微油點火啟爐過程中的問題探討

李劍，李鳳瑞，李江榮，石化彪，鄭建平

（1.浙江省電力試驗研究院，杭州310014；2.中國聯合工程公司，杭州310022）

微油點火啟爐過程中的問題探討

李劍1，李鳳瑞1，李江榮1，石化彪2，鄭建平1

（1.浙江省電力試驗研究院，杭州310014；2.中國聯合工程公司，杭州310022）

分析了微油點火技術的原理和煤粉引燃燃燒的特點。針對微油點火應用中存在的問題，從啟爐過程的煤粉燃燼率、爐膛傳熱、煤油混燒等方面進行研究分析，闡述其與傳統大油槍點火啟爐方式的區別，并給出了相應的運行建議。

微油點火；煤粉燃燼率；爐膛傳熱；煤油混燒

我國是一個多煤少油的國家，政策鼓勵推廣應用節油產品。無油或微油點火技術自應用以來，得到市場極大的認可，發展迅速，目前已成為煙煤發電機組的必配系統。

利用無油或微油點火技術進行鍋爐點火啟動或穩燃，相對以往采用大油槍的點火啟爐方式，在鍋爐傳熱、操作運行方式等方面都有所區別，加之有技術人員對該技術在認識上存在偏差，往往會造成微油點火技術在鍋爐啟爐運行中得不到充分利用，導致改造后機組運行節油效果不能充分發揮。本文就微油點火的原理和微油點火啟動過程中碰到的問題進行深入分析，以加深相關技術人員對微油點火技術的認識，促進微油點火技術的應用。

1 微油點火原理

微油點火技術是采用煤粉濃縮技術將煤粉燃燒器內的煤粉氣流濃縮成濃相和稀相，再利用少量燃油（20～80 kg/h·只）在油燃燒室內燃燒所產生的高溫煙氣（＞1 500℃）引燃少部分濃煤粉，根據能量逐級放大的原理，濃煤粉燃燒產生的熱量再引燃后續進入燃燒室的煤粉，使煤粉在噴出燃燒器之前被引燃，實現鍋爐啟爐時以煤代油，達到節油效果。

微油點火系統一般由微油點火燃燒器、壓縮空氣系統、助燃風系統、燃油系統、一次風加熱系統（直吹式制粉）、火檢系統和相應的監測控制系統組成。

2 關鍵問題分析

2.1 煤粉燃燼

在利用微油點火進行冷爐點火初期，煤粉燃燼率會偏低，飛灰和大渣含碳量比運行時高很多，往往呈黑色。據此，電廠相關人員會認為煤粉沒有完全燃燒，擔心在尾部煙道引起自燃，對微油點火系統的引燃能力產生懷疑，從而限制了微油點火技術的充分應用。

利用微油點火技術進行鍋爐冷爐啟動，其煤粉燃燒的過程與正常運行時存在較大區別。鍋爐正常運行時，從燃燒器噴入爐膛的煤粉通過卷吸爐膛內的高溫煙氣與其混合后被引燃，是一個逐步加強的燃燒過程。而微油點火啟爐初期，煤粉在微油點火燃燒器內遇到高溫火焰而被引燃，噴入爐內后，因爐內環境溫度比較低，被引燃的煤粉在爐膛內是一個逐步熄滅的過程，整個燃燒過程經歷時間也比正常運行時短。因此利用微油點火時的煤粉燃燼率會較正常運行時低。從以往改造應用微油點火技術的20多臺機組的飛灰和大渣分析數據統計來看（見表1），燃用煙煤（Vad＞20%）的機組在微油點火啟爐初期煤粉燃燼率η基本大于70%，高的超過95%，煤粉引燃良好，滿足鍋爐啟動要求。隨著鍋爐升溫升壓，爐膛溫度升高，煤粉燃燼率還會迅速提升。煤粉燃燼率η計算公式為[1]：

式中：ΔQ為單位質量燃煤所釋放出的熱量；Qnet，ar為單位質量燃煤的低位發熱量。

從飛灰的成份化驗分析來看（見表2），煤粉中的揮發份已基本燃盡，留在飛灰中的可燃成份幾乎全是未完全燃燒的固定碳。即使煤粉燃燒率只有72.7%，飛灰中揮發份含量也只有6.10%，其燃燒特性已比無煙煤差很多。無煙煤的引燃要求是爐內環境溫度大于1 000℃[2]，而在點火初期升溫升壓階段，爐膛出口溫度基本小于500℃，尾部煙道溫度更低。因此，在微油點火啟爐初期，只要保證空預器連續吹灰和省煤器灰斗、空預器灰斗、靜電除塵器灰斗定時出灰，即可防止啟爐初期未燃燼飛灰在尾部煙道或灰斗內自燃，也不會引起尾部煙道二次燃燒。

2.2 爐內傳熱

微油點火技術是在啟爐時以煤代油提供熱能，由于煤與油的燃燒特性不同，造成微油點火冷爐啟動初期爐膛內的傳熱與大油槍啟動有所不同。主要表現在：

（1）煤粉燃燼時間相對較長，煤粉燃燒的火焰比油的火焰長，特別在冷爐時，煤粉火焰長度一般大于5 m，因此利用微油點火啟爐會使啟爐初期的火焰中心上移。

表1 啟爐初期煤粉燃燼率統計

表2 飛灰成份化驗結果

（2）相對于油火焰，煤粉火焰的溫度比較低，在利用微油點火啟爐初期，燃燒器噴口處煤粉火焰溫度雖可達1 000℃左右，但隨著火焰向爐膛推進，火焰溫度會逐漸下降，爐膛內煤粉整體火焰溫度一般在500～850℃。

（3）利用微油點火啟爐，在點火初期因為飛灰中未燃燼碳較多，加之此時爐內通風比較弱，飛灰充滿爐膛，爐膛內比較渾濁，可見度差，而且飄浮在爐膛內的飛灰焦炭顆粒溫度較低，且具有很強的輻射吸熱能力，阻礙了煤粉火焰對爐壁的輻射傳熱。

根據爐膛的輻射傳熱公式，決定輻射強度的兩個關鍵因素是火焰溫度和傳熱系數。在進入爐內總熱能相同的情況下，微油點火冷態啟爐初期的火焰溫度和傳熱系數都比傳統大油槍啟動低很多，因此微油啟爐時煤粉對爐膛的輻射傳熱要比大油槍啟爐時差很多，而爐膛水冷壁吸熱有95%來自輻射[2]，致使煤粉燃燒釋放的熱量在爐膛內吸熱較少，大部分進入鍋爐的對流換熱面進行傳熱。因此冷爐微油點火啟動時，鍋爐升壓速度比大油槍啟動慢，而蒸汽升溫速率相對較快，某些機組出現了汽機沖轉或并網時蒸汽參數跟不上，需加大煤粉的投入量才能適應機組運行的情況。這是微油點火以煤代油啟爐與大油槍啟爐時爐膛內傳熱過程不同造成的，屬正?，F象。電廠技術人員應深入認識微油點火技術，對啟爐過程的運行配風和燃料投入進行適當調整，盡可能壓低火焰中心，以滿足機組啟動的能量要求。

某300 MW機組的鍋爐是上海鍋爐廠生產的四角切圓燃燒鍋爐。將B層燃燒器（從下往上第二層）改為微油點火燃燒器，改造后啟爐升壓較慢，加煤又引起升溫過快，帶負荷后汽壓跟不住，有時還會出現屏式過熱器超溫現象，需投入減溫水。A層燃燒器投煤粉運行后，情況有明顯改善。起初電廠認為是微油點火燃燒器的引燃能力不夠、煤粉燃燼率太低造成，但通過飛灰和爐底大渣取樣分析，啟爐初期煤粉燃燼率為85%，燃燼情況良好。其實從上述以煤代油啟爐初期的傳熱情況分析可以看出，結合微油點火在B層燃燒器上的改造進一步加劇了啟爐初期火焰中心的上移，爐膛輻射吸熱偏少，蒸汽的蒸發量不足，而更多的熱量輸送到屏式過熱器和水平煙道的對流換熱面上，導致過熱器吸熱比屏式過熱器大，壁溫超溫。因此，考慮到微油點火啟爐初期傳熱過程與大油槍啟動的差異，建議電廠調整啟爐過程中的二次風配風方式，壓低火焰中心，以減輕上述現象。另外，在下層燃燒器上進行微油點火改造也可改善該現象。

2.3 煤油混燒問題

微油點火技術具有的環保優勢是在鍋爐點火啟動初期即可投入電除塵器，可以消除以往鍋爐啟動時冒黑煙的現象。由于微油點火系統中也使用了燃油，許多電廠擔心煤油混燒會引起電除塵器沾油燒損，因此在啟爐過程中不投運電除塵器。其實，采取微油點火時的燃油量一般在20～80 kg/h（煙煤爐），油量非常有限，而且燃油經過霧化后噴入特制的高溫油燃燒室內迅速燃燒，產生超過1 500℃的高溫煙氣，在油燃燒室出口時已完全燃燒，因此在微油煤粉燃燒器內不存在煤油混燒的問題。

在實際運行中，要根據現場情況決定是否投用電除塵器。某600 MW機組將下層前墻4只燃燒器改為微油點火燃燒器，并利用微油點火進行冷爐啟動。微油點火燃燒器投粉后，電除塵器即投入運行。啟動初期對灰渣取樣分析，煤粉燃燼率為87.5%，燃燒情況良好，但啟爐過程中發現電除塵器A電場多塊極板嚴重燒損變形。對啟動過程進行分析發現：鍋爐大修后酸洗采用大油槍點火烘爐，期間電除塵器也曾投入運行。另外，在正式啟爐前，因大油槍故障，調試時間較長，有大量未燃燒的燃油進入鍋爐。以上兩方面的原因導致大量未燃燼油霧進入電除塵器并吸附到電極板上，在隨后的微油點火啟動過程中，沒有充分燃燒的煤粉進入電除塵器并粘附在沾滿油污的極板上，此類粘附粘性強，采用振打法很難使其脫落。當電廠運行人員發現極板短路、振打無效后，用熔斷法處理，因油污的著火點較低，強電流引燃油污，從而致使電除塵器極板燒損。

因此，雖然單純利用微油點火技術進行冷爐啟動并不存在煤油混燒問題，可大膽投運電除塵器，但運行時還要看實際鍋爐大油槍的投運情況，才能避免因煤油混燒引起的不利影響。

3 結論

（1）對于煙煤機組，微油點火啟爐時煤粉燃燼率大于70%，高的可超過95%，煤粉引燃良好，燃煤中的揮發份基本已燃燒，留在飛灰中的可燃物以固定碳為主，周圍環境溫度需要在1 000℃以上才可使其燃燒，因此只要保證尾部煙道及時清灰，微油點火啟爐時就不會引起尾部煙道二次燃燒。

（2）相對于傳統大油槍啟爐，微油點火啟爐初期的爐膛吸熱比率變小，對流換熱面吸熱比率變大，啟爐時會產生升壓較慢而升溫變快的現象。因此啟爐時應加強調整配風方式，以壓低煤粉火焰。若現場條件許可，微油點火改造應盡可能在最下層燃燒器上進行。

（3）單純用微油點火技術進行啟爐時，爐膛內不會出現煤油混燒現象，啟爐初期即可投運電除塵器。但在具體運行中，如有大油槍參與啟爐運行，投運電除塵器應慎重。

[1]李劍，李江榮，方磊，等.前后墻對沖燃燒鍋爐不投大油槍啟動方式的應用研究[J].電站系統工程，2011，27（3）: 20-22.

[2]容鑾恩，袁鎮福，劉志敏，等.電站鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社，1997.

（本文編輯：徐晗）

Discussion on Problems of Tiny-oil Ignition Technology for Boiler Startup

LI Jian1，LI Feng-rui1，LI Jiang-rong1，SHI Hua-biao2，ZHENG Jian-ping1
（1.Zhejiang Electric Power Test and Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.China United Engineering Corporation，Hangzhou 310022，China）

Through the analysis of the principles of tiny-oil ignition technology and the characteristics of pulverized coal combustion，the differences from starting with traditional fuel oil gun are studied in terms of pulverized coal burn-out rate，heat transfer in furnace and mixed combustion of coal and oil to deal with the problems in the technology application.And the proposals on the operation are provided.

tiny-oil ignition；pulverized coal burn-out rate；heat transfer in furnace；mixed combustion of coal and oil

TK227.1

：A

：1007-1881（2012）02-0031-03

2011-10-01

李劍（1977-），男，浙江永康人，工程師，主要從事火力發電廠鍋爐試驗和節能減排技術研究工作。