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(fā)電有限公司，浙江 樂清 325602）

隨著國際油價的居高不下和節(jié)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(jié)油點火技術得到迅速發(fā)展。根據(jù)化學反應理論，影響煤粉燃燒速度及穩(wěn)焰能力的關鍵條件是溫度及濃度。常規(guī)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(fā)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(nèi)部形成局部高溫區(qū)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(jié)構(gòu)并形成燃燒器內(nèi)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(wěn)焰能力，同時容易引起燃燒器內(nèi)高溫點結(jié)渣燒損，而且不能利用現(xiàn)有的油系統(tǒng)，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(wěn)燃點火技術結(jié)合煤粉濃稀相彎頭分離技術和鈍體分離技術，在不改變現(xiàn)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(qū)，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(qū)域，中心風風速可以視不同情況進行調(diào)整，從而改變鈍體附近的煤粉濃度和溫度場，最終實現(xiàn)超強的低負荷穩(wěn)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(tài)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(tǒng)完全匹配，可以利用原有的大油槍點火系統(tǒng)設備，只需把大油槍更換為點火小油槍。

（2）燃燒器結(jié)構(gòu)基本不變，不會增加一次風阻力。

（3）由于點火時的高溫區(qū)域位于燃燒器出口，不會引起燃燒器結(jié)渣燒損。

（4）具備超強低負荷穩(wěn)燃能力和超廣煤種適應性（20%負荷即可斷油），只需調(diào)節(jié)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(guī)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(wěn)燃能力，進一步減少燃油消耗，綜合節(jié)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(fā)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(huán)汽包爐，采用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，單爐膛π型露天布置、四角切向燃燒，噴嘴擺動調(diào)溫，平衡通風、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，固態(tài)排渣，設計燃用具有結(jié)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(wěn)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(qū)，當油霧炬著火后即可投粉，給煤量根據(jù)鍋爐升溫升壓情況調(diào)整。

從現(xiàn)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(tài)點火和升溫升壓的需要。

外燃式燃燒器可以實現(xiàn)冷爐點火，具有很強的低負荷穩(wěn)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(diào)節(jié)中心風可以有效調(diào)節(jié)鈍體出口回流區(qū)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(qū)，煤粉氣流經(jīng)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(qū)，在低負荷時起到穩(wěn)燃作用。隨著中心風速度提高，鈍體出口回流區(qū)范圍縮小，回流風速下降。外燃式燃燒器著火點位置依據(jù)壁溫判斷，在鍋爐冷爐啟動、低負荷穩(wěn)燃運行、煤質(zhì)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(fā)現(xiàn)，通過壁溫檢測和中心風調(diào)整，可以調(diào)整煤粉著火點位置，從而達到鍋爐低負荷穩(wěn)燃。鍋爐極低負荷穩(wěn)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(jié)油點火技術對鍋爐受熱面的安全性影響主要體現(xiàn)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(wǎng)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(xiàn)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(xiàn)超過550℃的嚴重超溫。

應用外燃式燃燒器之前，曾經(jīng)在機組啟動過程中出現(xiàn)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(fā)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(fā)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(wěn)燃中均未發(fā)現(xiàn)鍋爐尾部受熱面二次燃燒的現(xiàn)象。根據(jù)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(fā)生過空氣預熱器、灰?guī)於稳紵那闆r。也有燃用貧煤的機組在點火3 h后就發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)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(fā)分高、易于著火和燃燼的煤種。

（2）調(diào)節(jié)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(xù)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(jīng)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(xiàn)了低負荷無油穩(wěn)燃。在機組啟動過程中，利用4只外燃式微油槍實現(xiàn)機組冷態(tài)啟動，節(jié)省了大量燃油，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)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(jié)油點火技術時，在機組冷態(tài)啟動過程中，以及機組并網(wǎng)后初始負荷工況下受熱面容易出現(xiàn)超溫，必須投入大油槍來避免受熱面超溫現(xiàn)象的出現(xiàn)，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(yōu)勢就更為顯著。采用不同點火技術的機組冷態(tài)啟動經(jīng)濟性分析結(jié)果見表1（柴油價格為 8500元/t）。

表1 機組冷態(tài)啟動經(jīng)濟性分析

3.2 環(huán)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(huán)保效益。

4 結(jié)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(diào)整鈍體出口回流區(qū)，具有較高的燃燼率，因此在燃用劣質(zhì)煤時具有優(yōu)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(yōu)勢。在鍋爐啟動過程中，能真正做到不依靠大油槍助燃，節(jié)油效果比較理想。此外，外燃式微油點火系統(tǒng)還具有投資少、系統(tǒng)簡單、操作方便、使用安全可靠等優(yōu)點，經(jīng)濟效益非?？捎^。

[1]徐明厚，袁建偉，丁士發(fā)，等.大型四角噴燃鍋爐煙溫、氣溫偏差數(shù)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.