機(jī)械霧化油槍點(diǎn)火失敗的原因分析及對(duì)策

摘 要：伊拉克華事德項(xiàng)目燃油啟動(dòng)鍋爐在試運(yùn)期間多次點(diǎn)火失敗。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，對(duì)機(jī)械霧化輕油槍點(diǎn)火技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行分析。并且調(diào)整供油壓力，重新調(diào)整點(diǎn)火電極的位置，成功解決了點(diǎn)火失敗的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：機(jī)械霧化；油槍；點(diǎn)火

2012年11月13日伊拉克華事德燃油電站項(xiàng)目一期4×330MW工程開(kāi)始對(duì)一期燃油（輕油）啟動(dòng)鍋爐首次點(diǎn)火、并進(jìn)行輔助蒸汽管道的吹掃、一期#2鍋爐開(kāi)始酸洗試運(yùn)工作。試運(yùn)期間啟動(dòng)爐多次點(diǎn)火失敗，拖延了試運(yùn)進(jìn)度。電站啟動(dòng)鍋爐除在首臺(tái)機(jī)組試運(yùn)和啟動(dòng)時(shí)提供輔汽外，還在機(jī)組正常運(yùn)行期間保持備用狀態(tài)，以保證機(jī)組缺輔汽時(shí)能夠及時(shí)投用。所以必須保證啟動(dòng)鍋爐燃燒器隨時(shí)能點(diǎn)火投用。本文通過(guò)油槍的現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)火試驗(yàn)的方法，并結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)機(jī)械霧化油槍點(diǎn)火失敗的原因進(jìn)行分析，并且提出解決方案。

1 設(shè)備概況

伊拉克華世德電站啟動(dòng)爐采用歐保EC12R全自動(dòng)可調(diào)節(jié)輕油燃燒器。該燃燒器配備主油槍、點(diǎn)火槍各一支，均為機(jī)械霧化輕油搶，且出廠前各部件已安裝調(diào)整完畢，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需調(diào)整可以直接使用。點(diǎn)火槍和主油槍的設(shè)計(jì)工作油壓為2.5-3.5MPa。燃燒器為兩級(jí)點(diǎn)火，先由點(diǎn)火電極點(diǎn)燃點(diǎn)火槍，再用點(diǎn)火槍點(diǎn)燃主油槍。油槍參數(shù)見(jiàn)表1。

如圖1所示，點(diǎn)火油槍由槍管、可調(diào)絕緣子、點(diǎn)火電極、油槍噴嘴組成。點(diǎn)火電極為一正一負(fù)兩根金屬絲。點(diǎn)火電極和可調(diào)絕緣子為一個(gè)整體，用螺絲固定在槍管的凸臺(tái)上，可以通過(guò)改變可調(diào)絕緣子的位置來(lái)調(diào)節(jié)點(diǎn)火電極末端與燃油霧化錐面的距離。點(diǎn)火電極末端的放電距離可以通過(guò)彎折兩根金屬絲來(lái)調(diào)整。

2 油槍點(diǎn)火技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)分析

在油槍正常配風(fēng)的情況下，油槍點(diǎn)火成功的關(guān)鍵是油槍霧化效果好并且點(diǎn)火電極放出的高能電弧能與油霧接觸。經(jīng)歷多次點(diǎn)火失敗后，將點(diǎn)火槍從燃燒器上拆下，在空曠處固定好，針對(duì)影響點(diǎn)火的各個(gè)可調(diào)量進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)，并且對(duì)可調(diào)量影響點(diǎn)火的原因進(jìn)行分析。試驗(yàn)中，由于現(xiàn)場(chǎng)條件有限，沒(méi)有專業(yè)測(cè)量工具，電弧長(zhǎng)度、電弧強(qiáng)度、油霧粒度等測(cè)量結(jié)果只能通過(guò)實(shí)際觀察定性分析。

2.1 供油壓力

2.1.1 霧化機(jī)理

如圖2，油從切向進(jìn)油孔進(jìn)入霧化器的旋流室后，一邊旋轉(zhuǎn)一邊流向旋流室的中心，最后由噴嘴噴出。油從切向進(jìn)油孔進(jìn)入旋流室時(shí)，油的流速較低，動(dòng)能比較小，油壓較高；越靠近旋流室的出口，油的流速越高，動(dòng)能越大，壓力越低。在旋流室中心線離油噴出口一定距離處，油的壓力降到和霧化器外面氣體壓力一樣；如果再往外，油的壓力將低于外面氣體的壓力，外面的氣體就被吸入霧化器。所以，霧化器中心是一個(gè)氣體的漩渦，油從噴嘴出口處的一個(gè)環(huán)形截面旋轉(zhuǎn)著噴出。油的旋轉(zhuǎn)越強(qiáng)烈，氣體漩渦越大。油離開(kāi)噴嘴后，沒(méi)有固定壁的限制，擴(kuò)散成一個(gè)錐型的油膜即霧化錐面的湍流區(qū)。錐型油膜處于湍流流態(tài)，錐型油膜經(jīng)過(guò)一段距離后就開(kāi)始破碎，形成液體碎片即霧化錐面過(guò)渡區(qū)。油膜破碎后形成的液體碎片或者細(xì)絲在湍流及碎片與空氣相互作用下進(jìn)一步破碎成非常小的油滴，形成油霧，為霧化錐面霧化區(qū)。在離噴口一定距離處，做一與霧化器軸線垂直線，垂線與油霧邊界有兩交點(diǎn)，兩交點(diǎn)與噴口中心的連線的夾角為霧化角。

2.1.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

將點(diǎn)火電極向油槍噴油方向移動(dòng)到頭后固定死，在油槍的所有部件及位置不變的情況下，通過(guò)調(diào)整供油壓力，對(duì)點(diǎn)火槍的霧化效果及點(diǎn)火情況進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2。通過(guò)試驗(yàn)可知：

（1）供油壓力小于1.2MPa時(shí)，噴出的油湍流強(qiáng)度不夠。在油的表面張力及氣體漩渦產(chǎn)生的負(fù)壓的共同作用下，形成的霧化角較小，霧化推遲，霧化效果不好，霧化后的油滴粒徑大，湍流區(qū)寬度較寬，使得霧化區(qū)向后推移，點(diǎn)火電極放出的電弧與霧化區(qū)分離，點(diǎn)火失敗。

（2）供油壓力從1.4升到2.0，油的湍流作用逐漸克服油的表面張力及氣體漩渦產(chǎn)生的負(fù)壓，霧化角從85°擴(kuò)大到90°。湍流強(qiáng)度的逐漸加強(qiáng)，使得霧化效果變好，霧化后的油滴粒徑變小，湍流區(qū)寬度逐漸縮短至25mm，點(diǎn)火電極放出的電弧能與霧化區(qū)接觸，點(diǎn)火成功。

（3）供油壓力從2.0MPa升到2.2MPa，湍流強(qiáng)度繼續(xù)增強(qiáng)，氣體漩渦繼續(xù)擴(kuò)大，霧化錐面內(nèi)的負(fù)壓的作用加強(qiáng)，霧化角從90°縮小到89°，霧化效果很好，霧化后的油滴粒徑很小。湍流寬度也有所加寬，此時(shí)電弧與霧化面任然可以接觸，點(diǎn)火成功。

（4）供油壓力從2.4MPa升到2.6MPa，湍流強(qiáng)度繼續(xù)增強(qiáng)，此時(shí)氣體漩渦產(chǎn)生的負(fù)壓作用增強(qiáng)，對(duì)霧化角的影響增大，霧化角從87°縮小到85°，霧化效果很好，霧化后的油滴粒徑很小。湍流區(qū)寬度從38mm逐漸增加至39mm，點(diǎn)火電極放出的電弧不能與霧化區(qū)接觸，點(diǎn)火失敗。

2.2 點(diǎn)火電極放電端與燃油霧化錐面的距離

調(diào)整供油壓力為2.0MPa，在不改變其他條件的情況下，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)絕緣子的前后位置改變點(diǎn)火電極放電端和霧化錐面的距離（點(diǎn)火距離），并且進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。通過(guò)試驗(yàn)的觀察，點(diǎn)火電極放電端離燃油霧化錐面太遠(yuǎn)，放電產(chǎn)生的電火花不能接觸到油霧，導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。若點(diǎn)火電極離燃油霧化錐面太近，或者穿過(guò)了霧化錐面，電極在點(diǎn)火的時(shí)候會(huì)被油霧沖刷，在電極表面形成油膜，降低放電的強(qiáng)度，導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。

2.3 正負(fù)電極放電端的距離

調(diào)整供油壓力為2.0MPa，在不改變其他條件的情況下，調(diào)整兩個(gè)點(diǎn)火電極的放距離，進(jìn)行點(diǎn)火試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。放電距離太近，放電強(qiáng)度強(qiáng)，但是電弧很短。電弧不能被燃油霧化時(shí)在霧化錐外表面產(chǎn)生的氣流帶到油霧中，導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。放電距離太遠(yuǎn)，電弧長(zhǎng)度長(zhǎng)，但是放電強(qiáng)度弱，甚至沒(méi)有電弧放出或者在倆電極的其他距離最近處放電，導(dǎo)致點(diǎn)火失敗。

4 試運(yùn)期間點(diǎn)火問(wèn)題及處理措施

4.1 點(diǎn)火槍供油壓力高造成點(diǎn)火失敗

華事德電站啟動(dòng)爐輕油系統(tǒng)如圖3所示。點(diǎn)火槍用油取自主油槍供油管道上閥2后。閥2為手動(dòng)調(diào)節(jié)的泄壓閥，閥位調(diào)整到能保證主油槍設(shè)計(jì)工作油壓后鎖死不變。設(shè)計(jì)點(diǎn)火槍的工作油壓和主油槍工作壓力為2.5-3.5MPa。但是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可知，點(diǎn)火槍油壓在1.3-2.3MPa范圍內(nèi)都能正常點(diǎn)火。將點(diǎn)火槍裝到燃燒器后，油壓在1.8-2.0MPa時(shí)點(diǎn)火成功率達(dá)100%。顯然設(shè)計(jì)供油壓太高。

經(jīng)過(guò)與廠家的溝通，將閥1進(jìn)行節(jié)流，使點(diǎn)火油壓為2.0MPa。主油槍點(diǎn)著后將閥1全開(kāi)。但是通過(guò)啟動(dòng)爐的升負(fù)荷調(diào)試發(fā)現(xiàn)，燃燒器的負(fù)荷偏大，啟動(dòng)爐升壓太快，且有超壓的可能。由此判斷，主油槍的設(shè)計(jì)油壓也偏高。經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整，主油槍油壓在2.0時(shí)不僅可以滿足點(diǎn)火要求，而且可以使鍋爐出力達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2 點(diǎn)火電極位置不合適造成點(diǎn)火失敗

由于電極強(qiáng)度不夠，點(diǎn)火槍的兩根電極打火點(diǎn)的相對(duì)距離容易受風(fēng)吹和振動(dòng)而發(fā)生變化，導(dǎo)致電極的放電強(qiáng)度有時(shí)強(qiáng)有時(shí)弱；而且，電極打火點(diǎn)與燃油的霧化面的相對(duì)位置容受震動(dòng)及風(fēng)影響而改變，導(dǎo)致電弧不能接觸燃油的霧化區(qū)?？紤]到點(diǎn)火槍實(shí)際點(diǎn)火時(shí)，有助燃風(fēng)的作用會(huì)使電弧的長(zhǎng)度比試驗(yàn)時(shí)的長(zhǎng)，將兩個(gè)電極的放電距離調(diào)整為7mm時(shí)最利于點(diǎn)火。由于電極可調(diào)絕緣子的位置調(diào)節(jié)量很小，將電極向油槍噴油方向移動(dòng)到頭后固定死，保證打出的電弧與霧化錐面的霧化區(qū)接觸。

4.3 點(diǎn)火槍的整體位置易變動(dòng)

點(diǎn)火槍和主油槍的相對(duì)位置見(jiàn)圖4。點(diǎn)火槍通過(guò)一個(gè)鎖緊螺絲固定在燃燒器上。運(yùn)行一段時(shí)間后，由于震動(dòng)使得螺絲松動(dòng)，點(diǎn)火槍整體前移，使得點(diǎn)火槍頭與主油槍穩(wěn)焰盤(pán)的距離太近。導(dǎo)致點(diǎn)火電極向穩(wěn)焰盤(pán)放電，而且從點(diǎn)火槍噴出的油還沒(méi)來(lái)的急良好霧化就噴到了穩(wěn)焰盤(pán)上。通過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，點(diǎn)火槍頭與穩(wěn)焰盤(pán)的距離太近點(diǎn)火槍點(diǎn)不著火，太遠(yuǎn)點(diǎn)火槍的火焰不能將主油槍點(diǎn)著，而且點(diǎn)火槍的火焰會(huì)被燃燒器局部的回流風(fēng)倒卷到燃燒器看火孔上。點(diǎn)火槍頭與穩(wěn)焰盤(pán)的距離在150-300mm時(shí)點(diǎn)火效果最佳，現(xiàn)場(chǎng)定為200mm。

5 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械霧化油槍成功點(diǎn)火的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)在與打火電極或者高能點(diǎn)火器放出的電弧能夠與油霧相接觸。機(jī)械霧化油槍霧化效果的好壞與霧化器的結(jié)構(gòu)尺寸和供油壓力有關(guān)。霧化器結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下，隨著油壓的升高，油霧的粒徑逐漸變小。但是霧化角卻是先增大，當(dāng)油壓增大到一定值后，由于氣體漩渦產(chǎn)生的負(fù)壓影響增強(qiáng)，霧化角開(kāi)始變小。霧化角變小后，可能導(dǎo)致電弧和油霧不能接觸。所以對(duì)于點(diǎn)火來(lái)說(shuō)，油壓并非越高越好。燃燒器首次點(diǎn)火時(shí)應(yīng)確保燃燒器的安裝尺寸及運(yùn)行參數(shù)符合廠家要求。如果點(diǎn)火失敗，應(yīng)確認(rèn)廠家要求是否合理，并通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整試驗(yàn)使燃燒器運(yùn)行正常。

參考文獻(xiàn)：

[1]魯定遠(yuǎn).壓力旋流噴射霧化的噴霧角特性之探討[J].應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)，1987（05）.

[2]王曉倩，張德生，趙繼云，張子榮.霧化噴嘴及其設(shè)計(jì)淺析[J].煤礦機(jī)械，2008（03）.

[3]張敏健.噴嘴研究發(fā)展概述[J].電站系統(tǒng)工程，2008（01）.

[4]孫德生，蘇競(jìng)高，樂(lè)海榮，甄海飚，陸榮，相麗華，史海生，章靖國(guó).霧化噴嘴的試驗(yàn)研究[J].上海鋼研，2000（01）.

[5]周猛，莊逢辰.離心噴嘴霧化特性的理論計(jì)算[J].推進(jìn)技術(shù)，1991（04）.

[6]王立榮.石油化工設(shè)備.新型旋流式與內(nèi)混式氣動(dòng)霧化噴嘴比較[J].2002（02）.

作者簡(jiǎn)介：高磊（1986-），畢業(yè)于河南城建學(xué)院建設(shè)系，現(xiàn)就職與中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)華北電力試驗(yàn)研究院鍋爐技術(shù)研究所。