外燃式微油點火技術在300 MW直吹式鍋爐中的應用

應偉亮，林 海

（浙能溫州發電有限公司，浙江 樂清 325602）

隨著國際油價的居高不下和節能減排的需要，在煤粉鍋爐點火領域，少油點火、微油點火及等離子點火等節油點火技術得到迅速發展。根據化學反應理論，影響煤粉燃燒速度及穩焰能力的關鍵條件是溫度及濃度。常規大油槍點火、少油點火、微油點火及等離子點火技術均基于提高煤粉氣流的反應溫度，使之發生燃燒反應。大油槍點火需要提高整個爐膛的溫度水平，因此點火用油量最大；少油、微油、無油點火是在燃燒器內部形成局部高溫區域，從而點燃煤粉，因此點火用油量較少。但采用改變主燃燒器結構并形成燃燒器內部局部高溫的辦法會增加一次風阻力，降低燃燒器正常運行時的穩焰能力，同時容易引起燃燒器內高溫點結渣燒損，而且不能利用現有的油系統，維護較復雜。

1 外燃式微油點火技術原理及技術特點

外燃式穩燃點火技術結合煤粉濃稀相彎頭分離技術和鈍體分離技術，在不改變現有燃燒器主要功能的前提下，通過布置有中心風的多功能鈍體形成燃燒器出口高溫回流區，使鈍體出口附近煤粉氣流得到進一步濃縮，在燃燒器出口附近形成高煤粉濃度的高溫區域，中心風風速可以視不同情況進行調整，從而改變鈍體附近的煤粉濃度和溫度場，最終實現超強的低負荷穩燃能力，有效縮短點火投油和煙囪冒黑煙時間，兼顧低負荷、冷態點火并擴大煤種適應性，充分滿足對不同負荷和不同煤種的需要。

外燃式微油點火技術原理如圖1所示，具有以下特點：

（1）點火小油槍的壓力與原系統完全匹配，可以利用原有的大油槍點火系統設備，只需把大油槍更換為點火小油槍。

（2）燃燒器結構基本不變，不會增加一次風阻力。

（3）由于點火時的高溫區域位于燃燒器出口，不會引起燃燒器結渣燒損。

（4）具備超強低負荷穩燃能力和超廣煤種適應性（20%負荷即可斷油），只需調節中心風流量即可適應不同負荷、不同煤種的要求。

（5）可隨時對燃燒器壁溫進行檢測，保證鍋爐正常運行。

（6）由于在鍋爐達到20%負荷時即可斷油，大大縮短投油時間，可盡早投入電除塵器，有效減少鍋爐煙塵排放。

由于外燃式微油點火時的油槍出力僅為常規油槍的6%～10%，且在20%負荷時即可斷油，大大縮短投油時間，增強低負荷穩燃能力，進一步減少燃油消耗，綜合節油可達95%以上。

2 在300 MW直吹式鍋爐中的應用

浙江浙能溫州發電有限公司（以下簡稱溫州電廠）6號爐為上海鍋爐廠設計制造的SG-1025/17.5-M869型亞臨界壓力中間一次再熱控制循環汽包爐，采用中速磨直吹式制粉系統，單爐膛π型露天布置、四角切向燃燒，噴嘴擺動調溫，平衡通風、全鋼架懸吊結構，固態排渣，設計燃用具有結渣性的煙煤。鍋爐燃燒器采用一/二次風噴嘴間隔布置，燃燒器風箱分成12層，在第三、五、九層風室配有啟動油槍，共12支，采用機械霧化、二級點火方式，單支油槍出力為1t/h。鍋爐于2006年12月實施了改造，將B層的4支一次風煤粉燃燒器更換為氣化微油煤粉燃燒器。2009年10月將A層的4支一次風煤粉燃燒器更換為外燃式微油煤粉燃燒器。

2.1 冷爐點火啟動和低負荷穩燃期間的應用

A層外燃式燃燒器采用120 kg/h小油槍點火。點燃小油槍前，必須開啟一次風，以保證燃燒器出口具有良好的回流區，當油霧炬著火后即可投粉，給煤量根據鍋爐升溫升壓情況調整。

從現場情況看，燃燒器出口的燃油火炬形狀為長方形，介于兩塊鈍體分離板之間，為煤粉著火提供了良好條件。投粉后，燃燒器出口煤粉著火強烈，能滿足鍋爐冷態點火和升溫升壓的需要。

外燃式燃燒器可以實現冷爐點火，具有很強的低負荷穩燃能力。外燃式燃燒器在燃燒器濃、稀煤粉氣流之間布置了中心風，通過調節中心風可以有效調節鈍體出口回流區的大小。當中心風關閉時，兩塊鈍體分離板之間形成了寬廣的回流區，煤粉氣流經鈍體濃縮后，較濃的煤粉氣流被鈍體分離板分離進入回流區，在低負荷時起到穩燃作用。隨著中心風速度提高，鈍體出口回流區范圍縮小，回流風速下降。外燃式燃燒器著火點位置依據壁溫判斷，在鍋爐冷爐啟動、低負荷穩燃運行、煤質差、著火困難等條件下，關閉中心風，煤粉著火點位于燃燒器出口附近，外燃式燃燒器壁溫在400～700℃。周界風起到冷卻噴口的作用，隨周界風開度不同，外燃式燃燒器壁溫略有不同。實際運行中發現，通過壁溫檢測和中心風調整，可以調整煤粉著火點位置，從而達到鍋爐低負荷穩燃。鍋爐極低負荷穩燃時，可投入小油槍助燃。

圖1 外燃式微油點火燃燒器技術原理

2.2 對鍋爐受熱面的安全性分析

目前，少油點火、微油點火及等離子點火等節油點火技術對鍋爐受熱面的安全性影響主要體現在冷爐點火階段。由于煤粉燃燼時間延遲且燃燼點向后延伸，導致鍋爐火焰中心抬高，分隔屏和屏式過熱器下部煙溫升高，在機組啟動帶初始負荷的工況下，分隔屏和屏式過熱器受熱面存在超溫風險。特別是機組并網之后，B層磨煤機給煤量超過15t/h，后屏過熱器出口汽溫將出現超溫。若B層磨煤機給煤量超過20t/h，后屏過熱器出口汽溫有可能出現超過550℃的嚴重超溫。

應用外燃式燃燒器之前，曾經在機組啟動過程中出現后屏過熱器出口汽溫達到543℃的情況，當時B層磨煤機給煤量超過20t/h。

從記錄的啟動曲線圖看，鍋爐冷爐啟動初期的初始熱功率過大、初始負荷工況下受熱面溫升速率比采用大油槍時啟動更快，以及初始負荷工況下受熱面超溫，都與過熱器出口汽溫過高有密切的關系。

6號爐外燃式微油點火技術首先應用在A層燃燒器。鍋爐冷爐點火階段，從6號爐的啟動情況看，煤粉燃燼率較好，鍋爐火焰中心也較低，A層磨煤機給煤量超過15t/h時，屏式過熱器出口汽溫未發生超溫。即使A層磨煤機給煤量超過20t/h，屏式過熱器出口汽溫也未發生超溫。

2.3 防范鍋爐尾部受熱面二次燃燒的措施

從6號爐的實際運行情況看，鍋爐冷爐啟動和低負荷穩燃中均未發現鍋爐尾部受熱面二次燃燒的現象。根據相關報道，安裝了等離子點火裝置或采用微油點火技術的鍋爐曾發生過空氣預熱器、灰庫二次燃燒的情況。也有燃用貧煤的機組在點火3 h后就發生空氣預熱器二次燃燒。由于鍋爐在冷爐點火啟動過程中的煤粉燃燼率較低、飛灰可燃物含量高，容易發生煤粉沉積自燃造成二次燃燒。飛灰可燃物含量與燃燒效率有關，而燃燒效率又與煤種有很大關系，主要影響因素有煤的揮發分、水分、灰分和煤粉細度等。

由于外燃式微油點火技術采用小油槍煤油混燒，在鍋爐空預器處發生二次燃燒的概率更大。為防止鍋爐二次燃燒，可采取如下措施：

（1）在鍋爐冷爐點火啟動時，保證外燃式燃燒器燃用揮發分高、易于著火和燃燼的煤種。

（2）調節磨煤機出口折向擋板開度，提高煤粉細度。

（3）合理控制一次風量，點火初期一般可控制在40～45t/h，以提高燃燒效率。

（4）空氣預熱器應采用連續吹灰方式，防止積粉。

（5）加強對省煤器下部細灰斗、空氣預熱器下部灰斗、電除塵器灰斗的出灰情況檢查，及時排除積粉。

3 效益分析

3.1 經濟效益

溫州電廠6號爐成功應用外燃式微油點火技術后，實現了低負荷無油穩燃。在機組啟動過程中，利用4只外燃式微油槍實現機組冷態啟動，節省了大量燃油，創造了巨大的經濟效益。考慮到采用其他少油點火、微油點火及等離子點火等節油點火技術時，在機組冷態啟動過程中，以及機組并網后初始負荷工況下受熱面容易出現超溫，必須投入大油槍來避免受熱面超溫現象的出現，也會導致燃油消耗量的增加。相比之下，外燃式微油點火技術的優勢就更為顯著。采用不同點火技術的機組冷態啟動經濟性分析結果見表1（柴油價格為 8500元/t）。

表1 機組冷態啟動經濟性分析

3.2 環保效益

采用外燃式微油點火技術后，由于微油槍燃燼率高，鍋爐啟動初期即可投入電除塵，解決了投大油槍時煙囪冒黑煙的問題，減少了鍋爐啟動初期的污染物排放，取得了很好的環保效益。

4 結語

實際應用證明，浙能溫州電廠6號爐所采用的外燃式微油點火技術的點燃能量較大，可調整鈍體出口回流區，具有較高的燃燼率，因此在燃用劣質煤時具有優勢。在鍋爐受熱面安全性方面，鍋爐初始負荷工況下采用外燃式微油點火技術，能避免鍋爐受熱面溫升速率過大，防止鍋爐受熱面超溫，具有一定的優勢。在鍋爐啟動過程中，能真正做到不依靠大油槍助燃，節油效果比較理想。此外，外燃式微油點火系統還具有投資少、系統簡單、操作方便、使用安全可靠等優點，經濟效益非常可觀。

[1]徐明厚，袁建偉，丁士發，等.大型四角噴燃鍋爐煙溫、氣溫偏差數值研究[J].華中理工大學學報，1997，25（5）∶15-18.

[2]樊泉桂.鍋爐原理[M].北京∶中國電力出版社，2004.