300 MW燃煤機(jī)組鍋爐油槍改造后節(jié)油效益分析

何暢宇，周林，黎兆鋒

(云南華電昆明發(fā)電有限公司，云南 安寧 650308)

0 引言

云南華電昆明發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱昆明發(fā)電公司)鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG1025/18.2-Ⅱ13型亞臨界自然循環(huán)鍋爐，采用四角切圓燃燒、百葉窗式直流水平擺動(dòng)燃燒器。鍋爐燃燒器二次風(fēng)噴口AB，BC，DE層中布置油槍共12個(gè)，A層燃燒器噴口內(nèi)布置4個(gè)小油槍，油槍均為簡(jiǎn)單的機(jī)械霧化油槍，燃料為#0輕柴油。油槍用于鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火及低負(fù)荷穩(wěn)燃。油燃燒器的總輸入熱量約為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量的30%。單個(gè)大油槍出力為1.75 t/h，單個(gè)小油槍出力為0.08 t/h，機(jī)械霧化總出力為21.00 t/h。

近年來，隨著云南清潔能源裝機(jī)容量的增加，云南電網(wǎng)調(diào)度以消納清潔能源為主導(dǎo)，電廠一直保持單機(jī)運(yùn)行，在電網(wǎng)中主要擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻作用，機(jī)組長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行及頻繁啟停機(jī)。為此鍋爐需耗用大量燃油，且鍋爐長(zhǎng)時(shí)間投油，油槍霧化效果差，燃油不完全燃燒，造成脫硫吸收塔漿液污染，致使脫硫效率降低，環(huán)保排放超標(biāo)。為了節(jié)省燃油及環(huán)保，減小發(fā)電成本，昆明發(fā)電公司對(duì)鍋爐油槍進(jìn)行了改造，并取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1 原燃油系統(tǒng)及油槍

1.1 燃油系統(tǒng)介紹

供油系統(tǒng)管路分為供油和回油管路，回油管路裝有調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)油壓，供油和回油管道均安裝加熱蒸汽伴管，用于低溫時(shí)加熱燃油。每一個(gè)油槍除了供油管路外并列安裝一路蒸汽管路，用于油槍吹掃，防止結(jié)焦、堵塞，油槍吹掃蒸汽來自汽機(jī)輔助蒸汽。

1.2 機(jī)械霧化油槍存在的問題

鍋爐原來安裝的油槍為簡(jiǎn)單的機(jī)械壓力霧化油槍，該油槍雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，在全國(guó)各大電廠被廣泛使用[1]，但是隨著運(yùn)行時(shí)間增加，簡(jiǎn)單機(jī)械霧化油槍也顯現(xiàn)出以下缺點(diǎn)。

(1)機(jī)械霧化油槍需用較高油壓對(duì)油流進(jìn)行剪切、撞擊、旋轉(zhuǎn)來達(dá)到霧化效果[2]，造成燃油泵電流過大，每年消耗大量電能。

(2)回油調(diào)節(jié)閥具有一定遲滯性，有時(shí)投油后油壓下降，霧化效果差，燃燒惡化，達(dá)不到穩(wěn)燃效果。

(3)鍋爐點(diǎn)火初期油槍大量投入，油槍霧化效果差，霧化顆粒大，部分燃油未被完全燃燒，造成脫硫漿液油污且煙囪出口黑煙滾滾，污染環(huán)境。昆明發(fā)電公司曾發(fā)生機(jī)組啟動(dòng)投油時(shí)間過長(zhǎng)，油嚴(yán)重污染脫硫漿液致使?jié){液中毒無法處理，脫硫效率低，環(huán)保排放超標(biāo)，機(jī)組被迫停運(yùn)事件。

(4)油槍在進(jìn)行蒸汽吹掃時(shí)，影響了鍋爐燃燒的穩(wěn)定，甚至造成鍋爐滅火。

(5)油槍霧化片存在轉(zhuǎn)角，由于離心力的作用，油中的污物容易堵塞油槍，維護(hù)成本高。

(6)機(jī)械霧化油槍霧化效果差，燃燒不完全，燃油消耗大，火焰剛性較差，容易結(jié)焦堵塞。

針對(duì)以上問題，昆明發(fā)電公司決定對(duì)原來的油槍和燃油系統(tǒng)進(jìn)行改造，使之更節(jié)能環(huán)保，而氣泡霧化油槍的性能和特點(diǎn)正好滿足需求。

2 氣泡霧化油槍結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

與常規(guī)油槍的霧化原理不同的是，氣泡霧化技術(shù)是用氣泡作為霧化的動(dòng)力，它不是通過克服液體的黏性而是通過克服油表面張力來達(dá)到霧化目的的。氣泡霧化油槍結(jié)構(gòu)如圖1所示：燃油和空氣以不同的路徑進(jìn)入油槍，在進(jìn)入氣泡發(fā)生室前燃油與壓縮空氣對(duì)流碰撞破裂為霧狀，然后在氣泡發(fā)生室充分混合后經(jīng)噴頭進(jìn)入爐膛燃燒。因此，氣泡霧化噴嘴產(chǎn)生霧化所需的能量遠(yuǎn)小于常規(guī)噴嘴。

圖1 氣泡霧化油槍結(jié)構(gòu)示意Fig.1 Schematic of the bubble atomizing oil gun

氣泡霧化油槍的霧化顆粒索泰爾系數(shù)(SMD)≤25 μm，遠(yuǎn)好于現(xiàn)有的機(jī)械霧化和介質(zhì)霧化油槍(SMD≤200 μm)，尺寸分布系數(shù)N>2，油霧基本接近為氣態(tài)，遠(yuǎn)好于其他油槍的分布，因此油槍燃燒時(shí)，不需要太高的過量空氣系數(shù)，只需要1.05即可。點(diǎn)火時(shí)，控制二次風(fēng)量和壓力為正常時(shí)的1/4～1/2，即可保證油槍很易點(diǎn)火。

氣泡霧化油槍最佳運(yùn)行油壓控制在0.3～0.8 MPa即可，不需要很高的油壓，可節(jié)約大量的輸送能量。

采用空氣霧化后霧化效果不受流量影響，油槍流量調(diào)節(jié)比可達(dá) 1∶5，最大可達(dá) 1∶10，油槍廠家提供的油槍p-qm性能曲線如圖2所示。

圖2 氣泡霧化油槍p-qm性能曲線Fig.2 p-qm performance curve of bubble atomizing oil gun

3 改造方案

直接將氣泡霧化油槍安裝在原機(jī)械霧化油槍的位置，燃油管路不做改動(dòng)。單個(gè)油槍的出力可以通過原來的進(jìn)油手動(dòng)門進(jìn)行調(diào)整。

采用氣泡霧化油槍后，原來的蒸汽吹掃系統(tǒng)不再使用，將原輔聯(lián)到吹掃蒸汽管路封堵后分別從爐前儀用空氣和檢修用氣母管接入兩路壓縮空氣，并加裝手動(dòng)總閥及逆止閥，蒸汽吹掃管路變?yōu)閴嚎s空氣管路。正常運(yùn)行使用檢修用氣，儀用空氣備用。

本次油槍改造新增了自動(dòng)吹掃管路，油槍霧化進(jìn)氣電磁閥改為霧化-吹掃一體化三通電磁閥，如圖3所示。三通電磁閥的控制利用原蒸汽吹掃閥的分散控制系統(tǒng)(DCS)信號(hào)控制，充分利用原有設(shè)備，節(jié)約改造成本。投油時(shí)油槍進(jìn)到位后聯(lián)開霧化-吹掃三通電磁閥，霧化管路接通壓縮空氣用于霧化燃油。油槍退出后延時(shí)30 s關(guān)閉三通電磁閥，自動(dòng)吹掃管路接通，壓縮空氣用于油槍吹掃，設(shè)計(jì)吹掃壓縮空氣耗氣量為0.4 m3/min，防止油槍結(jié)焦堵塞，解決了油槍容易堵塞的問題，真正實(shí)現(xiàn)了油槍的免維護(hù)功能。

圖3 油槍系統(tǒng)Fig.3 Oil gun system

4 油槍改造后效益分析

機(jī)械霧化油槍改為氣泡霧化油槍后，吹掃霧化均用壓縮空氣，原來的蒸汽吹掃系統(tǒng)不再需要，簡(jiǎn)化了油槍操作；同時(shí)，油槍霧化用氣來自廠區(qū)儀用和檢修兩路氣源，不需增加其他設(shè)備。

機(jī)械霧化油槍的油壓需要大于2.5 MPa才能完成霧化，而氣泡霧化油槍只需要油壓大于0.3 MPa就可以完成霧化，油槍改造后將爐前油壓由原來的3.2 MPa降為1.0 MPa，大大降低了燃油系統(tǒng)泄漏的可能性，提高了燃油系統(tǒng)整體的運(yùn)行安全系數(shù)。且供油泵運(yùn)行電流降低50 A左右，每小時(shí)可節(jié)省電量約30 kW·h，一年可節(jié)約廠用電量262.8 MW·h。

由于氣泡霧化油槍霧化效果好，燃燒充分而穩(wěn)定，燃燒火焰溫度比常規(guī)油槍要高300 ℃以上，燃燒效率達(dá)99%以上，可以實(shí)現(xiàn)鍋爐升溫提高，縮短用油使用時(shí)間；油槍點(diǎn)火后可立即投入電除塵、脫硫島運(yùn)行，煙囪不冒黑煙，因而提高了鍋爐效率和減少了不完全燃燒物的排放，有利于節(jié)能和環(huán)保；最大限度降低了脫硫吸收塔漿液污染情況的發(fā)生，提高了脫硫效率。油槍改造后未發(fā)生因投油造成脫硫吸收塔漿液污染而導(dǎo)致機(jī)組非停的事件。#1脫硫吸收塔漿液油槍改造前后漿液對(duì)比見表1。

表1 #1脫硫吸收塔油槍改造前后漿液對(duì)比Tab.1 Comparison of slurry before and after the modification on the oil gun of No.1 desulfurization absorption tower

油槍改造完成運(yùn)行近1年時(shí)間，未發(fā)生過油槍堵塞結(jié)焦的問題，降低了維護(hù)和人工成本。

改造后的油槍由于霧化效果好，用油量只需原來的一半左右就可以達(dá)到原機(jī)械霧化油槍燃燒效果，點(diǎn)火后就能投入煤粉運(yùn)行，大大節(jié)省了用油量，縮短了機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，節(jié)約了機(jī)組啟停成本。#1機(jī)組油槍改造前后啟動(dòng)時(shí)間及耗油量對(duì)比見表2。

表2 #1機(jī)組油槍改造前后啟動(dòng)時(shí)間及耗油量對(duì)比Tab.2 Comparison of start-up time and fuel consumption before and after the modification on the No.1 unit oil gun

通過第1次和第2次開機(jī)比較可知：相同的開機(jī)條件下，油槍改造以后，相比于原來節(jié)省近一半的用油。第2次和第3次比較可知：油槍改造完成后，全冷態(tài)開機(jī)也比使用原油槍溫態(tài)開機(jī)所用的燃油要少，節(jié)油效果顯著，達(dá)到了公司規(guī)定油耗，且開機(jī)時(shí)間大大縮短，節(jié)約了開機(jī)成本和時(shí)間。

5 油槍改造后存在問題分析

油槍改造完成以后，由于燃燒效率高，氣泡霧化油槍的穩(wěn)燃效果比原來機(jī)械霧化油槍好，運(yùn)行人員在鍋爐燃燒不穩(wěn)定投油穩(wěn)燃時(shí)，若遵循以前的操作理念多投油槍，會(huì)造成燃油大量消耗，因此需加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行人員的培訓(xùn)，熟練掌握氣泡霧化油槍特性。

壓縮空氣壓力大小直接影響油槍霧化效果，如壓縮空氣系統(tǒng)不能正常投運(yùn)，將影響油槍正常使用。

6 結(jié)束語

氣泡霧化油槍改造后，在機(jī)組啟動(dòng)過程中，可實(shí)現(xiàn)比改造前節(jié)油50%，大大節(jié)約了燃油成本。按昆明發(fā)電公司近年平均5次/a機(jī)組啟動(dòng)算，每年僅機(jī)組啟動(dòng)就可節(jié)約燃油約60 t。2017年發(fā)電原油耗為154.4 g/(MW·h)，同比下降16.5 g/(MW·h)，取得了較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。