引言

我國燃煤鍋爐通常采用燃油進行冷態(tài)啟爐和低負荷工況下的穩(wěn)燃,每年燃油消耗量巨大,同時在燃油投入期間無法投入鍋爐后面的環(huán)保設備,造成環(huán)境污染問題。在國家環(huán)保政策越來越健全,環(huán)保要求越來越嚴格的情況下,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)啟動和低負荷穩(wěn)燃的輔助燃料。但是,天然氣替代燃油作為燃煤鍋爐的點火燃料在國內(nèi)應用并不多,本文以華能集團某熱電廠350t/h燃煤鍋爐的微氣點火系統(tǒng)作為研究對象,對微氣點火技術及系統(tǒng)組成進行了詳細分析和研究。

1微氣點火原理

微氣點火是利用天然氣與空氣相結(jié)合的強化燃燒技術,用少量燃氣就可獲得一個剛性較強、溫度很高的穩(wěn)定火炬,由于該火炬溫度可達1500～1700℃,當煤粉通過火炬時很快受熱,并使煤粉顆粒破裂粉碎,迅速被點燃。結(jié)合特殊設計的煤粉燃燒器,使煤粉在點火初期就盡可能充分燃燒,達到煤粉鍋爐點火啟動和低負荷穩(wěn)燃的目的。

2微氣點火系統(tǒng)

微氣點火系統(tǒng)主要是由微氣點火煤粉燃燒器、強化燃燒燃氣燃燒器、爐前天然氣系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)及氮氣置換系統(tǒng)、助燃風系統(tǒng)、冷爐制粉系統(tǒng)和控制及檢測系統(tǒng)組成。

2.1微氣點火煤粉燃燒器

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火煤粉燃燒器,共計4只。在鍋爐點火和穩(wěn)燃期間,微氣點火煤粉燃燒器具有點火和穩(wěn)燃功能:在鍋爐正常運行過程中,微氣點火燃燒器具有原煤粉燃燒器的功能。將原燃燒器的一次風部分及入口彎頭更換為微氣點火煤粉燃燒器及其專用彎頭,微氣點火煤粉燃燒器的噴口截面積與原燃燒器一次風筒的噴口截面積相同。

2.2強化燃燒燃氣燃燒器

強化燃燒燃氣燃燒器主要包括氣槍、配風筒、燃燒室、點火裝置、紫外火檢裝置等。氣槍采用擴散式燃燒方式,點火裝置采用高頻離子點火,檢測氣槍火焰檢測器采用紫外火檢裝置。

當煤質(zhì)變化時,通過調(diào)整氣壓和助燃風風門,甚至更燃氣噴嘴,可以保證煤燃燒器的燃燒效率。該氣槍的結(jié)構(gòu)簡單,便于拆卸。

微氣強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）點火裝置:高頻離子點火:(4）點火能量:1aJ:(5）點火器工作電壓:aa0VAC。(6）氣槍火焰檢測器:紫外火焰檢測裝置:(7）火檢輸出信號:輸出有火/無火的(0N/0FF）開關量信號。

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)手動球閥、流量計和天然氣閥門控制單元組成遠程控制系統(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)壓器后端裝設壓力變送器,將調(diào)整后的氣壓值送至DCs,便于運行系統(tǒng)壓力變化監(jiān)測,在系統(tǒng)母管管路上布置壓力高、壓力低聯(lián)鎖保護壓力開關,保護天然氣管道系統(tǒng)的正常運行。微氣點火所需的氣壓為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,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)通天然氣時防止管道內(nèi)空氣與天然氣混合時燃燒爆炸,故在通天然氣前,先采用氮氣把管道內(nèi)空氣置換出,使管道內(nèi)充滿氮氣,利用氮氣的惰性,使天然氣置換成出管道的氮氣,避免出現(xiàn)爆炸危險。

2.5助燃風系統(tǒng)

為保證天然氣的強化燃燒,需要給4套微氣燃燒器提供強化燃燒助燃風。該助燃風的要求是風壓>1500MP,單只微氣配風器最大風量約1400m3/h。助燃風風源直接取自一次風機出口處(冷風）,分4路至每只微氣點火燃燒器,管路設有手動調(diào)節(jié)風門,以方便調(diào)整助燃風參數(shù),確保氣槍燃燒效果達到最佳。

2.6冷爐制粉系統(tǒng)

采用直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐,在采用微氣點火系統(tǒng)時所要解決的首要問題就是煤粉的來源問題。采用本爐制粉,其系統(tǒng)簡單、運行方便,關鍵是解決制粉用熱風的來源問題。

在熱一次風管道上加裝冷風蒸汽加熱器,在冷爐啟動時,利用冷風蒸汽加熱器加熱后的熱風,滿足鍋爐冷態(tài)點火啟動時磨煤機干燥出力的要求,實現(xiàn)冷爐制粉。

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

2.7控制及監(jiān)測系統(tǒng)

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

2.7.1微氣點火控制系統(tǒng)

所有控制信號與測點直接接入DCs系統(tǒng)。在系統(tǒng)設計上將新增加的設備控制先接至就地控制柜上,然后通過硬接線接至DCs系統(tǒng)中,通過DCs系統(tǒng)進行控制、聯(lián)鎖保護及參數(shù)顯示。該系統(tǒng)主要包括就地控制柜、燃燒器壁溫監(jiān)測系統(tǒng)等。

每套系統(tǒng)的運行都由本身的就地柜控制,點火控制具有遠方/就地兩種操作模式。其切換開關設在就地控制柜。

就地控制柜用來進行現(xiàn)場點火操作(在就地操作模式下）,主要控制對象有:高頻點火器、燃氣閥門、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）、視頻復合電纜、四畫面分割器及探頭冷卻風構(gòu)成,用于監(jiān)視微氣點火點燃的煤粉火焰。每套燃燒器分別安裝一只帶CCD攝像機的監(jiān)視探頭,其視頻信號通過視頻復合電纜送至集控室內(nèi)畫面分割器,經(jīng)處理后再送至顯示裝置,運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)視探頭因爐膛高溫損壞,從鍋爐火檢冷卻風管道或者全爐膛風機上引出冷卻風接到探頭上。

圖像火檢監(jiān)視系統(tǒng)具有如下基本功能和特點:

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

(a）運行人員可以直觀、清晰地在中央控制室大屏幕CRT上觀察每個燃燒器及全爐膛的燃燒狀態(tài),如圖1所示,及時進行燃燒調(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)測系統(tǒng)

為防止燃燒器因超溫而燒損,便于運行人員進行風粉參數(shù)調(diào)整,煤粉燃燒器設計時預見性地在溫度較高、易燒損處安裝了a只熱電偶,經(jīng)補償導線進入控制系統(tǒng)后顯示在DCs系統(tǒng)顯示器上。運行人員可以直觀了解到燃燒器運行情況,并根據(jù)壁溫情況及時進行燃燒調(diào)整。

3結(jié)語

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