微油點火技術在鍋爐改造中的應用

吳斌蕾

(神華國華定洲發(fā)電有限責任公司，河北 保定 073000)

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，新機組的陸續(xù)投運，點火及穩(wěn)燃用油將達到1 000多萬t，因此控制鍋爐燃油消耗已成為當前我國火電機組的當務之急。微油點火技術可以替代等離子點火技術和現(xiàn)有的大油槍穩(wěn)燃技術，運行穩(wěn)定，可解決電站機組鍋爐大量用油問題，大幅降低鍋爐的點火啟動、鍋爐停運及穩(wěn)燃的用油量，節(jié)油可達到80%，而且投資約為等離子點火的1/3，運行、檢修和維護費用遠低于等離子點火的費用。

1 微油點火技術介紹

微油燃燒器利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎，霧化成超細油滴進行燃燒，同時用燃燒產生的熱量對燃料進行初期加熱、擴容、后期加熱，在極短的時間內完成油滴的蒸發(fā)氣化，使油槍在正常燃燒過程中直接燃燒氣體燃料，從而大大提高燃燒效率及火焰溫度，使得進入一次室的濃相煤粉顆粒溫度急劇升高、破裂粉碎，并釋放出大量的揮發(fā)分迅速著火燃燒，然后由已著火燃燒的濃相煤粉在二次室內與稀相煤粉混合并點燃稀相煤粉，實現(xiàn)煤粉的分級燃燒，燃燒能量逐級放大，達到點火并加速煤粉燃燒的目的，大大減少煤粉燃燒所需引燃能量。滿足了鍋爐啟、停及低負荷穩(wěn)燃的需求。周界冷卻二次風主要用于保護噴口安全，防止結焦燒損及補充后期燃燒所需氧量。

微油煤粉燃燒器設計獨特, 產生的火焰剛性大, 燃燒強度高, 引燃煤粉能力強，同時油槍出力能夠在一定范圍內調整, 能夠適應煤質的變化。給煤量可以根據鍋爐的升溫、升壓需要進行調節(jié), 使得鍋爐啟動參數(汽溫、汽壓、爐水溫升) 滿足鍋爐啟動曲線的要求。

2 微油點火技術的應用

2.1 鍋爐概況

神華國華定洲發(fā)電有限責任公司(簡稱“定洲電廠”)2臺600 MW機組鍋爐是亞臨界一次中間再熱控制循環(huán)汽包鍋爐，型號為SG-2008/17.47-M903，采用直流濃淡型噴燃器四角布置、切向燃燒。每角噴燃器風箱中設有3層啟動及助燃油槍。鍋爐采用二級點火方式，由高能電火花點燃輕油，然后輕油點燃煤粉。鍋爐每次大修后，點火及做試驗用油約需500 t。

定洲電廠改造前1臺鍋爐試驗和點火用油：5000元/×500 t=250萬元；改造投資：200萬元；改造后試驗和點火用油：5000元/t×(500 t×0.2)=50萬元，理論上經改造后一次點火就可以收回投資。因此，利用檢修機會將定州電廠1、2號鍋爐的點火方式改造為微油點火方式。

2.2 鍋爐點火系統(tǒng)的改造

微油點火煤粉燃燒器，在實現(xiàn)鍋爐微油冷爐啟動和低負荷穩(wěn)燃的前提下，確保原主燃燒器的動量不變以及基性能不變，同時兼具主燃燒器的功能。對于直吹式制粉系統(tǒng)，存在冷態(tài)啟動時由于熱風溫度不夠，不能干燥制粉的問題，可以通過采用暖風器加熱磨煤機前暖風道內風溫的方式來解決。整個微油點火系統(tǒng)由油燃燒器、壓縮空氣、助燃風、燃油系統(tǒng)、一次風加熱系統(tǒng)、煤粉燃燒器、壁溫監(jiān)測、火檢系統(tǒng)、電氣和控制系統(tǒng)組成。所有熱工控制及顯示信號均由DCS系統(tǒng)統(tǒng)一調控，以便于運行操作和盤面布置。

2.2.1 燃燒器

將B層(B層為從下向上數第2層，對應2號磨煤機)的4只一次風噴燃器改成微油點火燃燒器。微油點火燃燒器不僅可以作為點火以及低負荷穩(wěn)然燃燒器，而且在高負荷時微油油槍退出運行后，還可以作為主燃燒器使用。這種改造方式可以利用原有一次風燃燒器的輸粉系統(tǒng)，包括一次風輸粉管道和一次風在線檢測系統(tǒng)。該方案簡單，改造工作量較小。

2.2.2 微油點火的燃油系統(tǒng)

微油油槍所用油系統(tǒng)由鍋爐后主燃油系統(tǒng)管路上引出，通過截止閥、調整閥、氣動液位保護閥、氣動液位調整閥、雙路濾油器等引至穩(wěn)壓儲能罐，再由穩(wěn)壓儲能罐下出口引至鍋爐后墻各角，經過手動球閥、氣動球閥、分路手動球閥、金屬軟管等接至氣化小油槍。穩(wěn)壓儲能罐上設有3個液位(低、高、高高)，“低”為進油、“高”為停止進油、“高高”為保護(切斷進油)。

2.2.3 暖風器系統(tǒng)

為保證冷態(tài)啟動B磨煤機時入口風溫，在B磨煤機進口熱風道設置一旁路，并在旁路上安裝1臺“蒸汽加熱器(暖風器)”，并在蒸汽加熱器風側入口設置電動開關門，鍋爐啟動結束后可停止暖風器運行。蒸汽加熱器進口汽源取自輔助蒸汽(蒸汽壓力0.4 MPa，溫度160 ℃)，根據現(xiàn)場情況從輔汽聯(lián)箱備用接口處引出，通過管道接至加熱器；加熱器疏水經過疏水器后排至鍋爐定排擴容器。暖風器設計溫升為120 ℃，可滿足磨煤機低出力下運行要求。

2.2.4 油槍控制系統(tǒng)

微油油槍控制統(tǒng)由就地控制系統(tǒng)、火焰檢測系統(tǒng)、壁溫監(jiān)視系統(tǒng)、遠方控制系統(tǒng)組成。就地控制系統(tǒng)用來完成小油槍手動啟動和停止，就地控制柜留有和DCS的接口，以便和遠方控制系統(tǒng)連接完成小油槍的程序控制；火焰檢測系統(tǒng)完成小油槍運行時的火焰監(jiān)視，根據小油槍的實際著火情況，即時作出判斷，輸出小油槍火檢反饋信號；壁溫監(jiān)視系統(tǒng)完成對燃燒器的壁溫監(jiān)視，發(fā)出壁溫超溫報警信號，提示運行人員操作相應的風門，以控制壁溫在允許范圍內；遠方控制系統(tǒng)是利用集中控制室內DCS系統(tǒng)，把小油槍控制集成在其中，并和小油槍就地控制柜的對應接口連接，完成小油槍的遠方程序點火和監(jiān)視作用。

2.3 改造后的性能測試及效益分析

調試試驗按以下順序進行：微油油槍系統(tǒng)吹掃→微油油槍系統(tǒng)打壓試驗→微油油槍控制系統(tǒng)靜、動態(tài)調試→加熱器系統(tǒng)調試→微油油槍點火性能試驗→鍋爐冷態(tài)啟動試驗。鍋爐點火系統(tǒng)改造后的性能測試和效益分析如下。

2.3.1 性能測試

2.3.1.1 燃燒器噴口火焰溫度及相鄰層煤粉的引燃

微油燃燒器投粉后，燃燒器噴口火焰明亮，燃燒穩(wěn)定，點火初期B磨煤機給煤量12 t/h，磨煤機入口風量55 t/h。磨煤機給煤量、風量增加后，不會引起火焰溫度的降低，煤粉火焰明亮、燃燒穩(wěn)定。當機組升負荷需要投入A、C 磨煤機后，A、C層燃燒器煤粉順利引燃，燃燒穩(wěn)定。以上情況說明氣化微油點火燃燒器有利于煤粉的引燃，煤粉火焰燃燒強度高；同時氣化微油點火技術能夠實現(xiàn)不投大油槍引燃相鄰層燃燒器的煤粉，能夠滿足鍋爐整個冷爐啟動和機組帶負荷的要求。

2.3.1.2 燃燒器的運行特性

氣化微油點火是利用氣化微油槍在燃燒器內形成高強度火焰來點燃煤粉，在運行過程中需要防止燃燒器內的火焰燒損燃燒器。從冷爐點火初期到機組帶300 MW負荷至滿負荷運行，燃燒器壁溫均小于400 ℃，噴口無結焦現(xiàn)象，燃燒器運行穩(wěn)定且安全，說明氣化微油燃燒器的防結焦設計較好。需要注意的是，為了燃燒器的運行安全，投入微油油槍前，應確保磨煤機已通風，且風量大于40 t/h。從機組運行情況分析，氣化微油槍退出運行后，微油燃燒器作為主燃燒運行時煤粉著火距離適中，噴口周圍無結焦，燃燒器壁溫小于400 ℃，能滿足安全運行要求。

2.3.2 改造效益

直接經濟效益：1號鍋爐從冷爐氣化微油裝置點火成功,系統(tǒng)累計投用30 h,共用油31.5 t。如果本次啟動依照系統(tǒng)改造前使用大油槍進行啟動，按照投入4只大油槍計算(每只大油槍出力為2 t/h)。

啟動至沖車用油：80 t(8 t/h×10 h=80 t)；

沖車至并網用油：112 t(8 t/h×14 h=112 t)；

并網至撤出油槍：18 t(4 t/h×2.5 h+4 t/h×1.5 h+2 t/h×1 h=18 t)；

點火共計用油：210 t。

使用微油點火后節(jié)約燃油約178.5 t。

2號鍋爐從冷爐氣化微油裝置點火成功, 汽輪機沖車至3 000 r/min后配合發(fā)電機做短路試驗、零啟升壓試驗和假同期試驗，至退出微油油槍時止累計投用20 h,用油14.04 t。如果本次啟動依照系統(tǒng)改造前使用大油槍進行啟動，按照投入4只大油槍計算(每只大油槍出力為2 t/h)。

啟動至沖車用油：40 t(8 t/h×5 h=40 t)；

沖車至并網用油：88 t(8 t/h×11 h=88 t)；

并網至撤出油槍：19 t(6 t/h×2 h+4 t/h×1.5 h+2 t/h×0.5 h=18 t)；

點火共計用油：147 t。

使用微油點火后節(jié)約燃油約133 t。

間接經濟效益：按照常規(guī)的機組啟動方法，此期間鍋爐純燒油或油煤混燒。為避免未燃盡的油滴粘污電極、鍋爐電除塵器無法正常投入、大量煙塵直接排放到大氣中給環(huán)境帶來嚴重的污染，同時煙氣中的粉塵會對鍋爐引風機葉片造成磨損，這些均給電廠帶來間接的經濟損失。

在機組啟動期間投入微油點火系統(tǒng)，電除塵器可以在鍋爐啟動及低負荷期間正常投入，大大減少粉塵的排放，避免了環(huán)境污染，給電廠帶來顯著的社會效益和經濟效益。

3 微油點火技術應用中的注意事項

由于微油點火系統(tǒng)比較簡單，就地參數調整較少，在使用過程中設備不易發(fā)生問題，但仍應注意以下幾點：

a. 微油油槍在鍋爐啟動中投用時，點燃后微油油槍燃燒穩(wěn)定、火焰明亮才可投入該燃燒器煤粉。微油油槍及點火系統(tǒng)出現(xiàn)問題時應及時處理，正常后再投入運行。

b. 投粉初期一次風速控制在20～22 m/s。當油質較差發(fā)生油堵塞或中斷，爐膛熄火時，應立即切斷供粉。爐膛經充分吹掃后方可重新點火投粉。

c. 機組啟動過程中點火初期，磨煤機出力增加過程應緩慢進行，不可過快。在保證磨煤機振動較小和安全運行的前提下盡量減小初期給煤量。

d. 點火過程中注意觀察燃燒器壁溫， 可通過調節(jié)周界風開度控制燃燒器壁溫，當燃燒器壁溫升高時可增開燃燒器周界風風門開度和適當提高一次風速，防止燃燒器燒損。正常情況下煤粉燃燒器壁溫應小于450 ℃。

e. 微油油槍投運初期，應及時清理小油槍濾網，防止發(fā)生油路堵塞，影響煤粉著火。

f. 盡量提高爐膛溫度，投入除氧器加熱，盡可能提高給水溫度。

g. 鍋爐發(fā)生MFT保護動作時，嚴禁在未充分通風情況下投用微油油槍。

4 結束語

定洲電廠1、2號鍋爐成功應用微油點火技術，完成了改造后的鍋爐點火、升溫升壓、汽機沖轉、帶負荷等整個冷態(tài)啟動過程。微油燃燒器點火投煤后煤粉能順利點燃，火焰明亮，燃燒穩(wěn)定，燃燒器運行壁溫正常、不結焦，在撤出微油槍后微油燃燒器作為主燃燒器運行，且在低負荷時穩(wěn)燃效果好。應用該技術后機組啟動較傳統(tǒng)使用大油槍方式能夠節(jié)約燃油85%，節(jié)油效果明顯。由于啟動過程只有微量用油, 燃燒也非常完全, 啟動初期即可投入電除塵, 解決了電廠啟動初期的污染物排放問題, 環(huán)保效果顯著。