氣化油點(diǎn)火技術(shù)在火電廠的應(yīng)用與節(jié)能效果

譚振武

作者通聯(lián)：拜城發(fā)電廠生技部 新疆拜城縣 842316

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一、概述

在煤粉鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，煤粉空氣混合物在冷的燃燒室中很難穩(wěn)定點(diǎn)燃，因此在燃燒設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，在噴煤粉前總是先啟動(dòng)點(diǎn)火油槍?zhuān)瑖姛子诒３只鹧娣€(wěn)定的燃料油，每小時(shí)的燃油量約為鍋爐額定燃燒熱量的30%，直至把鍋爐各處加熱至高溫后，才將燒油切換至燒煤粉。燃燒低揮發(fā)分煤種或劣質(zhì)煤的鍋爐，其煤粉氣流的著火性能和煤粉火焰在低負(fù)荷時(shí)的穩(wěn)定性更差。我國(guó)煤炭資源雖然豐富，但分布極不均衡、且煤種多變、煤質(zhì)較差，燃燒效果不好。低揮發(fā)分和劣質(zhì)煤種占我國(guó)電廠動(dòng)力用煤70%，為了提高這些可燃性較差的煤種的著火和低負(fù)荷時(shí)燃燒穩(wěn)定性，常用的辦法就是投入助燃用油。僅僅為了用于鍋爐啟動(dòng)和低負(fù)荷下助燃，我國(guó)每年要消耗大量的燃料油。

火力發(fā)電廠煤粉鍋爐的啟動(dòng)和低負(fù)荷穩(wěn)燃要耗用大量的燃油，又由于電網(wǎng)調(diào)峰的要求，鍋爐經(jīng)常處于頻繁啟停和低負(fù)荷工況下運(yùn)行，因此以煤代油，節(jié)約廠煤粉鍋爐的啟動(dòng)和低負(fù)荷穩(wěn)燃用油是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

發(fā)電廠8號(hào)鍋爐為四川鍋爐廠生產(chǎn)的CG-130/3.82-M6型的單汽包自然循環(huán)、爐型呈Π型布置，采用煤粉懸浮燃燒、固態(tài)排渣的中溫中壓蒸汽鍋爐，燃燒設(shè)備采用四角布置，切圓燃燒的直流燃燒器；鍋爐前部為爐膛，四周布滿(mǎn)水冷壁，水平煙道布置有高、低溫過(guò)熱器；后部垂直煙道布置的有雙級(jí)省煤器和雙級(jí)空預(yù)器；制粉系統(tǒng)為中儲(chǔ)式鋼球磨煤機(jī)，鍋爐制粉系統(tǒng)采用MG-250/320中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺(tái)磨煤機(jī)帶8 只噴燃器采用兩層布置。共配備有4 支油槍?zhuān)c(diǎn)火油槍和穩(wěn)燃油槍各2 支，每支出力分別為1500kg/h和800kg/h。燃油壓力2.94MPa。8號(hào)鍋爐主要參數(shù)見(jiàn)表1，煤質(zhì)特性見(jiàn)表2。

二、氣化油點(diǎn)火技術(shù)原理

1.氣化小油槍燃燒器燃燒原理

利用壓縮空氣采用氣泡霧化方式將燃料柴油霧化成超細(xì)油滴進(jìn)行燃燒，同時(shí)用燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)燃料進(jìn)行初期加熱，擴(kuò)容，后期加熱，在極短的時(shí)間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)氣化，使油槍在正常燃燒過(guò)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?；鹧嬉猿羲偎俣葌鞑?、火焰呈完成透明狀（根部為藍(lán)色、中部及尾部為透明白色），火焰中心溫度高達(dá)1400～1800℃，高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)直接點(diǎn)燃煤粉燃燒，從而實(shí)現(xiàn)電站鍋爐啟動(dòng)、停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃以煤代油的效果。

表2 8號(hào)鍋爐煤質(zhì)特性

2.氣化小油槍直接點(diǎn)燃煤粉原理

氣化小油槍燃燒形成的高溫火焰和進(jìn)入燃燒器的煤粉顆粒直接接觸，使得煤粉特性發(fā)生變化，極高的加熱速率使得揮發(fā)分析出速度大大加快，煤粉顆粒溫度急劇生高、破裂燃燒，然后進(jìn)入前部?jī)?nèi)風(fēng)膜燃燒器逐步點(diǎn)燃剩余煤粉，實(shí)現(xiàn)了煤粉的分級(jí)燃燒，燃燒能量逐級(jí)放大，達(dá)到點(diǎn)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(mǎn)足了鍋爐啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃的需求。

3.氣化小油槍穩(wěn)燃原理

采用濃淡燃燒方式已經(jīng)使煤粉在著火區(qū)域形成了高濃度、高溫度、少空氣、易著火的有利條件。投入小油槍后，輕油的烴類(lèi)揮發(fā)使得煤粉著火區(qū)域的揮發(fā)份濃度和還原性氣氛有了顯著提高，著火熱降低，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?，其有利于著火和穩(wěn)燃是顯而易見(jiàn)的。

小油槍投入之后，大大改善了煤粉的著火條件，使得每支直流燃燒器形成了各自獨(dú)立的燃燒小中心，同層燃燒組織此時(shí)具有了鄰角互穩(wěn)和單角自穩(wěn)的雙重穩(wěn)燃條件，大大提高穩(wěn)燃效果。煤粉中的揮發(fā)分在較低的截面熱負(fù)荷下易造成析出不穩(wěn)定，使得著火初期發(fā)生脈動(dòng)性燃燒，隨時(shí)間的延續(xù)，燃燒惡化。小油槍的投入，為煤粉燃燒提供了較為穩(wěn)定、充足的可燃?xì)怏w，燃燒脈動(dòng)就會(huì)消失。

在更低負(fù)荷需投油穩(wěn)燃時(shí)，通過(guò)氣化小油槍的燃燒熱提供煤粉著火區(qū)所需的局部高溫、高燃源著火條件，并且遏制了煤粉著火隨負(fù)荷降低而產(chǎn)生的波動(dòng)（相當(dāng)于一個(gè)穩(wěn)定熱源阻尼），保證了煤粉出口的著火穩(wěn)燃要求，形成一種穩(wěn)定的著火熱源，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)爐膛煤粉穩(wěn)燃要求的良性燃燒循環(huán)。

三、氣化小油槍點(diǎn)火改造

（1）根據(jù)新疆拜城發(fā)電廠8號(hào)爐燃用煤質(zhì)的情況，并依據(jù)：①當(dāng)鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)一般停上組燃燒器；②爐內(nèi)有一層煤粉穩(wěn)定著火將改善整個(gè)爐膛的著火穩(wěn)定狀態(tài)；③點(diǎn)燃小油槍后即可投煤粉，通過(guò)調(diào)節(jié)給粉機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)滿(mǎn)足鍋爐升溫升壓需求；④可大量節(jié)約點(diǎn)火及助燃用油。經(jīng)過(guò)詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，將下層1、3號(hào)兩只煤粉噴燃器改造為25kg/h 氣化小油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃燃燒器。改造不改變?cè)淮物L(fēng)管走向、假想切圓直徑及支架承點(diǎn)及二次風(fēng)箱；不改變?cè)聦用悍廴紵髋c爐膛的整體相關(guān)設(shè)計(jì)。氣化小油槍燃燒器迎風(fēng)易損面采用復(fù)合金屬碳化鎢材料，提高易損件壽命。

（2）氣化小油槍由原燃油管供油。利用其他鍋爐回油管由鍋爐至油灌，同時(shí)在氣化小油槍油系統(tǒng)上設(shè)有一套柴油過(guò)濾裝置，防止小油槍堵塞，增加系統(tǒng)安全可靠性。

（3）在鍋爐7m 層安裝一臺(tái)空氣壓縮機(jī)作為氣化小油槍的壓縮空氣氣源，系統(tǒng)安裝濾水防塵壓縮空氣調(diào)節(jié)裝置，保證空氣品質(zhì)，增加系統(tǒng)安全可靠性。

（4）從送風(fēng)機(jī)出口至爐四角燃燒器安裝冷卻風(fēng)管道，做氣化小油槍及火檢系統(tǒng)冷卻風(fēng)用，另外增設(shè)一套高壓風(fēng)，點(diǎn)火時(shí)強(qiáng)化燃燒，補(bǔ)充燃燒所需氧分。

（5）根據(jù)發(fā)電廠機(jī)組控制系統(tǒng)特點(diǎn)，自動(dòng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)就地操控點(diǎn)火設(shè)備的自動(dòng)、單控運(yùn)行，并給出工作狀態(tài)信號(hào)，可以提供信號(hào)給遠(yuǎn)操監(jiān)控并接受遠(yuǎn)操控制。系統(tǒng)程序可以將信號(hào)提供給FSSS 系統(tǒng)控制。也可采用西門(mén)子公司S7-200 PLC 作為控制核心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控要求。

四、改造后運(yùn)行方式

如為冷爐點(diǎn)火，點(diǎn)火前應(yīng)由鄰爐送粉至3m 以上粉位，為有利于著火和提高點(diǎn)火期間的燃燒效率，應(yīng)盡可能用較細(xì)的煤粉。如為計(jì)劃性短時(shí)間停爐，應(yīng)在停爐前為該爐下次啟動(dòng)存放細(xì)粉。如不能鄰爐送粉，且粉倉(cāng)無(wú)粉，則按電廠點(diǎn)火規(guī)程點(diǎn)火啟動(dòng)。

1.冷態(tài)啟停

（1）啟動(dòng)吸送風(fēng)機(jī)，調(diào)整點(diǎn)火燃燒器一次風(fēng)壓為正常運(yùn)行值的一半左右，其他各一次門(mén)關(guān)閉。

（2）投入氣化小油槍程序，將自動(dòng)進(jìn)入點(diǎn)火程序。如小油槍在半分鐘內(nèi)不著火時(shí)，油閥自動(dòng)關(guān)閉，檢查完畢，再重新投入，直至氣化小油槍點(diǎn)火成功。

（3）氣化小油槍著火后即可投粉，投粉前先調(diào)一次風(fēng)壓為正常稍低數(shù)值，然后投粉。煤粉著火后再調(diào)整一次風(fēng)壓為正常數(shù)值。

（4）點(diǎn)火燃燒器應(yīng)盡量?jī)山峭度耄哿繎?yīng)逐漸加大。

（5）兩個(gè)點(diǎn)火燃燒器帶粉投入運(yùn)行后，適當(dāng)開(kāi)下層二次風(fēng)門(mén)，以補(bǔ)充燃燒空氣。

（6）燃燒著火穩(wěn)定后，根據(jù)升壓升溫的需要，用調(diào)整給粉機(jī)轉(zhuǎn)速的方法來(lái)控制升溫升壓速度。

（7）兩臺(tái)點(diǎn)火燃燒器皆投入并且燃燒良好時(shí)，可根據(jù)升負(fù)荷的需要投入鄰角火嘴。

2.熱態(tài)有粉啟動(dòng)

啟動(dòng)送引風(fēng)機(jī)后，打開(kāi)下層兩臺(tái)氣化小油槍點(diǎn)火開(kāi)關(guān)，小油槍著火正常，可啟動(dòng)下層兩臺(tái)燃燒器相配套的給粉機(jī)，燃燒器帶粉投入運(yùn)行后，然后粉量逐漸加大，升溫升壓速度用調(diào)整給粉機(jī)轉(zhuǎn)速的方法來(lái)控制，氣化小油槍撤除。

五、應(yīng)用效果

8號(hào)爐整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程使用氣化小油槍點(diǎn)火技術(shù)，累計(jì)年使用51h。和傳統(tǒng)大油槍啟動(dòng)過(guò)程對(duì)比見(jiàn)表3。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，8號(hào)爐使用微油點(diǎn)火技術(shù)比大油槍啟動(dòng)節(jié)約燃料費(fèi)用62 萬(wàn)多元，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

表3 點(diǎn)火啟動(dòng)方式改造前后對(duì)比

通過(guò)此次開(kāi)爐的實(shí)踐表明，微油點(diǎn)火具有以下優(yōu)點(diǎn)：①冷爐點(diǎn)火節(jié)油率高；②不增加飛灰可燃物，可在點(diǎn)火時(shí)，隨時(shí)啟動(dòng)電除塵，起到良好的環(huán)境保護(hù)作用；③冷爐升爐過(guò)程中，平均燃燼率高；④不影響鍋爐效率；⑤系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，便于生產(chǎn)管理。