純氧點火新技術在鍋爐運行中的應用

李秀忠

(華電國際萊城發(fā)電廠，山東萊蕪271113)

純氧點火新技術在鍋爐運行中的應用

A new technology application of pure oxygen ignition in boiler operation

李秀忠

(華電國際萊城發(fā)電廠，山東萊蕪271113)

結合萊陽電廠4臺鍋爐的純氧點火改造，介紹純氧點火的應用原理，給出燃煤鍋爐純氧點火的現場改造方案，并描述了純氧點火的投入和停止過程。經過統(tǒng)計數據表明，純氧點火應用在鍋爐上，節(jié)能和環(huán)保效果良好。

純氧點火；燃煤鍋爐；火電廠；新技術應用；節(jié)能分析

1 概述

華電國際萊城發(fā)電廠4×300 MW機組2號爐為上海鍋爐廠制造，該SG－1025/17.44－M844型鍋爐為亞臨界中間一次再熱控制循環(huán)汽包鍋爐，設計燃煤為高揮發(fā)分煙煤，點火、助燃用油為0號柴油，制粉系統(tǒng)配置3臺BBD4062雙進雙出磨煤機系統(tǒng)。正常工況下投3臺磨煤機帶MCR工況?，F萊城電廠4臺鍋爐已經全部完成純氧點火改造，運行穩(wěn)定，節(jié)能效果良好。

2 鍋爐純氧點火的應用原理

微油點火就是將燃油經機械霧化成超細油滴進行燃燒，從而大幅度提高燃燒效率及火焰溫度。燃燒的火焰剛性強，溫度高達1 500℃－2 000℃，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內直接點燃煤粉燃燒，實現火電廠鍋爐的啟動、滑停及低負荷穩(wěn)燃。微油燃燒產生的高溫火核使煤粉混合物發(fā)生一系列物理和化學反應，從而使煤粉的燃燒速度加快，達到點火并使煤粉加速燃燒的目的。

燃燒過程是空氣中的氧氣參與燃料氧化反應并同時發(fā)出光和熱的過程。采用加氧燃燒使助燃用的氧化劑中的氧濃度高于普通空氣中的氧濃度。加氧點火技術是在成熟的微油點火技術的基礎上應用氧氣助燃，將氧氣送入點火燃燒器內部參與煤粉氣流助燃，既提高了點火燃燒器對劣質燃料的應用范圍〔1〕，又能充分發(fā)揮燃用優(yōu)質燃料的性能，進一步提高點火燃燒器的性能和節(jié)油率。

純氧點火系統(tǒng)的改造是微油點火加氧助燃技術的創(chuàng)新應用，是在成熟的微油點火技術基礎上發(fā)展而來。該系統(tǒng)采用微油點火并加氧助燃，純氧點火依消耗少量的氧為代價，獲取燃料高強度的燃燒、燃盡度的良好效果，節(jié)能效果顯著。具有大幅降低飛灰可燃物、隨時可投入電除塵等特點，另外，具有煙氣排放量低，減少排煙熱損失等特點。由于提高了氧氣燃燒濃度，使得點火及穩(wěn)燃性能大大提高，保證了鍋爐的燃燒穩(wěn)定性〔2〕。

3 鍋爐純氧點火的改造

首臺鍋爐改造應用于萊城發(fā)電廠2號鍋爐，結合2號爐微油點火燃燒器結構，并進行了改造前的論證，確保鍋爐燃燒器在改造后能長期、安全、穩(wěn)定運行，2014年5月2號爐大修中進行了純氧點火改造。純氧點火系統(tǒng)包括油燃燒器、微油點火燃燒器、輔助系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)等。

3.1 燃燒器部分的改造

噴燃器改造為微油點火富氧燃燒器；更換掉原氣化小油槍微油點火系統(tǒng)，改為機械霧化小油槍微油點火系統(tǒng)。

點火油槍的霧化方式為機械霧化:其原理是將具有一定壓力的燃油通過分油器進入霧化旋流片，經過霧化旋流片的切向槽轉變?yōu)樾D液流，離開噴嘴出口處即可形成一股中空的薄膜流，受空氣阻力后破碎成細液滴〔3〕。該種霧化方式系統(tǒng)簡單，霧化效果好，無需設計霧化壓縮空氣回路，同時對燃油壓力穩(wěn)定性要求不高，無需配置單獨的燃油減壓和蓄能裝置，滿足燃油主路油壓即可。

單只油槍設計出力為60～120 kg/h。按燃煤煤質特性設計，單只油槍出力60 kg/h即可滿足點火要求，但考慮到實際使用中煤質下降，設計的油槍出力預留的富裕量，強化煤粉的燃燒，從而提高點火初期煤粉的燃盡度，保證鍋爐運行安全。純氧點火系統(tǒng)油槍參數見表1。

表1 純氧點火系統(tǒng)油槍參數

微油點火燃燒器及純氧點火裝置結構見圖1，微油點火煤粉燃燒器主要由噴口、燃燒筒、濃縮裝置、微油點火器、供氧裝置等組成。

圖1 微油點火燃燒器及純氧點火裝置示意圖

油燃燒器 (油槍、點火槍、油火檢等)放入防磨套筒內，從煤粉彎頭處軸向插入至微油點火燃燒器一級燃燒筒處。徑向插入油火焰易在燃燒器內形成紊流區(qū)，對風粉的正常流動有一定的影響，嚴重時燃燒器內會有積粉、結焦現象；采用軸向插入，油火焰與煤粉氣流方向一致，能有效的避免影響風粉流動、燃燒器內積粉結焦的問題，可有效避免燃燒器避免局部高溫，防止燃燒筒體燒損或結渣。

3.2 供氧系統(tǒng)

供氧系統(tǒng)的組成由供氧站、供氧管道、控制裝置及部分輔助部分組成，供氧系統(tǒng)見圖2。供氧管道包括純氧母管、手動截止閥、排空閥、壓力表等。純氧吹掃管道由小油槍助燃風系統(tǒng)引出。

供氧系統(tǒng)就地控制柜安裝在燃燒器處，控制柜操作盤面裝有純氧運行閥啟停、純氧吹掃閥啟停等按鈕和對應的狀態(tài)指示燈，可實現所對應純氧點火就地控制。另外，輔助設備有純氧運行閥、純氧吹掃閥、純氧總閥、純氧排空閥等就地被控設備以及相應電纜。

圖2 萊城電廠供氧系統(tǒng)圖

4 鍋爐純氧點火的投入與停止

4.1 鍋爐純氧點火系統(tǒng)的啟動準備

4.1.1 鍋爐純氧燃燒系統(tǒng)的檢查

鍋爐純氧點火系統(tǒng)啟動前機械霧化小油槍、噴燃器改造、風道燃燒器改造項目應全部完成。確認噴燃器區(qū)域消防設施齊全，確認噴燃器區(qū)域無積粉、積油現象。

4.4.2 純氧點火系統(tǒng)的操作及注意事項

鍋爐啟動供氧過程中，加強油系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)的泄漏檢查，泄漏嚴重時，關閉液氧站供氧總門和鍋爐角供氧速斷閥、手動門。供氧過程中，鍋爐本體周圍5 m內禁止煙火、動火工作。鍋爐啟動完畢，關閉液氧站供氧總門并上鎖、掛禁止操作牌，氧緩沖罐必須排空。排空時要檢查四周應無煙火、動火工作〔4〕，否則不能排空。

4.2 鍋爐純氧點火系統(tǒng)的啟動

萊城電廠鍋爐燃燒如圖3，啟動時，先啟動引、送風機，進行鍋爐吹掃，吹掃完畢后保持燃油循環(huán)5～10 min，然后關閉A，B一次風機出口聯絡擋板，同時確認A，B助燃風機出口門關閉，B側冷一次風至小油槍助燃、冷卻風隔離門全開。采用變頻方式啟動B一次風機，調整一次風壓8～9 kPa左右。啟動B一次風機后，應就地檢查A一次風機無倒轉情況。

圖3 萊城電廠鍋爐燃燒系統(tǒng)圖

調節(jié)點火風量，打開火檢風至圖像火檢冷卻風門，調整小油槍高壓助燃風壓力1 000～2 000 Pa，保持微油油槍助燃風量900 m3/h。投入4個角微油，調節(jié)周界風風門開度，使小油槍點火著火正常，維持燃燒器壁溫不超過450℃，檢查著火情況。關閉主管路純氧排空閥，切換至純氧站供氧，進行不同投氧方式純氧助燃組合試驗。投入熱一次風母管風道加熱器，確認冷一次風至風道燃燒器助燃、冷卻風供氣手動門關閉，打開壓縮空氣至風道燃燒器供氣總門、至風道燃燒器助燃、冷卻風供氣手動門，至風道燃燒器微油槍吹掃、控制風手動門，及時打開助燃、冷卻風聯箱至微油槍、火檢隔離門。

小油槍的啟動在一次風機啟動后進行〔5〕。小油槍噴出的燃油在微油燃燒器中燃燒，產生的高溫油火焰進入一級燃燒筒，此時開始供氧。燃燒穩(wěn)定后，啟動給、磨煤機，煤粉經過濃縮裝置分成內濃外淡的分布形式，濃相煤粉經過高溫的油火焰火核迅速被點燃并劇烈燃燒，著火燃燒的濃相煤粉又引燃淡相煤粉氣流，混合煤粉燃燒氣流在噴口處又經過二級氧槍的助燃，使煤粉氣流的燃燒得以再次強化，燃燒充分完全。

當達到一定負荷后，可以停止小油槍，只進行投氧助燃。經過純氧助燃后，可提高燃燒速度，促進燃料燃燒完全，減少油粉混合物的排放，減輕對尾部受熱面、催化劑、空預器、電除塵和脫硫系統(tǒng)的影響，并有效防止尾部煙道二次燃燒的發(fā)生，節(jié)約點火時燃油消耗和煤分消耗，提高機組點火經濟性，提高鍋爐效率。

4.3 鍋爐純氧點火系統(tǒng)停止

機組負荷穩(wěn)定時，視燃燒情況，逐只撤出微油槍及供氧系統(tǒng)運行。關閉液氧站供氧總門，確認氧氣系統(tǒng)無壓力，依次關閉母管氣動閥、爐前供氧速斷閥、各角電磁閥，確認爐前排空電磁閥開，打開主管路排空閥。撤出純氧燃燒系統(tǒng)后，確認純氧管路吹掃閥在開位，對純氧系統(tǒng)進行吹掃一次。

5 鍋爐純氧點火節(jié)能分析

萊城電廠4臺鍋爐純氧點火的成功技改后運行穩(wěn)定，在確保鍋爐安全穩(wěn)定運行的前提下，機組啟動用油明顯下降，經過半年的燃油量統(tǒng)計對比經濟效益明顯。2015年1月20日2號機組啟動，純氧點火投入，共燃油4.2 t，相比2014年1月份純氧點火應用前開機用油46.2 t，點火用油大幅下降。

根據運行數據統(tǒng)計，實施純氧點火技改后，機組的啟動用油明顯減少，由全年機組啟動用油數據的對比分析表明，平均每次節(jié)油約16 t左右，燃油節(jié)油量達70%。每年4天機組冷態(tài)啟動按照15次估算，僅啟動用油1項節(jié)約燃油240 t左右，年減少開支100萬元左右，節(jié)能效果良好〔6〕。

6 結論

萊城電廠實施純氧點火后，增加了設備的系統(tǒng)及投資，但是，從運行數據來看，節(jié)能效果良好。下一步將不斷總結鍋爐純氧點火的成功經驗，在鍋爐穩(wěn)定燃燒的前提下，拓展純氧點火的節(jié)能空間。

〔1〕黃新元.電站鍋爐運行與燃燒調整 〔M〕.北京:中國電力出版社，2003.

〔2〕孫學信.燃煤鍋爐燃燒試驗技術與方法 〔M〕.北京:中國電力出版社，2002.

〔3〕范從振.鍋爐原理 〔M〕.北京:中國電力出版社，2009.

〔4〕林宗虎，徐通模.實用鍋爐手冊 〔M〕.北京:化學工業(yè)出版社，2004.

〔5〕張磊.大型鍋爐運行 〔M〕.北京:中國電力出版社，2012.

〔6〕萊城電廠.萊城電廠鍋爐運行規(guī)程 〔S〕.2014.

TM621.2

B

1008-0198(2015)05-0057-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.05.017

李秀忠 (1968)，男，山東萊蕪人，高工，從事發(fā)電廠節(jié)能與脫硫、脫硝環(huán)保技術工作。

2015-01-15 改回日期:2015-03-23