W鍋爐Y型重油油槍堵塞原因分析及對策

朱家英，趙偉剛，郭三虎

(1.中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華中分公司，鄭州 450000；2.西安熱工研究院有限公司，西安 710032)

W鍋爐Y型重油油槍堵塞原因分析及對策

朱家英1，趙偉剛2，郭三虎2

(1.中國大唐集團科學(xué)技術(shù)研究院有限公司華中分公司，鄭州 450000；2.西安熱工研究院有限公司，西安 710032)

W鍋爐Y型油槍燃燒重油高溫下易析碳結(jié)焦，堵塞油槍噴嘴和槍管。針對1臺新建鍋爐調(diào)試啟動過程中油槍出現(xiàn)的連續(xù)滅火、霧化不良、油流量逐漸減小，甚至無油流等油槍堵塞現(xiàn)象，分析其堵塞原因，采取了相應(yīng)的防堵塞改造及優(yōu)化措施。實施這些措施后，油槍堵塞現(xiàn)象明顯改善，在鍋爐以后的啟動過程中，油槍運行良好，再無堵塞現(xiàn)象。從根本上解決了油槍清理問題，可確保油槍長期、持續(xù)運行。

W鍋爐；Y型油槍；重油；堵塞；對策

0 引言

電廠鍋爐燃用的重油發(fā)熱量高、價格低廉，但重油燃燒時也經(jīng)常出現(xiàn)以下問題：(1)高溫下析碳，堵塞油槍噴嘴；(2)黏度過大，流動性差，容易造成槍管堵塞，并且清理困難；(3)噴嘴附近區(qū)域或鍋爐尾部低溫受熱面上結(jié)焦。本文針對1臺新建機組鍋爐在調(diào)試啟動過程中頻繁發(fā)生的油槍堵塞問題，分析其堵塞原因，并給出防止Y型重油油槍發(fā)生堵塞的措施[1-2]。

1 設(shè)備概況

越南某電廠一期工程#1，#2鍋爐系東方鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界壓力、中間一次再熱、自然循環(huán)W火焰鍋爐，型號為DG2028/17.35-Ⅱ8，單爐膛Π型露天島式布置，采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣，全鋼結(jié)構(gòu)平衡通風(fēng)。鍋爐用煤為越南當(dāng)?shù)谻am Pha和Hon Gai的無煙煤。

該工程采用XYQ-3R-1500/50型油槍，該油槍將點火槍、油槍組合在一起，由組合式氣動推進器統(tǒng)一控制。油槍采用Y型噴嘴，由霧化片、鎖緊螺母、接頭組成，與內(nèi)管、外管相連。其中內(nèi)管通蒸汽，外管通重油，Y型噴嘴零件圖如圖1所示。

點火用油為No.2B重油(越南 TCVN 6239—2002標(biāo)準)，每個油槍出力為1 300 kg/h，油槍緊靠煤粉噴嘴布置在拱上，設(shè)計總?cè)萘?0%鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量(BMCR)輸入熱量。油槍技術(shù)參數(shù)見表1。

2 油槍堵塞過程

(1)#1鍋爐吹管期間，重油油槍點燃后就地觀察，火焰明亮呈金黃色，火柱長1 m左右，但火焰剛性不足，回旋卷吸嚴重。油槍二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板開度由小到大，二次風(fēng)總風(fēng)量從520 t/h擴大到1 110 t/h，甚至將二次風(fēng)箱壓力與爐膛壓差提高至0.6 kPa，火焰回旋卷吸現(xiàn)象無明顯改善。

圖1 Y型噴嘴零件

項目參數(shù)型號XYQ-3R油壓/MPa0.3～1.8氣壓/MPa0.3～1.3油黏度/°E<10霧化角/(°)40～120霧化粒徑/μm50～100出力/(kg·h-1)300～6000調(diào)節(jié)比5∶1

隨著鍋爐升溫、升壓，爐膛溫度升高，在燃油、蒸汽參數(shù)幾乎不變的情況下，燃油流量逐漸減小，同時有個別油槍連續(xù)出現(xiàn)滅火現(xiàn)象。將此類油槍從爐膛中抽出檢查，發(fā)現(xiàn)油槍噴嘴被堵塞，槍管也不同程度地被堵塞，槍管中存有大量的重油未被蒸汽吹掃干凈。

僅成功點著3根，單支油槍流量僅有0.4 t/h左右，其余油槍都因無流量而點火失敗。著火油槍的火焰長僅0.4 m左右，且分布不均，噴嘴數(shù)個噴口被堵塞，有斷火現(xiàn)象。拔出油槍檢查，發(fā)現(xiàn)成功著火和有油流的油槍堵塞輕微，可以采用松香水或汽油等有機溶劑浸泡，待碳焦松動后，噴嘴碳焦用鋼刷清理，噴嘴噴口碳焦用鋼絲捅開。槍管堵塞較難處理，先用鋼絲捅開通道，然后在不安裝霧化噴嘴的情況下回裝油槍，用霧化蒸汽進行長時間吹掃，如此重復(fù)三四遍才能保證成功著火，霧化良好。單根油槍清理時間甚至需要2 h，而堵塞嚴重的油槍，已基本報廢，無法再次使用。堵塞現(xiàn)象分別如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 噴嘴外部的堵塞情況

圖3 噴嘴內(nèi)部的堵塞情況

圖4 槍管端部的堵塞情況

3 堵塞原因分析

(1)重油高溫下析碳結(jié)焦，堵塞噴嘴甚至槍管。析碳結(jié)焦是霧化噴嘴堵塞的主要原因，對堵塞霧化噴嘴的物質(zhì)進行化驗，也證實主要是碳素物質(zhì)。析碳的原因有多種：1)油槍處于風(fēng)管當(dāng)中，而熱風(fēng)溫度高，噴口附近有回流區(qū)，高溫?zé)煔饣亓髦劣蜆岊^部，灼烤噴口；2)W鍋爐火焰中心溫度較其他爐型更高，且油槍布置于拱上，更易受到高溫?zé)煔?、水冷壁衛(wèi)燃帶等的輻射加熱。本工程Y型油槍外管流通重油，在輻射熱作用下重油極易析碳結(jié)焦而堵塞噴嘴[3-4]。

(2)油槍的保護套管過短，致使油槍冷卻風(fēng)與二次風(fēng)嚴重竄風(fēng)，減弱了冷卻風(fēng)的剛性，在燃燒器噴口上方形成較大的回流區(qū)或真空區(qū)，造成火焰剛性不足，致使未燃盡的油滴回旋堆積，在油槍噴嘴外部形成焦塊而堵塞噴嘴。

(3)燃油母管濾網(wǎng)過粗，雜質(zhì)不能過濾干凈，進而堵塞噴嘴。

(4)運行操作不當(dāng)，油槍停運方式不合理，未徹底將槍管中的重油吹掃干凈，槍管中殘余的重油在高溫下析碳結(jié)焦而堵塞槍管。

4 防結(jié)焦的技術(shù)措施及效果

4.1 采用新型防堵塞噴嘴

霧化噴嘴結(jié)構(gòu)特性系數(shù)表達式為

(1)

式中:A為霧化噴嘴結(jié)構(gòu)系數(shù)；d0為噴口直徑；R為旋流半徑；n為切向槽數(shù)；a,b為切向槽的寬度和深度。

引入氣流漩渦充滿度系數(shù)

(2)

式中：r為氣體漩渦半徑。

由伯努利方程可推導(dǎo)得流量系數(shù)μ與結(jié)構(gòu)系數(shù)A的關(guān)系式

(3)

霧化噴嘴流量計算式為

(4)

式中：qm為霧化噴嘴流量；d0為噴口直徑；g為重力加速度；ρ為油密度；μ為噴嘴流量系數(shù)；p為噴口入口油壓。

油滴平均直徑和噴口直徑關(guān)系式為

(5)

將式(4)代入式(5)得

(6)

若同時增大噴口和切向槽尺寸，則：(1)d0增大，qm增大(見式(4))，那么無法較大程度地降低單個噴嘴的流量，達到改善霧化的目的(見式(6))；(2)欲保證d0增大或不變時達到小流量，則必須使流量系數(shù)μ減小(見式(4))，又由式(3)可知，μ減小，則霧化噴嘴特性系數(shù)A增大；(3)由式(1)可知，當(dāng)ab也增大時，欲保證A增大，必須使旋流半徑R增大，這樣不僅增加了漩渦室的阻力損失，也使霧化噴嘴直徑增大。

4.2 管道接法由“油包汽”變?yōu)椤捌汀?/p>

增加一級霧化器，同時變更蒸汽、燃油管道連接次序，即由“油包汽”變?yōu)椤捌汀钡墓艿澜臃ā?/p>

在不改變現(xiàn)有介質(zhì)霧化機制的基礎(chǔ)上，采用單級霧化變多級霧化的方式，在霧化噴嘴前增加一級霧化器，增加湍流度，降低混合物的表面張力，進一步提高燃油的霧化效果。同時，調(diào)換霧化蒸汽管與燃油管的連接次序，即由“油包汽”管道接法變?yōu)椤捌汀钡墓艿澜臃?。此種管道連接方式的優(yōu)點為：(1)蒸汽在外管流通，對內(nèi)管流通的重油起到了隔熱作用，減少高溫?zé)煔?、水冷壁衛(wèi)燃帶等對油槍的輻射加熱，進而避免重油高溫下析碳結(jié)焦，堵塞霧化噴嘴甚至槍管；(2)外管流通的蒸汽受到輻射加熱，在一定程度上提高蒸汽的過熱度，更利于重油的霧化。增加一級霧化器后的油槍零件如圖5所示[6]。

圖5 增加一級霧化器后的Y型噴嘴零件

4.3 采取措施避免噴嘴外部油焦堵塞

為減少油槍用風(fēng)(C擋板控制)與乏氣用風(fēng)(A擋板控制)之間的竄風(fēng)，并加強油槍在上部風(fēng)箱面板處的固定支撐，本工程用一個長1.35 m，? 219 mm×4 mm的管子延長每支油槍套管至配風(fēng)器的位置，并與配風(fēng)器相焊接，然后在上部風(fēng)箱面板油槍位置處增加加強板筋，對油槍進行進一步固定支撐，加裝延長套管如圖6所示。改造后，燃燒火焰剛性顯著增強，燃燒器噴嘴上方無回流區(qū)或真空區(qū)，避免未燃盡的油滴回旋堆積而形成焦塊堵塞噴嘴外表面。

圖6 改造后的套管實物

4.4 更換細密濾網(wǎng)延長蒸汽吹掃時間

更換更加細密的濾網(wǎng)并定期清理燃油母管濾網(wǎng)，防止雜質(zhì)堵塞噴嘴噴口。延長油槍蒸汽自動吹掃時間，將蒸汽自動吹掃時間由120 s延長至180 s，盡可能將油管和槍管中存有的重油吹掃干凈，避免油槍停用后殘存的重油高溫下析碳結(jié)焦堵塞槍管。

4.5 優(yōu)化運行操作

停爐操作時，在保證雙進雙出鋼球磨煤機罐體中的煤粉被吹空的情況下快速撤槍，保留運行油槍2～3支，撤出的油槍用蒸汽吹掃15～30min。然后保留運行油槍1支，用蒸汽吹掃剛撤出的油槍10～15min。此操作的目的是避免因爐膛無火觸發(fā)主燃料跳閘(MFT)的同時，延長油槍蒸汽吹掃時間，確保油槍蒸汽吹掃的數(shù)量和質(zhì)量，避免槍管中殘存的重油高溫下析碳結(jié)焦堵塞油槍。

根據(jù)對油槍堵塞原因的分析，采取上述針對性措施后，油槍堵塞情況明顯改善。

5 結(jié)束語

W鍋爐較其他爐型火焰中心溫度更高，采用Y型油槍燃燒重油高溫下易析碳結(jié)焦堵塞油槍噴嘴和槍管。實際案例分析表明，油槍堵塞的原因主要有：重油高溫下析碳；油槍保護套管過短，火焰剛性不足；燃油母管濾網(wǎng)過粗，雜質(zhì)過濾不干凈；油槍停運方式不合理，未徹底將槍管中的重油吹掃干凈等。本文提出的防堵塞改造及優(yōu)化措施實施后，效果明顯。鍋爐在之后的啟動過程中，油槍未發(fā)生堵塞現(xiàn)象，并且從根本上解決了油槍清理問題，可確保油槍長期、持續(xù)運行，為鍋爐在正常啟動和緊急情況下的穩(wěn)燃、助燃提供可靠條件。

[1]馬曉茜.重油強化燃燒技術(shù)探討[J].冶金能源，1997,16(2):45-48.

[2]張少勇，黨小建，伍剛，等.循環(huán)流化床鍋爐床上重油點火啟動結(jié)焦分析及預(yù)防措施[J].電力建設(shè),2013,34(12):78-81.

[3]黃偉，熊蔚立，張建玲，等.600 MW超臨界W型火焰無煙煤鍋爐分級風(fēng)管燒紅原因及對策[J].華中電力，2010,23(5):31-33,36.

[4]張國偉，胡海蓉，郭曉紅.重油燃燒原理及在出口鍋爐上的應(yīng)用[J].鍋爐制造，2012 (4):30-32.

[5]李佛金，陳剛，丘紀華.不易堵塞的小流量油霧化器的設(shè)計及其應(yīng)用[J].華中理工大學(xué)學(xué)報，1996,24(4):94-95.

[6]趙孝保，湯俊山.燃油鍋爐油噴嘴霧化效果分析與改進措施[J].工業(yè)鍋爐，2005(1):32-34.

(本文責(zé)編：白銀雷)

2016-10-12；

2016-11-07

TM 621.7

B

1674-1951(2017)01-0024-03

朱家英(1984—)，男，河南開封人，工程師，工學(xué)碩士，從事火力發(fā)電機組啟動調(diào)試方面的工作(E-mail:shizhe168@163.com)。