微油點火技術的改造及效果分析

孫國春

(合肥第二發電廠，安徽 合肥 231607)

1 機組和鍋爐設備概況

合肥第二發電廠1 號爐為哈爾濱鍋爐廠生產的HG-1156/17.4 YM1 型單汽包自然循環、懸吊∏型布置、全露天、煤粉爐。其主要參數如表1 所示。

表1 鍋爐主要參數

鍋爐有24 個燃燒器，分6 層布置，燃燒器采用大風箱結構，煤粉燃燒器總熱容量為31.91×106kcal/h。1 號爐配有12 支油槍，分3層布置，每支油槍出力為2 000 kg/h。設計煤種為淮南花家湖煙煤，校核煤種為淮南煙煤(A)，淮北煙煤（B）。該爐采用正壓直吹式制粉系統，配置3臺SVEDALA12′6″Х18′0″型雙進雙出球磨機。

2 微油點火技術基本原理

2.1 微油氣化燃燒原理

微油氣化燃燒的工作原理是，利用機械霧化將燃料油擠壓、撕裂、破碎，產生超細油滴后通過高能點火器引燃，同時巧妙地利用燃燒產生的熱量對燃油進行加熱、擴容，使燃油在極短的時間內蒸發氣化。由于燃油是在氣化狀態下燃燒的，其火焰溫度得到大大提高，燃燒時間急劇縮短，并且氣化后的火焰呈藍色，傳播速度快，中心溫度高達1 500～2 000 ℃，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內直接點燃一級煤粉，從而實現電站鍋爐啟動、停止以及低負荷穩燃。

2.2 冷爐微油點火燃燒器工作原理

冷爐微油點火燃燒器的工作原理是，微油氣化油槍與高強度油燃燒室配合，燃燒后形成溫度很高的油火焰，將高溫油火焰引入煤粉燃燒器一級燃燒區，當濃相煤粉通過氣化燃燒高溫火核時，煤粉溫度急劇升高、破裂粉碎，釋放出大量的揮發分，并迅速著火燃燒；已著火燃燒的濃相煤粉在二次室內與稀相煤粉混合并點燃稀相煤粉，實現了煤粉的分級燃燒，燃燒能量逐級放大，達到點火并加速煤粉燃燒的目的，大大減少了煤粉燃燒所需引燃的能量。滿足了鍋爐啟、停及低負荷穩燃的需求。

3 微油點火系統

微油點火系統由油燃燒系統、微油點火煤粉燃燒器、壓力冷風系統、自動控制系統四大部分組成。在點火和穩燃狀態下，微油點火煤粉燃燒器的出力可以在2 000 ～10 000 kg/h 煤粉時保持穩定燃燒。微油點火所有熱工控制及顯示信號，均由微油PLC 系統統一調控，能夠滿足就地手動控制和遠程程序控制。

3.1 油燃燒系統

微油點火燃燒器油系統油壓可根據該廠1 號爐燃油系統油壓≤1.4 MPa 的實際情況進行設計，并且不影響原燃油系統的正常運行，保留原有的大油槍，保證大油槍可隨時正常投用。

油系統的具體參數為：最低油壓0.8 MPa；最高油壓1.4 MPa；單支消耗量30 kg/h。

氣化油槍配備有高能油燃燒室，高能點火器以及油火檢系統等設備，燃燒溫度可達1 800～2 000 ℃，為點燃煤粉創造了很好的條件。由于原燃油系統可能含有較多雜質，故采用2 級過濾，以保證不會有雜質堵塞微油高能氣化油槍。

在設計系統時考慮到對煤質的適應性，在A層各角各加裝1 根輔助氣化油槍。輔助氣化油槍的出力與主油槍一致，均為30 kg/h，并配有吹掃風，從而確保輔助油槍不積碳、不粘污。

3.2 微油煤粉燃燒器

根據該廠1 號爐燃用煤質的情況，將拆除該爐A1 層(最下層主燃燒器)原1～4 號角的煤粉燃燒器，將其改造成微油點火燃燒器，并將微油煤粉燃燒器設計成圓形結構，以保持煤粉風室流通面積與原一次風管面積一致。

微油煤粉燃燒器采用3 級放大引燃方式，當煤粉被流線型濃淡分離裝置濃縮后，濃相煤粉通過1級燃燒室，受到高溫油火焰的沖擊加熱，快速析出揮發分，并迅速引燃。第1 級引燃的煤粉再引燃第2 級和第3 級煤粉，從而達到在冷爐狀態下，用微油點燃煤粉的目的。微油點火燃燒器不僅可以作為點火以及低負荷穩燃燃燒器使用，而且在正常運行時還可以作為主燃燒器使用。

微油燃燒系統主要參數如表2 所示。

表2 微油點火燃燒器主要設計參數

3.3 壓力冷風系統

壓力冷風的作用主要有以下3 個：

(1)為微油油槍提供充分燃燒的氧量；

(2)為氣化油槍提供冷卻；

(3)為高強度油燃燒室提供壁面冷卻。

壓力冷風系統的設計參數如表3 所示。

表3 壓力冷風系統的設計參數

3.4 自動控制系統

自動控制系統與爐膛安全監視系統(FSSS)及分散控制系統(DCS)相接。

4 微油點火技術在運行中的實際運用

4.1 鍋爐升溫升壓速率控制

根據鍋爐運行規程，要嚴格控制鍋爐的升溫升壓曲線，對于直吹式制粉系統，當其進行微油冷爐啟動時，可以通過調整磨煤機出力對其進行控制。

鍋爐進行冷態啟動時，可使用4 臺微油點火燃燒器代替原有的2根大油槍(2 000 kg/h)進行啟動，根據能量相等原理，并考慮煤粉的燃燒效率，通過計算得出啟動時所需的總粉量為11.4 t/h，折合每個角為2.85 t/h。根據溫州電廠300 MW 機組的運行經驗，并考慮點火初期煤粉燃燒效率不高的因素，將磨煤機的出力控制在15 t/h 左右，既可以滿足鍋爐升穩、升壓的要求，又可以滿足磨煤機最低出力的要求。

一次風管道的風速設計為22 m/s，經過計算得出此時一次風的煤粉濃度為0.344 kg/kg，完全符合微油點火的要求。鍋爐啟動后，由于給粉量通過磨煤機實現連續可調節，因此可以滿足鍋爐啟動時的升溫升壓曲線。

4.2 微油點火燃燒器冷態啟動程序

(1)按機組正常啟動順序，先投大油槍，當一次風溫度達到啟磨條件后，再投入A 磨煤機。

(2)A 磨具備啟磨條件，投入微油油槍，然后制粉系統制粉，并根據著火情況，調整各參數至最佳值，當著火穩定后，逐步退出大油槍，調整容量風至適當出力運行。

(3)根據鍋爐升溫、升壓曲線，逐漸調整磨煤機的容量風以調整出粉量，觀察爐膛出口煙溫和爐內燃燒情況，如燃燒穩定，則可繼續增加磨煤機的出粉量，同時觀察爐膛出口煙溫是否超限。從而完成汽輪機沖轉、定速，發電機并網等工作。

(4)在鍋爐負荷超過30 %BMCR 后，可以視鍋爐負荷情況逐次地投入主燃燒器，當達到不投油穩燃負荷時，再逐次將微油點火燃燒器退出運行，此時4 臺微油點火燃燒器可以作為主燃燒器運行。

(5)逐次啟動其他磨煤機，鍋爐升負荷。

4.3 停爐程序

(1)機組降負荷，逐次停止上層對角燃燒器和對應的磨煤機運行。

(2)當機組負荷降至最低不投油穩燃負荷后，啟動微油點火燃燒器。

(3)機組繼續降負荷，逐次對角停用下2 層主燃燒器。

(4)機組降負荷，磨煤機調整容量風風量逐漸減小出力。

(5)下層燃燒器對應的磨煤機給煤量降至最低出力，根據需要，停用下層燃燒器對應的磨煤機，微油點火及超低負荷穩燃燃燒系統停用，鍋爐滅火。

5 效果分析

5.1 節省燃料費用

1 號爐燃油按800 t/年計，燃油價格為0.58萬元/t(市場價)，每個角微油槍出力為60 kg/h，大油槍平均出力為2 179 kg/h，由于點火初期需使用大油槍進行暖爐，大油槍使用時間約為2 h，因此，節油率比從冷態下投微油點火燃燒器略低，以90 %計算。則可得出：

節省燃油量為800×90 %=720 t，

燃油耗費為0.58×720=417.6 萬元。

燃油的低位熱值按4.187×104kJ/kg 計算，1號爐煤種按平均低位發熱值21 000 kJ/kg 計算，到廠煤價按400 元/t 計算，則按發熱量相等原則所需的原煤費用為：

4.187×104×720÷21000÷0.7×400÷10 000=82 萬元

其中：0.7 為初始點火時煤粉燃燼率。

設計煤種發熱量為21 000 kJ/kg，原煤消耗為4.187×104×720÷21 000÷0.7=2 050.8 t，制粉單耗按7.9 kWh/t，用電價格按0.4 元/kWh 計算，則耗電費用為2 050.8×7.9×0.4/10 000=0.65 萬元。

經以上計算，1 臺機組1年節油費為417.6－82-0.65=334.95 萬元。

5.2 鍋爐超低負荷運行

由于微油技術非?？煽?，在機組設備出現問題時，可以在投用微油時保持鍋爐超低負荷長時間運行，極大地提高和改善鍋爐的穩燃性能，既可節省大量燃油費，又可提高鍋爐低負荷運行的可靠性。

5.3 尾部二次燃燒問題

鍋爐尾部煙道引起二次燃燒的主要原因是，由于大油槍燃燒不完全，使未燃燒的油滴進入尾部煙道，并積存在尾部煙道上，這些油滴受煙道內高溫煙氣的加熱氣化從而引起二次燃燒。微油點火不會發生尾部煙道二次燃燒，其主要原因如下。

(1)微油槍出力非常微小(單角60 kg/h)，燃燒非常充分，不存在剩余未燃燼的油滴進入尾部煙道的情況，因此尾部煙道不存在因為剩余的油滴氣化而引起的二次燃燒。

(2)鍋爐冷態微油點火進行啟動時，煤粉燃燒效率只有70 %～80 %，剩余未燃燼的煤粉雖然進入了尾部煙道，但是由于煤粉的揮發分基本已燃燼（經實地測定飛灰中揮發分含量為2 %），因此進入鍋爐尾部煙道的未燃燼的煤粉絕大部分是固定碳。固定碳的著火非常困難(著火點在1 000℃左右)，而尾部煙道達不到這么高的溫度，因此沒有引發二次燃燒的條件。此外，為了加強運行的安全性，在利用微油點火進行鍋爐冷態啟動時，可以增加尾部煙道吹掃的次數，來防止未燃燼煤粉的堆積量。微油改造實踐也表明，進行微油改造后機組運行安全可靠，未發生任何二次燃燒和爆燃的事故。

5.4 環保效益

鍋爐在啟動和停爐過程中，因為擔心未燃燼的燃油在電除塵器電極上沉積，對電除塵產生破壞，因此不投用電除塵。采用微油技術后，由于燃油量非常微小且燃燼率極高，不存在未燃燼的燃油在電除塵電極上沉積的問題，因此可提前投入電除塵。這樣就大幅度減少了粉塵的排放，避免了環境污染，具有顯著的社會效益和經濟效益。