渣油燃燒器脫火的原因分析及處理

高 松

(黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030)

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渣油燃燒器脫火的原因分析及處理

高 松

(黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030)

針對某電廠渣油燃燒器在調(diào)試過程中出現(xiàn)燃燒脫火、無法穩(wěn)定燃燒等問題,筆者根據(jù)燃燒學(xué)相關(guān)理論,分析了該廠渣油燃燒器脫火的主要原因,提出加裝蒸汽旋流片、優(yōu)化運行方式、改善配風(fēng)等切實可行的改造措施。結(jié)果表明,油槍霧化效果差,缺乏良好的火焰鋒面是渣油燃燒器脫火的主要原因。該廠鍋爐燃油加熱系統(tǒng)經(jīng)過改造后,優(yōu)化了油系統(tǒng)運行方式,改善了配風(fēng),提高了燃油溫度、爐膛溫度,消滅了渣油燃燒器脫火現(xiàn)象,確保了該廠鍋爐穩(wěn)定燃燒。

燃油燃燒器;燃燒脫火;油霧化;配風(fēng)

某電廠鍋爐點火及穩(wěn)燃用油采用大慶減壓渣油,每只燃燒器共設(shè)有三層油點火燃燒器,作為鍋爐啟動時暖爐、煤粉噴嘴點火和低負荷穩(wěn)燃之用。但是,在該電廠鍋爐調(diào)試過程中,出現(xiàn)了渣油燃燒器脫火、無法穩(wěn)定燃燒等問題。本文根據(jù)燃燒學(xué)相關(guān)理論分析了該廠渣油燃燒器產(chǎn)生的脫火原因,并采取相應(yīng)解決辦法，保證了該廠鍋爐燃油加熱系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行。

1 油槍點火難的原因分析

某電廠鍋爐四角三層12只油槍的熱功率為鍋爐最大連續(xù)負荷時燃料總放熱量的25%,單只油槍熱功率16.41 MW。油槍采用簡單機械霧化,設(shè)計單只油槍額定出力為1400 kg/h,油槍入口油壓力為2.94 MPa;油點火裝置中設(shè)有可伸縮的高能點火器,可直接點燃燃油。

1.1 缺乏良好的火焰鋒面

燃油在爐膛燃燒時,需使燃燒器出口的油霧有一個合適的著火位置或者著火前沿。此前沿過早會燒壞噴口,過晚則不利于燃燒穩(wěn)定,甚至滅火,因此需要確定合適的風(fēng)速。當(dāng)出口的風(fēng)速與火焰?zhèn)鞑ニ俣认嗟葧r,火焰就在該處穩(wěn)定下來。

在鍋爐試運過程中,采用不同的配風(fēng)方式組織燃燒,機械霧化下油系統(tǒng)試運相關(guān)參數(shù)如表1所示,其中OA為油槍層二次風(fēng)擋板,A為緊挨油槍下二次風(fēng)擋板,B為緊挨油槍上二次風(fēng)擋板。

該爐油槍在試驗工況中始終脫火,無法實現(xiàn)穩(wěn)定燃燒,分析其原因為火焰?zhèn)鞑ニ俣群艿?缺乏良好的火焰鋒面。

層流火焰?zhèn)鞑ニ俣萚1-2]為

(1)

式中:a為氣體導(dǎo)溫系數(shù);Q為可燃混合物的反應(yīng)熱;W為反應(yīng)速率;Ta為反應(yīng)的理論燃燒溫度;T0為可燃混合物初溫;E為燃料活化能;R為摩爾氣體常數(shù)。

表1 機械霧化下油系統(tǒng)試運相關(guān)參數(shù)

大尺度強湍流動下的火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?/p>

(2)

式中W′為湍流脈動速度。

由式(1)、式(2)可知,層流、湍流對火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懞艽?。但?現(xiàn)場的客觀條件顯示,油霧反應(yīng)速度為火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲蟮挠绊懸蛩亍Ｓ挽F反應(yīng)速度增加,層流、湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾?反之,火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档汀?/p>

經(jīng)過現(xiàn)場觀測,發(fā)現(xiàn)油的燃燒反應(yīng)極不穩(wěn)定,沒有形成良好的火焰鋒面,火焰?zhèn)鞑ニ俣群艿?。究其原因為油霧燃燒反應(yīng)速率W很低,油霧化效果差。

1.2 霧化效果差

油霧化的原理:液體擴展成薄膜或很細的射流,在運動過程中受到不同性質(zhì)力的作用,形成霧化[3-4]。液體受到不同性質(zhì)的力按照其對霧化的不同作用分為兩種:1)表面張力和粘性力(內(nèi)摩擦力)使液體保持原有的形狀;2)外來作用力(包括液體慣性力和氣動力)通過破壞液體的力平衡狀態(tài),導(dǎo)致液體逐漸失穩(wěn)破碎,使其成為大小不同的液滴。

根據(jù)液體霧化原理,要使液體從整體狀態(tài)全部分散成液滴狀態(tài)，必須經(jīng)歷2個物理過程:1)將液體擴散為很薄的液膜或很細的液束;2)將液膜(或液束)破碎為各種尺寸的液滴群。這是確定霧化結(jié)構(gòu)時應(yīng)遵循的基本原理。霧化粒度d與液膜厚度t之間的關(guān)系[5-6]為

d∝t0.55

(3)

由式(3)可知,在第一階段形成的液膜越薄或液束越細,越容易得到較細的霧化粒度。應(yīng)用機械霧化方式的霧化片如圖1所示。

圖1 霧化片示意圖

燃油經(jīng)過旋流片時,雖然形成旋轉(zhuǎn)運動的薄液束,但老廠燃油加熱系統(tǒng)最大能力是把油溫提高到120 ℃,始終低于設(shè)計值130～150 ℃。燃油實際運行時的粘度遠大于設(shè)計粘度,油溫度低,其粘性力大,油液束流經(jīng)霧化片時無法有效破碎成更細的液滴群,霧化效果變差,以致燃燒難度增加,不能形成良好的火焰鋒面,出現(xiàn)脫火、淌油等問題。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計

在燃油系統(tǒng)設(shè)計時,4號角油槍的進油管比2號角油管路長,所以沿途阻力大,管道的節(jié)流、散熱損失大,造成了燃油溫度下降、粘度增加,循環(huán)效果變差,燃油優(yōu)先在近路(如2號角)循環(huán)。雖然老廠加熱系統(tǒng)大幅度提升了油溫,但是4號角油溫變化并不顯著,燃油也沒有形成有效的循環(huán),以致4號角油槍在實際試運過程中的霧化效果最差。

1.4 油槍堵塞

油槍管道經(jīng)過吹掃,仍有部分殘屑存留,堵塞油槍的分油嘴,直接影響到油的霧化效果。

2 改造方案

2.1 加裝蒸汽旋流片

由于某電廠鍋爐燃油加熱系統(tǒng)機械霧化方式無法達到理想的霧化效果,因此,在油槍機械霧化的基礎(chǔ)上,在油噴嘴外面加1個蒸汽旋流片。這樣經(jīng)旋流片噴出的蒸汽,可以起到加熱油滴、改善油霧化效果的作用。

旋流片的旋流角度對油槍的穩(wěn)燃有很大的影響。若進入油霧化角的蒸汽過多,則油不易點燃,很容易熄火;反之,蒸汽偏離油霧化角很遠,其對油穩(wěn)燃的作用也不大。通過反復(fù)試驗,得出試驗結(jié)果:在蒸汽噴出油槍后,要盡可能貼近油霧化角,以保證鍋爐穩(wěn)定運行;根據(jù)霧化蒸汽的壓力和溫度,調(diào)節(jié)霧化蒸汽的流量,即噴出的蒸汽能使噴嘴出口的燃油得到有效加熱,同時蒸汽在膨脹時,可以將蒸汽附近的油進一步破碎為更細的油霧。

2.2 優(yōu)化油系統(tǒng)運行方式

1) 當(dāng)鍋爐處于低負荷、燃燒不穩(wěn)定需要油進行助燃時,燃油系統(tǒng)的循環(huán)狀態(tài)為四角循環(huán)。

2) 鍋爐處于正常燃燒狀態(tài)、燃料為煤粉、油槍作為備用時,可將燃油系統(tǒng)轉(zhuǎn)至油母管循環(huán),并利用油槍進油管與油槍的蒸汽吹掃管對爐前燃油系統(tǒng)供、回油管道進行吹掃。

3) 機組需要油助燃時,將燃油系統(tǒng)轉(zhuǎn)至爐前四角循環(huán),這樣能有效防止?fàn)t前油管的重油凝結(jié)。

通過反復(fù)試運表明:鍋爐冷態(tài)投入油槍時,宜先投入1、3號角的油槍,再投入4號角油槍,能保證較高的點火成功率。通過各種工況比對,得到油的燃燒狀態(tài)最佳運行工況,如表2所示。

表2 油系統(tǒng)改造后試運相關(guān)參數(shù)

從表2可以看到,OA層開度初始時設(shè)定為24%,逐步調(diào)整風(fēng)門開度,火焰穩(wěn)定時的開度為55%。

2.3 提高燃油溫度和爐膛溫度

在機組啟動之前,要求油區(qū)盡力提高供油溫度,同時提前24 h,提高爐前燃油系統(tǒng)伴熱蒸汽的壓力和溫度,開大燃油伴熱的蒸汽量;適當(dāng)提高油壓,加大燃油循環(huán)量,以提高循環(huán)效率、建立良好的油循環(huán)。

在鍋爐點火前,投入爐底加熱系統(tǒng),以提升爐膛的出口溫度到100 ℃以上,減小了水冷壁冷輻射對油燃燒時的影響,有利于油槍的點火及穩(wěn)燃。

2.4 改善配風(fēng)

配風(fēng)對油滴粒徑影響很小,對霧化錐的形態(tài)影響很大,過多的配風(fēng)會使多余的冷空氣進入燃燒區(qū)域而帶走熱量,降低燃燒的穩(wěn)定性。

通過增加穩(wěn)燃罩出口風(fēng)的旋轉(zhuǎn)強度和加裝穩(wěn)燃環(huán),提高旋轉(zhuǎn)氣流中心負壓,卷吸周圍更多的高溫?zé)煔饣亓?形成穩(wěn)定的點火源。同時,避免配風(fēng)過大,出現(xiàn)脫火、熄火現(xiàn)象。通過不同工況下的試驗,得出最佳配風(fēng)。

2.5 加強維護

在油槍點火前,加大油槍管的吹掃,保持油槍內(nèi)部干凈,投油前檢查油槍的清潔度。

3 改造后的效果

通過對該爐燃油加熱系統(tǒng)進行改造后,油槍霧化效果理想,脫火現(xiàn)象消失,燃油能實現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒,成功解決了該爐燃油加熱系統(tǒng)油槍脫火問題。同時,建議改造老廠燃油加熱系統(tǒng),使油溫提高到設(shè)計值,改善渣油的燃燒狀況。

4 結(jié) 論

1) 油槍霧化效果差,缺乏良好的火焰鋒面是某電廠鍋爐渣油燃燒器脫火的主要原因。

2) 火焰前鋒和風(fēng)速的合理搭配才能實現(xiàn)火焰穩(wěn)定燃燒。

3) 通過加裝蒸汽旋流片,改善油的霧化效果,優(yōu)化了油系統(tǒng)運行方式,改善了配風(fēng),提高了燃油溫度、爐膛溫度,解決了油燃燒器的脫火問題。

[1] 陳春元.大型煤粉鍋爐燃燒設(shè)備性能設(shè)計方法[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2002. CHEN Chunyuan. Performance design for combustion equipment of large-scale pulverized coal boiler[M]. Harbin: Harbin Institute of Technology Press, 2002.

[2] 常弘哲,張永康,沈際群.燃料與燃燒[M]. 上海:上海交通大學(xué)出版社,1993. CHANG Hongzhe, ZHANG Yongkang, SHEN Jiqun. Fuel and combustion[M]. Shanghai:Shanghai Jiaotong University Press, 1993.

[3] 宋衛(wèi)國,郭培全. 燃油燃燒器的霧化與燃燒仿真研究[J]. 中國粉體技術(shù),2010(16):17-18. SONG Weiguo, GUO Peiquan. Research on atomization and combustion simulation of oil combustor[J]. China Powder Science and Technology, 2010(16):17-18.

[4] 李廣軍,王新軍,向宇,等.燃油噴嘴氣液兩相流霧化特性研究[J].熱能動力工程,1999,4(14). LI Guangjun, WANG Xinjun, XIANG Yu, et al. A study of the two phase flow atomizing characteristics of oil spray nozzles[J]. Journal of Engineering for Thermal Energy and Power, 1999, 4(14).

[5] 張磊,張柏清,郭紫貴. 多級霧化燃油燒嘴的研究[J]. 節(jié)能,2003(3):14-15. ZHANG Lei, ZHANG Boqing, GUO Zigui. Research on multistage atomization oil spray nozzle[J]. Energy Conservation, 2003(3):14-15.

[6] 葉彩霞,劉全清.燃油燃燒器的設(shè)計與應(yīng)用[J]. 工業(yè)加熱,1999(1). YE Caixia, LIU Quanqing. Design and application of oil-fired burners[J]. Industrial Heating, 1999(1).

(責(zé)任編輯 侯世春)

Cause analysis and treatments of residual oil burner flameout

GAO Song

(Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China)

Aiming at the problems of the residual oil burner taking place during debugging in a power plant, such as combustion flameout, unsteady combustion and so on, the author analyzed the main causes according to the related combustion theories, and proposed the feasible reform plan, including the installation of steam swirl plate, the optimization of operation mode and the improvement of air distribution. The result shows that the main reasons for residual oil burner flameout are ineffective atomization of oil gun and flame front. After the reform of boiler oil heating system, the steady combustion of the boiler is guaranteed with optimized operation mode of oil system, improved air distribution, and increased temperature of oil and furnace without flameout.

oil burner; combustion flameout; oil atomization; air distribution

2015-08-18。

高 松(1986—),男,碩士研究生,從事鍋爐燃燒研究工作。

TK223.23

A

2095-6843(2016)02-0182-03