃風(fēng)參數(shù),確保氣槍燃燒效果達(dá)到最佳。

2.6冷爐制粉系統(tǒng)

采用直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐,在采用微氣點(diǎn)火系統(tǒng)時(shí)所要解決的首要問(wèn)題就是煤粉的來(lái)源問(wèn)題。采用本爐制粉,其系統(tǒng)簡(jiǎn)單、運(yùn)行方便,關(guān)鍵是解決制粉用熱風(fēng)的來(lái)源問(wèn)題。

在熱一次風(fēng)管道上加裝冷風(fēng)蒸汽加熱器,在冷爐啟動(dòng)時(shí),利用冷風(fēng)蒸汽加熱器加熱后的熱風(fēng),滿足鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)磨煤機(jī)干燥出力的要求,實(shí)現(xiàn)冷爐制粉。

冷風(fēng)蒸汽加熱器系統(tǒng)主要由冷風(fēng)蒸汽加熱器蒸汽系統(tǒng)、冷風(fēng)蒸汽加熱器風(fēng)側(cè)系統(tǒng)組成。

2.7控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括微氣點(diǎn)火控制系統(tǒng)、火焰圖像監(jiān)視系統(tǒng)、燃燒器壁溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

2.7.1微氣點(diǎn)火控制系統(tǒng)

所有控制信號(hào)與測(cè)點(diǎn)直接接入DCs系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上將新增加的設(shè)備控制先接至就地控制柜上,然后通過(guò)硬接線接至DCs系統(tǒng)中,通過(guò)DCs系統(tǒng)進(jìn)行控制、聯(lián)鎖保護(hù)及參數(shù)顯示。該系統(tǒng)主要包括就地控制柜、燃燒器壁溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

每套系統(tǒng)的運(yùn)行都由本身的就地柜控制,點(diǎn)火控制具有遠(yuǎn)方/就地兩種操作模式。其切換開(kāi)關(guān)設(shè)在就地控制柜。

就地控制柜用來(lái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)火操作(在就地操作模式下）,主要控制對(duì)象有:高頻點(diǎn)火器、燃?xì)忾y門、火檢等。

2.7.2圖像火檢監(jiān)視系統(tǒng)

圖像火焰監(jiān)視系統(tǒng)由圖像監(jiān)視探頭(CCD）、視頻復(fù)合電纜、四畫(huà)面分割器及探頭冷卻風(fēng)構(gòu)成,用于監(jiān)視微氣點(diǎn)火點(diǎn)燃的煤粉火焰。每套燃燒器分別安裝一只帶CCD攝像機(jī)的監(jiān)視探頭,其視頻信號(hào)通過(guò)視頻復(fù)合電纜送至集控室內(nèi)畫(huà)面分割器,經(jīng)處理后再送至顯示裝置,運(yùn)行人員可以很直觀地監(jiān)視每只燃燒器的燃燒情況。為防止監(jiān)視探頭因爐膛高溫?fù)p壞,從鍋爐火檢冷卻風(fēng)管道或者全爐膛風(fēng)機(jī)上引出冷卻風(fēng)接到探頭上。

圖像火檢監(jiān)視系統(tǒng)具有如下基本功能和特點(diǎn):

(1）采用廣角長(zhǎng)焦距工作鏡頭和彩色CCD攝像機(jī)直接拍攝燃燒器火焰,大大提高了火焰檢測(cè)的直觀性、靈敏性、準(zhǔn)確性和鑒別能力。

(a）運(yùn)行人員可以直觀、清晰地在中央控制室大屏幕CRT上觀察每個(gè)燃燒器及全爐膛的燃燒狀態(tài),如圖1所示,及時(shí)進(jìn)行燃燒調(diào)整,提高燃燒效率。

圖1火檢圖像

2.7.3燃燒器壁溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為防止燃燒器因超溫而燒損,便于運(yùn)行人員進(jìn)行風(fēng)粉參數(shù)調(diào)整,煤粉燃燒器設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)見(jiàn)性地在溫度較高、易燒損處安裝了a只熱電偶,經(jīng)補(bǔ)償導(dǎo)線進(jìn)入控制系統(tǒng)后顯示在DCs系統(tǒng)顯示器上。運(yùn)行人員可以直觀了解到燃燒器運(yùn)行情況,并根據(jù)壁溫情況及時(shí)進(jìn)行燃燒調(diào)整。

3結(jié)語(yǔ)

微氣槍的槍前壓力在10kMP左右、出力100Nm3/h時(shí),微氣點(diǎn)火燃燒器內(nèi)的煤粉燃盡率高,火焰明亮,能夠保證鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)的升溫升壓曲線要求,實(shí)現(xiàn)鍋爐正常啟動(dòng):鍋爐低負(fù)荷調(diào)整過(guò)程中,通過(guò)投入微氣點(diǎn)火燃燒器,可以實(shí)現(xiàn)鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行。因此,微氣點(diǎn)火技術(shù)完全可以在煤粉鍋爐中應(yīng)用,并且可以大力推廣。