W型火焰鍋爐氣泡霧化油槍改造

焦傳寶

(大唐陽城發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 陽城 048102)

氣泡霧化理論是20世紀(jì)80年代提出的，基于該理論的點(diǎn)火油槍出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代[1]。經(jīng)過多年的發(fā)展，氣泡霧化油槍技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在電站鍋爐中逐漸得到應(yīng)用。隨著國(guó)家節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)政策要求的日趨嚴(yán)苛，傳統(tǒng)的機(jī)械霧化式油槍由于存在霧化效果差，顆粒尺寸大，燃燒不充分，火焰溫度低，耗油量大等缺點(diǎn)，正逐步被氣泡霧化技術(shù)的油槍取代。

1 設(shè)備概況

某燃煤電站配置兩臺(tái)由東方鍋爐集團(tuán)公司引進(jìn),美國(guó)福斯特·惠勒公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的DG2060/17.6-II3型鍋爐，該鍋爐為亞臨界壓力，中間一次再熱自然循環(huán)鍋爐，雙拱形單爐膛,“W”型火焰燃燒方式，固態(tài)排渣，全鋼結(jié)構(gòu)，全懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，露天布置。

脫硝系統(tǒng)采用選擇性催化還原(SCR)脫硝技術(shù)，催化劑按照2+2(2層運(yùn)行，2層備用)布置；脫硫系統(tǒng)采用石灰石-石膏濕法脫硫技術(shù)。

點(diǎn)火油槍采用美國(guó)Forney公司的產(chǎn)品，每臺(tái)機(jī)組36套Q87油燃燒器作為點(diǎn)火裝置，Q87點(diǎn)火器采用機(jī)械霧化油槍，燃油進(jìn)口壓力為2.7 MPa，單只出力為1 150 kg/h，調(diào)節(jié)比為1.5∶1。

2 改造背景

W型火焰鍋爐設(shè)計(jì)煤種為難燃燒的低揮發(fā)分無煙煤，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)需要投運(yùn)大量油槍以點(diǎn)燃煤粉，平均每次啟動(dòng)消耗燃油約60 t。近年來，由于環(huán)保部門對(duì)燃煤鍋爐污染物排放要求的日趨嚴(yán)格，要求機(jī)組在點(diǎn)火啟動(dòng)階段也必須實(shí)現(xiàn)粉塵和二氧化硫(SO2)的達(dá)標(biāo)排放。因此，機(jī)組點(diǎn)火后必須投運(yùn)脫硫和除塵系統(tǒng)。采用傳統(tǒng)的機(jī)械霧化油槍點(diǎn)火時(shí)，由于霧化效果不理想，燃油燃盡程度低，導(dǎo)致煙氣中含有一定量的未燃盡油滴。油滴經(jīng)過電除塵時(shí)會(huì)附著在電除塵極板上，造成電除塵效率降低甚至失效；進(jìn)入脫硫吸收塔，會(huì)污染石灰石漿液，造成漿液起泡，導(dǎo)致脫硫效率大幅下降。因此，進(jìn)行油槍改造對(duì)于當(dāng)前燃煤鍋爐來說勢(shì)在必行。

3 改造方案的制定與實(shí)施

改造方案編制的原則：首先，選用技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠的氣泡霧化油槍；其次，充分利用現(xiàn)有設(shè)備和系統(tǒng)，以盡量小的設(shè)備系統(tǒng)改動(dòng)，實(shí)現(xiàn)燃油系統(tǒng)的可靠、高效運(yùn)行，徹底解決鍋爐在啟動(dòng)階段油耗高、影響電除塵、脫硫系統(tǒng)等環(huán)保設(shè)備安全運(yùn)行的難題。

3.1 油槍選型

在油槍選型方面，本文選用了某公司生產(chǎn)的SQ型氣體爆炸霧化油槍，即氣泡霧化油槍。該油槍與傳統(tǒng)機(jī)械霧化或氣動(dòng)霧化油槍的區(qū)別在于：它利用氣泡作為霧化動(dòng)力，氣泡由壓縮空氣、蒸汽及其他氣體在油槍的氣泡發(fā)生器中產(chǎn)生，并形成帶壓“油包氣”的氣泡流；當(dāng)氣泡克服了包裹在氣泡周圍燃油油膜的表面張力后，通過爆炸破裂將油膜撕碎，并形成非常細(xì)小的液霧，且這種通過克服燃油表面張力來達(dá)到霧化目的[2]霧化燃油所需的能量遠(yuǎn)小于常規(guī)噴嘴，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，技術(shù)參數(shù)如表1所示。

圖1 SQ氣泡霧化油槍結(jié)構(gòu)圖

表1 SQ型氣泡霧化油槍技術(shù)規(guī)范

3.2 燃油點(diǎn)火系統(tǒng)的改造

系統(tǒng)流程圖見圖2(先介紹一下氣泡霧化搶的工藝流程，再寫相關(guān)的設(shè)備改造)，燃油點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)備改造的具體內(nèi)容如下：

(1)保留原有的環(huán)形燃油管道，但將燃油供應(yīng)壓力由原來的3.0 MPa降至1.5 MPa；

(2)點(diǎn)火裝置不變，利用原設(shè)計(jì)的HESI高能點(diǎn)火器點(diǎn)火；

(3)油槍推進(jìn)裝置不變，利用原來的壓縮空氣推動(dòng)氣缸，帶動(dòng)油槍進(jìn)退；

(4)將油槍槍管和噴頭更換為SQ型氣泡霧化油槍專用槍桿和噴頭；

(5)原有的蒸汽吹掃系統(tǒng)改為壓縮空氣系統(tǒng)，提供油槍所需的霧化空氣和吹掃空氣；

(6)原有的燃油和吹掃蒸汽快關(guān)閥不變，分別控制改造后系統(tǒng)的燃油和壓縮空氣，但在壓縮空氣快關(guān)閥后增加一個(gè)三通，分別作為油槍霧化氣源和管路吹掃氣源，同時(shí)在供油快關(guān)閥后增加一個(gè)調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)節(jié)油槍燃油的流量，以控制油槍的出力。

圖2 氣泡霧化油槍工藝流程圖

3.3 油槍控制

3.3.1 油槍投運(yùn)

檢查系統(tǒng)備用良好，啟動(dòng)油槍投運(yùn)程序，按照以下步序進(jìn)行(以A組第一支油槍A1為例)：

第1步：將A1油槍C擋板開啟至點(diǎn)火位(>60%)；

第2步：A1油槍推進(jìn)；

第3步：A1油槍打火槍推進(jìn)；

第4步：開啟A1油槍吹掃電磁閥，等待時(shí)間10 s；

第5步：關(guān)閉A1油槍吹掃電磁閥；

第6步：開啟A1油槍供油電磁閥，打火變壓器打火，等待時(shí)間20 s；

第7步：打火桿退出；

第8步：結(jié)束。

3.3.2 油槍退出

確認(rèn)鍋爐不需要油槍時(shí)，啟動(dòng)油槍退出程序，自動(dòng)執(zhí)行以下步序：

第1步：關(guān)閉A1油閥；

第2步：A1油槍打火桿投入；

第3步：檢查A1油槍投入；

第4步：開啟A1油槍吹掃閥、打火桿打火；

第5步：退出A1油槍打火槍；

第6步：關(guān)閉A1油槍吹掃閥、退出A1油槍；

第7步：關(guān)閉A1油槍油閥；

第8步：A1油槍子組停運(yùn)結(jié)束。

4 氣泡霧化油槍的運(yùn)行與調(diào)整

4.1 油槍投退檢查

(1)投油槍前就地檢查壓縮空氣供氣母管壓力正常，壓力表顯示大于0.5 MPa。

(2)檢查油槍供油手動(dòng)門、供氣手動(dòng)門開啟，油槍軟管連接完好，無漏油現(xiàn)象。

(3)油槍投入后就地檢查供油針型調(diào)節(jié)閥后油壓0.4～0.5 MPa，否則進(jìn)行調(diào)整。

(4)通過油槍看火孔檢查油槍著火正常，否則立即退出油槍。

(5)油槍退出后檢查退出到位，電磁閥動(dòng)作位置正確。

(6)手動(dòng)開啟壓縮空氣吹掃針型調(diào)節(jié)閥，吹掃2 min后關(guān)閉壓縮空氣吹掃針型調(diào)節(jié)閥。

4.2 運(yùn)行調(diào)整

(1)根據(jù)油槍投運(yùn)數(shù)量及燃油消耗量，調(diào)整供油泵供油壓力，保持爐前供油母管壓力1.0～1.2 MPa。

(2)油槍投運(yùn)后，根據(jù)油槍火焰及燃油流量，調(diào)整油槍供油調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)油槍出力適當(dāng)，一般點(diǎn)火初期調(diào)整油槍出力在0.5～0.6 t/h,以盡快提高爐膛溫度。制粉系統(tǒng)啟動(dòng)后，逐漸調(diào)整油槍出力至0.3～0.5 t/h，在滿足助燃要求的情況下，減小燃油消耗。

(3)油槍投運(yùn)后，根據(jù)火焰情況，及時(shí)調(diào)整油槍供風(fēng)擋板(C擋板)開度，保證燃燒充分，火焰穩(wěn)定。

5 改造效果及效益

5.1 運(yùn)行效果分析

對(duì)于大型電站煤粉鍋爐，油槍的主要作用是冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)點(diǎn)燃煤粉。特別是對(duì)于設(shè)計(jì)煤種為無煙煤的W型火焰鍋爐來說，因無煙煤揮發(fā)分低，難以著火，點(diǎn)火油槍的燃燒效果直接影響到鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)間和燃油消耗量。

對(duì)于點(diǎn)火油槍，點(diǎn)火效果好壞主要體現(xiàn)在火焰溫度和燃盡程度?；鹧鏈囟仍礁撸嚼诿悍鄣娜紵?，可以提前點(diǎn)燃煤粉，加快升溫升壓速度，縮短啟動(dòng)時(shí)間。在相同燃油消耗量工況下，燃盡程度的提高，有利于燃油釋放更多的熱量，提高火焰溫度，節(jié)省鍋爐點(diǎn)火階段的耗油量[3-5]；同時(shí)減輕未燃盡油滴對(duì)下游煙道受熱面、電除塵和脫硫系統(tǒng)的不利影響。

氣泡霧化油槍較傳統(tǒng)的機(jī)械霧化油槍可以形成更小顆粒度的液滴。SQ氣泡油槍的霧化顆粒索太爾系數(shù)SMD≤25 μm，尺寸分布系數(shù)N>2,而傳統(tǒng)油槍的霧化顆粒索太爾系數(shù)SMD≤120 μm。根據(jù)液體燃料燃燒的直徑平方-直線定律：

τ=(δ02-δ2)/κ

(1)

當(dāng)霧化顆粒燃盡時(shí)，即δ=0，則

τ=δ02/κ

(2)

式中：τ為燃燒時(shí)間，s；δ0為液體燃料霧化顆粒初始直徑，mm；δ為燃燒τ秒后，液體燃料霧化顆粒的直徑，mm；κ為燃燒速度常數(shù)，mm2/s。即液體燃料霧化顆粒的燃盡時(shí)間與其直徑的平方成正比[6-7]。

因此，霧化顆粒越小，燃料液滴的燃燒越快，單位時(shí)間釋放的熱量越多，溫度越高，點(diǎn)燃煤粉的能力越強(qiáng)。通過對(duì)比油槍改造后的火焰情況(見圖3)可以看出，改造后油槍火焰亮度增大，黑煙減少。

圖3 改造前后油槍火焰對(duì)比

從機(jī)組實(shí)際啟動(dòng)中的效果來看，油槍改造后，從鍋爐點(diǎn)火至制粉系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間減少1～1.5 h，機(jī)組升溫升壓至沖轉(zhuǎn)時(shí)間縮短2 h。主要原因是油槍的點(diǎn)火效果好，磨煤機(jī)啟動(dòng)時(shí)可以選擇更低的爐膛溫度、更低的一次風(fēng)溫度，從而縮短了點(diǎn)火后的升溫時(shí)間。

另外，由于油槍燃盡性能好，電除塵極板上未出現(xiàn)積油，脫硫系統(tǒng)漿液中也未出現(xiàn)漂油花現(xiàn)象，明顯改善了漿液的啟泡現(xiàn)象，確保了環(huán)保設(shè)備的可靠運(yùn)行。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

油槍的改造使鍋爐的啟動(dòng)耗油量大幅下降，平均單臺(tái)次機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)耗油約20 t，較改造前減少40 t，按照兩臺(tái)機(jī)組每年啟動(dòng)10臺(tái)次計(jì)算，可節(jié)省燃油400 t，節(jié)約燃油費(fèi)240萬元。同時(shí)供油壓力由原來的3.0 MPa降至目前的1.5 MPa，燃油泵電流由原來的200 A降至目前的40 A，年節(jié)約廠用電720 MW·h,節(jié)約成本21.6萬元。此外，油槍改造后還避免了啟動(dòng)時(shí)脫硫系統(tǒng)漿液受未燃盡燃油的影響，節(jié)省了大量漿液置換和石灰石消耗。

6 結(jié)論及建議

在當(dāng)前節(jié)能降耗及環(huán)保排放政策日趨嚴(yán)格的背景下，鍋爐油槍采用更先進(jìn)的油槍霧化技術(shù)可以大幅降低燃油消耗，并提高環(huán)保設(shè)施運(yùn)行的可靠性，確保鍋爐煙氣連續(xù)、可靠、達(dá)標(biāo)排放，避免了機(jī)組啟動(dòng)中的環(huán)境污染和政府處罰。特別是針對(duì)設(shè)計(jì)煤種為低揮發(fā)分難燃燒的無煙煤鍋爐，油槍的改造更是勢(shì)在必行。