摘要：随着国民经济的发展和城市化水平的提高,在电网装机容量不断扩大的同时,用电结构也不断发生变化,连续生产的工业用电比重逐年下降,而城乡居民用电、市政商业等用电比重逐步上升,同时特高压的投运和新能源技术的应用,使得电网峰谷差加大,调峰压力增大。
关键词：深度调峰；锅炉；超低负荷；稳燃技术
1低负荷稳燃原理
切向燃烧锅炉由于其煤种适应性广、稳燃性能好等特点,在我国电站锅炉中得到了广泛应用。这种燃烧方式基本上采用了直流煤粉燃烧器,所以本文将以直流煤粉燃烧为例讨论切向燃烧锅炉的低负荷稳燃问题。对于普通的直流燃烧器,一次风粉射流从一次风喷口射入炉膛后,只能靠从射流外侧卷吸炉内的高温烟气来提供着火供热,一次风粉混合物的火焰传播速度一般为1.5~6.0m/s,而一次风粉输送速度却是20~30m/s,因此在燃烧器喷嘴出口处稳定的着火只可能发生在一次风粉射流的边缘处,所以从理论上说,自由射流的外边界处速度梯度趋于零,几乎没有湍流扰动,传热传质的作用很差。此外射流离开喷口后向外扩张,煤粉颗粒因惯性作用集中在射流内侧,射流获得的热量必须首先加热外侧的空气,然后才能对煤粉加热。
所以,普通单股直流燃烧器所形成射流的着火条件很差,它必须依靠上游邻角的火焰稳燃。当锅炉负荷降低时,炉温下降,为了维持必要的煤粉混合物输送速度,一次风中的煤粉浓度将大为降低;对于切向燃烧锅炉来说,二次风速度也要降低,炉膛中火球的转动强度也逐渐减弱,以至于不投油最低负荷运行时,火球不能自行稳定燃烧,因此每个煤粉喷嘴必须具有自稳燃能力,而不是单单依靠邻角燃烧器燃油火焰的助燃。以Qz表示煤粉气流达到着火温度所必须的着火热;以Qg表示外界提供给煤粉射流的着火供热,要使一次风煤粉气流着火,应保证稳燃指数e=Qg/Qz≥1,e值越大,则着火越稳定。
2不投大油枪超低负荷稳燃试验
2.1概述
本锅炉日常运行时常掺烧洗中煤,为了使超低稳燃的试验结果可以对锅炉运行有实际参考意义,因此在本次超低负荷稳燃试验中D层燃烧器煤种为洗中煤。洗中煤较设计煤种存在水分、灰分较高,低位发热量较低的问题,为避免燃烧恶化甚至灭火,试验过程中需保持D层燃烧器温度较最低稳燃温度有一定裕量。若低负荷下2台磨煤机运行,受投入新的制粉系统耗时影响,可能会限制锅炉快速升负荷能力,因此本次试验重点研究3台磨煤机低负荷运行情况。
2.2试验过程
本次试验在机组滑参数停炉条件下进行,开始停炉前隔离各层燃烧器的大油枪,只用微油枪进行稳燃,并隔离机组对外供热,以保证煤量与负荷的对应。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆试验从330MW开始降负荷,起初火焰明亮,燃烧情况较好,降负荷至140MW时,保持3套制粉系统运行,此时A层(前墙中间层)给煤量16t/h,D/E层给煤量31t/h,运行人员就地观察炉膛火焰变暗,燃烧器喷口火焰强度不足。若进一步降低煤量,特别是底层燃烧器的煤量,则炉内温度就会更低,烟气更难引燃中层燃烧器的煤粉,显然该负荷已是无油助燃的最低负荷,而投入微油枪后能否实现进一步降负荷稳燃是本次试验的关键。
投入D层燃烧器微油枪后,D层燃烧器喷口温度较E层燃烧器有所提高,原因是D层燃烧器煤种为洗中煤,水分较高,尽管投入了微油枪,但效果有限;而前墙中层A层燃烧器温度仍然偏低,若进一步降低A层燃烧器煤量,该层燃烧器仍有灭火风险。试验中尝试降低前墙中层A层燃烧器煤量至13t/h,此时D/E层燃烧器煤量分别为30t/h,30t/h,机组负荷约为120MW,实测A层与E层燃烧器已接近稳燃最低温度800℃，继续降低这两层燃烧器煤量,尽管可能可以使负荷进一步降低,但为了锅炉有一定安全运行裕量,试验时并未进行尝试;A层燃烧器在D层燃烧器上方,受到D层燃烧器高温烟气的影响较大,因此该磨组组合方式已是单层微油的最佳低负荷稳燃磨组组合方式,若投入的是B层燃烧器(后墙中层)或者C层燃烧器(前墙上层),B与C层燃烧器的温度会比试验时A层燃烧器的温度更低,故单层微油低负荷稳燃能力有限(约为额定负荷的35%)。
随后投入E层燃烧器4支微油枪,以试验进一步降低煤量的可行性。E层燃烧器温度明显上升,升温后的烟气使得A与D层燃烧器温度也有所上升,燃烧情况改善。逐渐降低A层燃烧器煤量至最低煤量10t/h,随着层燃烧器煤量的下降,层温度总体上呈下降趋势,至最低煤量10t/h,A层燃烧器温度仍高于稳燃最低温度800℃,此时机组负荷为105MW,就地观察各层燃烧器火焰喷口明亮,燃烧稳定,此时A/D/E层燃烧器给煤量分别为10t/h,30t/h,30t/h,测试中发现E层燃烧器煤量增加至34t/h后,喷口区域温度提高至1190℃,火焰更为明亮,稳燃效果提升。由此可见,105MW以下负荷时,可以停运A层燃烧器,用微油枪稳燃D/E层燃烧器,稳燃效果反而有所改善。试验中也尝试停运A层燃烧器,将负荷降至70MW,实测D/E层燃烧器温度均高于1050℃。综上,增设2层微油枪较单层微油枪超低负荷稳燃能力得到很大提升,利用微油点火技术完全可满足机组30%以下超低负荷运行时锅炉稳燃要求,若能进一步提高煤粉细度、保持SCR(选择性催化还原)系统入口烟温,燃烧方面仍有更低负荷空间。
结论
要保证火电机组在深度调峰过程中的控制系统的快速性、准确性和稳定性,对火电机组协调控制系统的优化和改进是很有必要的。以火电机组原有协调控制系统为基础,对控制策略进行优化和改造,并在子回路控制系统中应用多种控制策略的组合,最终使控制系统能够适应火电机组的深度调峰。该方法不使用外挂设备,也不对控制器进行升级改造,仅仅对现有控制系统的控制策略进行优化和改造,具有投资少、效率高、可移植性好的特点,可以进一步推广。
参考文献
[1]龚胜,石奇光,冒玉晨,等.我国火电机组灵活性现状与技术发展[J].应用能源技术,2017(5):1-6.
[2]赫广迅,康剑南.火电机组参与灵活性调峰的可行性[J].机械工程师,2017(9):46-49.
论文作者:王学敏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/26
标签：燃烧器论文; 负荷论文; 射流论文; 锅炉论文; 温度论文; 机组论文; 煤粉论文; 《电力设备》2019年第1期论文;