降低燃用貧煤鍋爐啟動用油的措施

王濱

(華電濰坊發電有限公司，山東 濰坊 261204)

0 引言

火電廠煤粉鍋爐點火啟動、停運及低負荷助燃等情況下均需耗用大量燃油。目前，燃煤鍋爐的節油技術主要有微油點火、等離子點火等，在機組節油方面發揮了重要作用。但這些技術對煤種的適應范圍小，不能適應入爐煤質的大幅度變化，啟動時仍需要大油槍伴燒；同時，啟動過程中普遍存在飛灰含碳量高的缺點。

1 設備概況

某公司二期工程2臺2 102 t/h鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產的超臨界參數變壓運行直流鍋爐，單爐膛、一次再熱、四角切圓燃燒、固態排渣，設計煤種為山西晉中地區貧煤，點火及助燃油為#0柴油。燃燒系統的點火方式為二級點火，即高能點火裝置點燃輕油，輕油點燃煤粉。系統配有16支Y型蒸汽霧化油槍，其中下3層共12支油槍間隔布置在相鄰2層濃煤粉噴嘴之間的1個直吹風噴嘴內，上1層共4支油槍布置在第2層和第3層淡煤粉噴嘴之間的1個直吹風噴嘴內。

2 油耗高的原因分析及改造措施

該公司二期#3，#4超臨界直流鍋爐啟動油耗高，啟動時間長，2011年耗油量高達2 557 t，不符合國家節能減排要求。造成機組啟動油耗高的主要原因為：#3，#4鍋爐設計煤種為貧煤，燃煤揮發分低(Vdaf=14.9%)，啟動初期不易點燃；啟動初期爐管溫度偏低，烘爐時間長。對#3，#4鍋爐啟動用油情況進行統計，結果見表1。

表1 #3， #4鍋爐啟動用油量統計

從表1可以看出：2010—2012年，#3，#4機組每次冷態啟動用油為120～190 t，有時甚至超過260 t，極大增加了公司的燃料成本。

為解決啟動油耗高的問題，該公司采取了以下改造措施：一是在微油點火燃燒器內增加了二級供氧裝置，為油槍火焰和高濃度煤粉火焰提供強化燃燒所需的氧氣，在煤粉氣流初始著火的湍流混合關鍵區域形成富氧環境，提高了區域燃燒強度，增強了點火能量，大大降低了點火初期的飛灰可燃物含量；二是采取了“除氧器至啟動分離器循環加熱”啟動的方式，鍋爐冷態沖洗合格后，點火前逐漸提高除氧器溫度至150 ℃左右，開啟正常水位調節(NWL)閥進行循環加熱(常規做法是循環加熱前點火烘爐)，對鍋爐循環加熱3～5 h，提高水冷壁內爐水溫度，使爐管溫度顯著提高，減少了啟動烘爐時間。

3 系統改造

3.1 純氧點火改造

3.1.1 純氧改造原理

純氧助燃點火技術的核心是“以煤代油、確保燃盡”，以微油點火燃燒器為基礎，在燃燒器的適當位置，以適當方式加入適量純氧，確保不同煤種的煤粉均能可靠、充分燃燒，以煤火焰代替油火焰，從而實現節油目的。由于油、煤粉燃盡率很高，可以避免二次燃燒，不會對脫硫、脫硝、電除塵、布袋除塵系統造成污染，從而有條件實現“無煙開機、環保開機”。

純氧對燃燒的作用：降低燃料的著火點溫度和著火熱；提高火焰傳播速度和燃盡率；提高燃燒區的火焰溫度。

3.1.2 純氧助燃點火關鍵技術

(1)將微油點火和純氧助燃兩項技術巧妙結合，用最佳氧濃度來提高油、煤火焰溫度，增強了點火能量，提高了煤種適應性，保證了電站鍋爐在煤質變化情況下可靠地實現冷態點火及低負荷穩燃。

(2)運用鈍體尾跡點火技術，形成穩定燃燒區。在點火煤粉燃燒器出口設置鈍體，在鈍體后設置環形噴氧管，如圖1所示。微油火焰與煤粉氣流繞鈍體而過，形成鈍體尾跡。在鈍體尾跡內噴入純氧，鈍體尾跡和主氣流交界面上有很大的速度梯度和濃度梯度，是動量交換和物質交換最激烈的區域，在該處形成高煤粉濃度區、高氧氣濃度區、高溫區(“三高”區域)，非常有利于煤粉的著火燃燒。

圖1 環形噴氧管

(3)低壓油膜破碎技術。微油槍采用低壓油膜破碎技術，在特定的裝置中，僅需要較低的燃油壓力(約0.5 MPa)，利用氣-液兩相流中的空氣動力特性將油膜粉碎，即可獲得超細微小的霧化油滴，油滴索太爾平均直徑可達20 μm。在霧化過程中，充分、有效利用了氣體能量，實現了最佳的霧化效果。良好的霧化效果，配合相關氣化技術，使燃油高強度充分燃燒。

3.2 采用“除氧器至啟動分離器循環加熱”啟動方式

#3，#4鍋爐采用內置式、簡單疏水大氣擴容式啟動系統，排水通過2根疏水管道引至一個連接球體，再到鍋爐的大氣式擴容器后外排。機組啟動時，鍋爐螺旋管水冷壁溫度與鍋爐烘爐時間關系如圖2所示。

圖2 螺旋管壁溫度與點火并網時間的關系

啟動時爐管溫度越低，烘爐所需時間越長，機組油耗也就越高，因此，有效提高啟動初期爐管溫度是節油的關鍵。采用“除氧器至啟動分離器循環加熱”啟動方式，可提高點火前螺旋管水冷壁溫度，縮短烘爐時間，從而節省燃油。

鍋爐冷態沖洗合格后，逐漸提高除氧器溫度至150 ℃左右，同時開啟正常水位(NWL)調節閥進行排水回收(常規做法是直接進入點火程序，不開啟NWL調節閥進行排水回收)，對鍋爐循環加熱3～5 h，提高水冷壁內爐水溫度，按給水→除氧器→給水泵→高壓加熱器→鍋爐省煤器→水冷壁→啟動分離器→NWL調節閥→除氧器的流程進行循環，減少外排熱量，提高爐水溫度，使鍋爐金屬溫度得到提高。

4 改造效益分析

改造前、后啟動用油對比見表2。由表2可以看出：兩項措施實施后，機組啟動用油減少110～250 t，下降幅度達75%左右，節油效果明顯。

表2 改造前、后 #3， #4鍋爐啟動用油對比

改造前，冷態點火用油量為150 t(實際為120～190 t)，冷態啟動用時12 h；改造后，冷態點火用油量按30 t計算(實際為24 t)，用氧量15 t，冷態啟動用時10 h。

改造后，鍋爐冷態點火啟動1次可節省燃油120 t，按燃油8 000元/t的市場價計算，則可節省120×8 000×10-4=96(萬元)。

所節省燃油折算成燃煤為239 t。按燃煤平均價格750元/t計，則節省燃煤費用為239×750×10-4≈18(萬元)。

氧氣的市場價格為800元/t，則15 t氧氣的費用為1.2萬元。

同時，因投入循環加熱，可早并網2 h，增加上網電量80萬kW·h，按電價0.4 元/(kW·h)計，可增加利潤80×0.4=32(萬元)。

所以，每次冷態啟動可節省費用96-18-1.2+32=108.8(萬元)，全年2臺機組按8次啟動統計，則可節省費用108.8×8=870.4(萬元)。

每年穩燃用油按100 t計，扣除多耗燃煤及氧氣的費用后，實際節省費用約為70萬元。

全年節省費用=冷態啟動節省費用+穩燃節省費用=870.4+70=940.4(萬元)，每臺機組純氧點火改造投資預算為460萬元，則約1年即可收回改造2臺機組的投資。

5 結束語

純氧點火助燃技術與以往鍋爐節油技術相比，其節油效果更顯著，煤種適應性更強。隨著環保形勢的日益嚴竣，機組開機時煙囪冒煙可能也會成為環保部門的監管事項；同時，未燃盡的燃油、煤粉對脫硫、脫硝、電除塵、布袋除塵等系統易造成安全威脅，而純氧點火能很好地解決這個難題。循環加熱啟動方式不需要增加任何設備投入，只需要改變系統運行方式即可有效提高點火前爐管溫度，達到較好的節油效果。實施“純氧點火改造”和采用“除氧器至啟動分離器循環加熱”啟動方式兩項措施，徹底改變了該公司#3，#4機組啟動油耗高的困難局面，從根本上解決了因燃燒貧煤和設備特性造成的機組啟動耗油高、啟動時間長、鍋爐低負荷穩燃耗油高的難題，啟動燃油量下降75%～80%，節油、環保效果顯著。

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