微油點(diǎn)火技術(shù)的改造及效果分析

孫國(guó)春

(合肥第二發(fā)電廠，安徽 合肥 231607)

1 機(jī)組和鍋爐設(shè)備概況

合肥第二發(fā)電廠1 號(hào)爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-1156/17.4 YM1 型單汽包自然循環(huán)、懸吊∏型布置、全露天、煤粉爐。其主要參數(shù)如表1 所示。

表1 鍋爐主要參數(shù)

鍋爐有24 個(gè)燃燒器，分6 層布置，燃燒器采用大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)，煤粉燃燒器總熱容量為31.91×106kcal/h。1 號(hào)爐配有12 支油槍，分3層布置，每支油槍出力為2 000 kg/h。設(shè)計(jì)煤種為淮南花家湖煙煤，校核煤種為淮南煙煤(A)，淮北煙煤（B）。該爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置3臺(tái)SVEDALA12′6″Х18′0″型雙進(jìn)雙出球磨機(jī)。

2 微油點(diǎn)火技術(shù)基本原理

2.1 微油氣化燃燒原理

微油氣化燃燒的工作原理是，利用機(jī)械霧化將燃料油擠壓、撕裂、破碎，產(chǎn)生超細(xì)油滴后通過(guò)高能點(diǎn)火器引燃，同時(shí)巧妙地利用燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)燃油進(jìn)行加熱、擴(kuò)容，使燃油在極短的時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)氣化。由于燃油是在氣化狀態(tài)下燃燒的，其火焰溫度得到大大提高，燃燒時(shí)間急劇縮短，并且氣化后的火焰呈藍(lán)色，傳播速度快，中心溫度高達(dá)1 500～2 000 ℃，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)直接點(diǎn)燃一級(jí)煤粉，從而實(shí)現(xiàn)電站鍋爐啟動(dòng)、停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃。

2.2 冷爐微油點(diǎn)火燃燒器工作原理

冷爐微油點(diǎn)火燃燒器的工作原理是，微油氣化油槍與高強(qiáng)度油燃燒室配合，燃燒后形成溫度很高的油火焰，將高溫油火焰引入煤粉燃燒器一級(jí)燃燒區(qū)，當(dāng)濃相煤粉通過(guò)氣化燃燒高溫火核時(shí)，煤粉溫度急劇升高、破裂粉碎，釋放出大量的揮發(fā)分，并迅速著火燃燒；已著火燃燒的濃相煤粉在二次室內(nèi)與稀相煤粉混合并點(diǎn)燃稀相煤粉，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，大大減少了煤粉燃燒所需引燃的能量。滿足了鍋爐啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃的需求。

3 微油點(diǎn)火系統(tǒng)

微油點(diǎn)火系統(tǒng)由油燃燒系統(tǒng)、微油點(diǎn)火煤粉燃燒器、壓力冷風(fēng)系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)四大部分組成。在點(diǎn)火和穩(wěn)燃狀態(tài)下，微油點(diǎn)火煤粉燃燒器的出力可以在2 000 ～10 000 kg/h 煤粉時(shí)保持穩(wěn)定燃燒。微油點(diǎn)火所有熱工控制及顯示信號(hào)，均由微油PLC 系統(tǒng)統(tǒng)一調(diào)控，能夠滿足就地手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程程序控制。

3.1 油燃燒系統(tǒng)

微油點(diǎn)火燃燒器油系統(tǒng)油壓可根據(jù)該廠1 號(hào)爐燃油系統(tǒng)油壓≤1.4 MPa 的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且不影響原燃油系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保留原有的大油槍，保證大油槍可隨時(shí)正常投用。

油系統(tǒng)的具體參數(shù)為：最低油壓0.8 MPa；最高油壓1.4 MPa；單支消耗量30 kg/h。

氣化油槍配備有高能油燃燒室，高能點(diǎn)火器以及油火檢系統(tǒng)等設(shè)備，燃燒溫度可達(dá)1 800～2 000 ℃，為點(diǎn)燃煤粉創(chuàng)造了很好的條件。由于原燃油系統(tǒng)可能含有較多雜質(zhì)，故采用2 級(jí)過(guò)濾，以保證不會(huì)有雜質(zhì)堵塞微油高能氣化油槍。

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)考慮到對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性，在A層各角各加裝1 根輔助氣化油槍。輔助氣化油槍的出力與主油槍一致，均為30 kg/h，并配有吹掃風(fēng)，從而確保輔助油槍不積碳、不粘污。

3.2 微油煤粉燃燒器

根據(jù)該廠1 號(hào)爐燃用煤質(zhì)的情況，將拆除該爐A1 層(最下層主燃燒器)原1～4 號(hào)角的煤粉燃燒器，將其改造成微油點(diǎn)火燃燒器，并將微油煤粉燃燒器設(shè)計(jì)成圓形結(jié)構(gòu)，以保持煤粉風(fēng)室流通面積與原一次風(fēng)管面積一致。

微油煤粉燃燒器采用3 級(jí)放大引燃方式，當(dāng)煤粉被流線型濃淡分離裝置濃縮后，濃相煤粉通過(guò)1級(jí)燃燒室，受到高溫油火焰的沖擊加熱，快速析出揮發(fā)分，并迅速引燃。第1 級(jí)引燃的煤粉再引燃第2 級(jí)和第3 級(jí)煤粉，從而達(dá)到在冷爐狀態(tài)下，用微油點(diǎn)燃煤粉的目的。微油點(diǎn)火燃燒器不僅可以作為點(diǎn)火以及低負(fù)荷穩(wěn)燃燃燒器使用，而且在正常運(yùn)行時(shí)還可以作為主燃燒器使用。

微油燃燒系統(tǒng)主要參數(shù)如表2 所示。

表2 微油點(diǎn)火燃燒器主要設(shè)計(jì)參數(shù)

3.3 壓力冷風(fēng)系統(tǒng)

壓力冷風(fēng)的作用主要有以下3 個(gè)：

(1)為微油油槍提供充分燃燒的氧量；

(2)為氣化油槍提供冷卻；

(3)為高強(qiáng)度油燃燒室提供壁面冷卻。

壓力冷風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)如表3 所示。

表3 壓力冷風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)

3.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制系統(tǒng)與爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)(FSSS)及分散控制系統(tǒng)(DCS)相接。

4 微油點(diǎn)火技術(shù)在運(yùn)行中的實(shí)際運(yùn)用

4.1 鍋爐升溫升壓速率控制

根據(jù)鍋爐運(yùn)行規(guī)程，要嚴(yán)格控制鍋爐的升溫升壓曲線，對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)，當(dāng)其進(jìn)行微油冷爐啟動(dòng)時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整磨煤機(jī)出力對(duì)其進(jìn)行控制。

鍋爐進(jìn)行冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，可使用4 臺(tái)微油點(diǎn)火燃燒器代替原有的2根大油槍(2 000 kg/h)進(jìn)行啟動(dòng)，根據(jù)能量相等原理，并考慮煤粉的燃燒效率，通過(guò)計(jì)算得出啟動(dòng)時(shí)所需的總粉量為11.4 t/h，折合每個(gè)角為2.85 t/h。根據(jù)溫州電廠300 MW 機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并考慮點(diǎn)火初期煤粉燃燒效率不高的因素，將磨煤機(jī)的出力控制在15 t/h 左右，既可以滿足鍋爐升穩(wěn)、升壓的要求，又可以滿足磨煤機(jī)最低出力的要求。

一次風(fēng)管道的風(fēng)速設(shè)計(jì)為22 m/s，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出此時(shí)一次風(fēng)的煤粉濃度為0.344 kg/kg，完全符合微油點(diǎn)火的要求。鍋爐啟動(dòng)后，由于給粉量通過(guò)磨煤機(jī)實(shí)現(xiàn)連續(xù)可調(diào)節(jié)，因此可以滿足鍋爐啟動(dòng)時(shí)的升溫升壓曲線。

4.2 微油點(diǎn)火燃燒器冷態(tài)啟動(dòng)程序

(1)按機(jī)組正常啟動(dòng)順序，先投大油槍，當(dāng)一次風(fēng)溫度達(dá)到啟磨條件后，再投入A 磨煤機(jī)。

(2)A 磨具備啟磨條件，投入微油油槍，然后制粉系統(tǒng)制粉，并根據(jù)著火情況，調(diào)整各參數(shù)至最佳值，當(dāng)著火穩(wěn)定后，逐步退出大油槍，調(diào)整容量風(fēng)至適當(dāng)出力運(yùn)行。

(3)根據(jù)鍋爐升溫、升壓曲線，逐漸調(diào)整磨煤機(jī)的容量風(fēng)以調(diào)整出粉量，觀察爐膛出口煙溫和爐內(nèi)燃燒情況，如燃燒穩(wěn)定，則可繼續(xù)增加磨煤機(jī)的出粉量，同時(shí)觀察爐膛出口煙溫是否超限。從而完成汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)、定速，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)等工作。

(4)在鍋爐負(fù)荷超過(guò)30 %BMCR 后，可以視鍋爐負(fù)荷情況逐次地投入主燃燒器，當(dāng)達(dá)到不投油穩(wěn)燃負(fù)荷時(shí)，再逐次將微油點(diǎn)火燃燒器退出運(yùn)行，此時(shí)4 臺(tái)微油點(diǎn)火燃燒器可以作為主燃燒器運(yùn)行。

(5)逐次啟動(dòng)其他磨煤機(jī)，鍋爐升負(fù)荷。

4.3 停爐程序

(1)機(jī)組降負(fù)荷，逐次停止上層對(duì)角燃燒器和對(duì)應(yīng)的磨煤機(jī)運(yùn)行。

(2)當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降至最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷后，啟動(dòng)微油點(diǎn)火燃燒器。

(3)機(jī)組繼續(xù)降負(fù)荷，逐次對(duì)角停用下2 層主燃燒器。

(4)機(jī)組降負(fù)荷，磨煤機(jī)調(diào)整容量風(fēng)風(fēng)量逐漸減小出力。

(5)下層燃燒器對(duì)應(yīng)的磨煤機(jī)給煤量降至最低出力，根據(jù)需要，停用下層燃燒器對(duì)應(yīng)的磨煤機(jī)，微油點(diǎn)火及超低負(fù)荷穩(wěn)燃燃燒系統(tǒng)停用，鍋爐滅火。

5 效果分析

5.1 節(jié)省燃料費(fèi)用

1 號(hào)爐燃油按800 t/年計(jì)，燃油價(jià)格為0.58萬(wàn)元/t(市場(chǎng)價(jià))，每個(gè)角微油槍出力為60 kg/h，大油槍平均出力為2 179 kg/h，由于點(diǎn)火初期需使用大油槍進(jìn)行暖爐，大油槍使用時(shí)間約為2 h，因此，節(jié)油率比從冷態(tài)下投微油點(diǎn)火燃燒器略低，以90 %計(jì)算。則可得出：

節(jié)省燃油量為800×90 %=720 t，

燃油耗費(fèi)為0.58×720=417.6 萬(wàn)元。

燃油的低位熱值按4.187×104kJ/kg 計(jì)算，1號(hào)爐煤種按平均低位發(fā)熱值21 000 kJ/kg 計(jì)算，到廠煤價(jià)按400 元/t 計(jì)算，則按發(fā)熱量相等原則所需的原煤費(fèi)用為：

4.187×104×720÷21000÷0.7×400÷10 000=82 萬(wàn)元

其中：0.7 為初始點(diǎn)火時(shí)煤粉燃燼率。

設(shè)計(jì)煤種發(fā)熱量為21 000 kJ/kg，原煤消耗為4.187×104×720÷21 000÷0.7=2 050.8 t，制粉單耗按7.9 kWh/t，用電價(jià)格按0.4 元/kWh 計(jì)算，則耗電費(fèi)用為2 050.8×7.9×0.4/10 000=0.65 萬(wàn)元。

經(jīng)以上計(jì)算，1 臺(tái)機(jī)組1年節(jié)油費(fèi)為417.6－82-0.65=334.95 萬(wàn)元。

5.2 鍋爐超低負(fù)荷運(yùn)行

由于微油技術(shù)非?？煽?，在機(jī)組設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以在投用微油時(shí)保持鍋爐超低負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，極大地提高和改善鍋爐的穩(wěn)燃性能，既可節(jié)省大量燃油費(fèi)，又可提高鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行的可靠性。

5.3 尾部二次燃燒問(wèn)題

鍋爐尾部煙道引起二次燃燒的主要原因是，由于大油槍燃燒不完全，使未燃燒的油滴進(jìn)入尾部煙道，并積存在尾部煙道上，這些油滴受煙道內(nèi)高溫?zé)煔獾募訜釟饣瘡亩鸲稳紵?。微油點(diǎn)火不會(huì)發(fā)生尾部煙道二次燃燒，其主要原因如下。

(1)微油槍出力非常微小(單角60 kg/h)，燃燒非常充分，不存在剩余未燃燼的油滴進(jìn)入尾部煙道的情況，因此尾部煙道不存在因?yàn)槭Ｓ嗟挠偷螝饣鸬亩稳紵?/p>

(2)鍋爐冷態(tài)微油點(diǎn)火進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，煤粉燃燒效率只有70 %～80 %，剩余未燃燼的煤粉雖然進(jìn)入了尾部煙道，但是由于煤粉的揮發(fā)分基本已燃燼（經(jīng)實(shí)地測(cè)定飛灰中揮發(fā)分含量為2 %），因此進(jìn)入鍋爐尾部煙道的未燃燼的煤粉絕大部分是固定碳。固定碳的著火非常困難(著火點(diǎn)在1 000℃左右)，而尾部煙道達(dá)不到這么高的溫度，因此沒(méi)有引發(fā)二次燃燒的條件。此外，為了加強(qiáng)運(yùn)行的安全性，在利用微油點(diǎn)火進(jìn)行鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，可以增加尾部煙道吹掃的次數(shù)，來(lái)防止未燃燼煤粉的堆積量。微油改造實(shí)踐也表明，進(jìn)行微油改造后機(jī)組運(yùn)行安全可靠，未發(fā)生任何二次燃燒和爆燃的事故。

5.4 環(huán)保效益

鍋爐在啟動(dòng)和停爐過(guò)程中，因?yàn)閾?dān)心未燃燼的燃油在電除塵器電極上沉積，對(duì)電除塵產(chǎn)生破壞，因此不投用電除塵。采用微油技術(shù)后，由于燃油量非常微小且燃燼率極高，不存在未燃燼的燃油在電除塵電極上沉積的問(wèn)題，因此可提前投入電除塵。這樣就大幅度減少了粉塵的排放，避免了環(huán)境污染，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。