微油點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)在1000MW機(jī)組塔式爐上的應(yīng)用

王國(guó)紅

【摘要】：介紹了銅山華潤(rùn)電力有限公司2×1000MW超超臨界機(jī)組塔式爐燃油系統(tǒng)的配置情況。微油點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)是一項(xiàng)在2000t/h及以下等級(jí)的鍋爐上成熟運(yùn)行的典型節(jié)油技術(shù)，通過(guò)對(duì)機(jī)械霧化微油點(diǎn)火裝置的工作原理及系統(tǒng)組成的分析，從點(diǎn)火前的汽水系統(tǒng)的升溫準(zhǔn)備、原煤加倉(cāng)的優(yōu)化及微油系統(tǒng)的準(zhǔn)備、微油油槍的啟動(dòng)及停止參數(shù)調(diào)整、微油煤粉燃燒器的投運(yùn)、水冷壁合理溫升中應(yīng)力的控制等方面系統(tǒng)闡述了微油點(diǎn)火裝置在1000MW機(jī)組塔式爐上的應(yīng)用技術(shù)。介紹了微油點(diǎn)火系統(tǒng)在鍋爐沖管、冷態(tài)啟動(dòng)、低負(fù)荷穩(wěn)燃等典型工況下的應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益。微油點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)在超超臨界塔式爐上取得了非常好的節(jié)油效果，獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【關(guān)鍵詞】：塔式爐微油系統(tǒng)點(diǎn)火穩(wěn)燃經(jīng)濟(jì)分析

引言

我國(guó)是一個(gè)石油消耗和進(jìn)口大國(guó)。國(guó)家發(fā)改委在“節(jié)能中長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃”中明確提出：“十一五”期間，電力等行業(yè)節(jié)約和替代燃料油的目標(biāo)是3800萬(wàn)噸。

在我們現(xiàn)階段燃煤電廠的鍋爐生產(chǎn)中，如何降低燃油消耗成為越來(lái)越重要的話題。近幾年來(lái)，微油點(diǎn)火和微油穩(wěn)燃技術(shù)在很多電廠得到了廣泛的運(yùn)用[1]。

1微油系統(tǒng)概況

銅山華潤(rùn)電力有限公司2×1000MW機(jī)組配套使用上海鍋爐廠生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣塔式爐。鍋爐型號(hào)：SG-3044/27.46-M53X。

鍋爐配置直吹式制粉系統(tǒng)。磨煤機(jī)型號(hào)為ZGM133N，設(shè)計(jì)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)五運(yùn)一備用。基建后期，根據(jù)微油系統(tǒng)在300MW機(jī)組的成熟應(yīng)用，決定加裝微油系統(tǒng)，系統(tǒng)組成如下。

1.1減壓系統(tǒng)

為了保證微油系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，防止?fàn)t前油系統(tǒng)工況變化影響微油運(yùn)行，同時(shí)節(jié)約基建成本，微油系統(tǒng)的供油從爐前進(jìn)油快關(guān)閥前引出。微油供油設(shè)置兩路減壓裝置，每路減壓裝置各由一個(gè)機(jī)械減壓閥及其前后手動(dòng)截止閥組成，通過(guò)減壓裝置后將爐前燃油母管的油壓由3.1MPa左右降低到1.0～1.2MPa，匯總到爐前微油母管，然后獨(dú)立送到B磨8個(gè)微油燃燒器對(duì)應(yīng)的油角閥處。在減壓閥后的微油母管上單獨(dú)引一路至一側(cè)（A側(cè)）空預(yù)器熱一次風(fēng)門管道上，用于鍋爐點(diǎn)火后加速提高一次風(fēng)風(fēng)溫，滿足啟B磨要求。

1.2燃燒裝置

油燃燒裝置主要由組合式氣動(dòng)推進(jìn)器、安裝支架、穩(wěn)焰器、油槍和點(diǎn)火槍等組成。燃燒裝置將點(diǎn)火槍、油槍組合在一起，由組合式氣動(dòng)推進(jìn)器統(tǒng)一控制，因而結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、動(dòng)作協(xié)調(diào)、性能可靠。四角油槍前各配置一個(gè)手動(dòng)截止閥及氣動(dòng)角閥，便于有效隔離小油槍及快速切斷燃油。考慮到一次風(fēng)道空間小、位置隱蔽，漏油后危險(xiǎn)性大，啟磨小油槍前配置一個(gè)手動(dòng)截止閥及兩個(gè)串聯(lián)的氣動(dòng)角閥。該系統(tǒng)與滅火保護(hù)系統(tǒng)及就地程控系統(tǒng)配合，可自動(dòng)完成點(diǎn)火槍、油槍的進(jìn)、退和點(diǎn)火、燃燒。

1.3配風(fēng)系統(tǒng)

為了保證微油系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少配風(fēng)系統(tǒng)受鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的影響，單獨(dú)配置了油配風(fēng)系統(tǒng)及啟磨風(fēng)系統(tǒng)。油配風(fēng)系統(tǒng)由油配風(fēng)機(jī)及相應(yīng)的風(fēng)門擋板組成。油配風(fēng)母管環(huán)繞鍋爐一周，每個(gè)小油槍單獨(dú)設(shè)置一個(gè)配風(fēng)支管，在進(jìn)入微油燃燒器前均設(shè)置調(diào)節(jié)閥門，便于在微油點(diǎn)火及燃燒過(guò)程中合理配風(fēng)。啟磨風(fēng)系統(tǒng)則為啟磨燃燒器穩(wěn)定運(yùn)行提供獨(dú)立的配風(fēng)，由啟磨風(fēng)機(jī)及相應(yīng)的風(fēng)門擋板組成，在進(jìn)入微油燃燒器前也設(shè)置調(diào)節(jié)閥門，便于點(diǎn)火時(shí)調(diào)節(jié)風(fēng)速，確保一次風(fēng)道的運(yùn)行安全。

1.4控制、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成微油系統(tǒng)所有設(shè)備關(guān)聯(lián)的狀態(tài)、指令等信號(hào)接入到DCS，通過(guò)DCS完成微油點(diǎn)火系統(tǒng)的啟停程控、故障報(bào)警、聯(lián)鎖保護(hù)等。主要有就地點(diǎn)火控制柜、風(fēng)機(jī)運(yùn)行控制柜、DCS遠(yuǎn)程控制、可見光火檢、壁溫監(jiān)測(cè)、風(fēng)速檢測(cè)系統(tǒng)等。

2微油技術(shù)燃燒原理及特點(diǎn)

微油燃燒方式國(guó)內(nèi)典型的有機(jī)械霧化的微油系統(tǒng)及壓縮空氣霧化的氣化油槍系統(tǒng)，其基本原理略有差異。銅山華潤(rùn)采用了機(jī)械霧化的微油系統(tǒng)。

2.1微油點(diǎn)火原理

微油燃燒系統(tǒng)主要由微油點(diǎn)火系統(tǒng)、微油小油槍、配風(fēng)系統(tǒng)和配套的煤粉燃燒器組成。其工作原理如下：具有一定壓力（1.0～1.2MPa）的燃料油通過(guò)分油器進(jìn)入霧化旋流片，在霧化旋流片的切向槽中轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)液流，離開噴嘴出口處即形成一股中空的錐體狀高速旋轉(zhuǎn)薄膜流，該薄膜流被油配風(fēng)的空氣流沖擊、撕裂、破碎后進(jìn)一步霧化成邊前進(jìn)邊擴(kuò)容的油霧。油霧被高能點(diǎn)火槍點(diǎn)燃后，在油槍內(nèi)部穩(wěn)焰罩的小空間內(nèi)初步燃燒，同時(shí)使尚未燃燒的油霧加熱、擴(kuò)容，在極短的時(shí)間內(nèi)促使這部分油霧蒸發(fā)、氣化，并將其進(jìn)一步鏈接點(diǎn)燃。油霧燃燒率瞬間迅速提高，溫度急劇上升，形成中心溫度高達(dá)1500℃以上的錐體狀高速火核。火核沖出穩(wěn)焰罩后進(jìn)入到中空的煤粉燃燒器內(nèi)，將部分熱量加熱穩(wěn)焰罩外的煤粉，使煤粉完成初次加熱。在煤粉燃燒器出口處，火核前進(jìn)中對(duì)煤粉燃燒器內(nèi)噴出的煤粉沖擊、卷吸，完成一級(jí)點(diǎn)燃，形成一級(jí)煤粉燃燒區(qū)。油霧、煤粉共同燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c鄰近煤粉進(jìn)一步混合，一級(jí)燃燒釋放的熱量使鄰近的混合后的煤粉迅速升溫，并將其中揮發(fā)分瞬間大量析出，在高溫環(huán)境下燃燒，形成了煤粉的分級(jí)燃燒。燃燒產(chǎn)生的能量逐級(jí)放大，遠(yuǎn)超過(guò)煤粉燃燒所需要的著火熱，于是煤粉持續(xù)點(diǎn)燃、燃燒、擴(kuò)散，形成煤粉的穩(wěn)定燃燒。小油槍結(jié)構(gòu)如圖1所示。小油槍冷態(tài)下直接點(diǎn)燃煤粉的現(xiàn)場(chǎng)圖如圖2。

圖1機(jī)械霧化小油槍結(jié)構(gòu)示意圖 圖2小油槍冷態(tài)下直接點(diǎn)燃煤粉的現(xiàn)場(chǎng)圖

2.2微油點(diǎn)火特點(diǎn)

微油小油槍點(diǎn)燃煤粉是在煤粉燃燒器內(nèi)部完成，具備以下幾個(gè)特點(diǎn)。一、粉包火。煤粉燃燒器里中心區(qū)是高溫火核，周邊是煤粉，既有利于煤粉的點(diǎn)燃，又有利于保護(hù)燃燒器，防止燃燒器被燒壞。二、煤粉燃燒是逐級(jí)點(diǎn)燃、逐級(jí)放大的過(guò)程，形成燃燒的鏈接反應(yīng)過(guò)程。三、油霧燃燒產(chǎn)生的熱量全被煤粉吸收并直接點(diǎn)燃煤粉，大大降低了點(diǎn)燃煤粉所需要的燃油量。

3微油點(diǎn)火在運(yùn)行中的應(yīng)用技術(shù)

微油點(diǎn)火在理論上可以點(diǎn)燃任何參數(shù)的煤粉，并可以與任意參數(shù)的磨組配套使用。但是在實(shí)際運(yùn)行中，一方面要保證燃燒系統(tǒng)自身安全穩(wěn)定，另一方面更要和機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程的汽水升溫升壓等要求相匹配。因而給微油系統(tǒng)的正常投運(yùn)設(shè)置了一定的邊界條件，具備了自己獨(dú)特的應(yīng)用技術(shù)。

3.1入爐煤的參數(shù)選擇

影響微油點(diǎn)火正常穩(wěn)定運(yùn)行的煤質(zhì)參數(shù)除全水分Mt外，主要有入爐煤低位發(fā)熱量Qnet、空干基揮發(fā)分Vad及硫分St，ad三個(gè)典型指標(biāo)。入爐煤低位發(fā)熱量Qnet越高，煤粉越容易著火并燃燒，但是根據(jù)300MW機(jī)組微油運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，熱值大于5500kcal/kg后，在點(diǎn)火五、六個(gè)小時(shí)后燃燒器噴口很容易結(jié)焦，嚴(yán)重時(shí)甚至燒塌燃燒器。熱值偏低則不易著火也不易燃盡。空干基揮發(fā)分Vad對(duì)著火及燃燒的影響與低位發(fā)熱量的情況相似。硫分St，ad越高，越易著火同時(shí)也很容易造成噴口結(jié)焦甚至焦塊堵死噴口。燃油及煤粉燃燒器可靠運(yùn)行的煤質(zhì)參數(shù)為：全水Mt≤10%；22%≤空干基揮發(fā)分Vad≤30%；4600kcal/kg≤低位發(fā)熱量Qnet≤5000kcal/kg；全硫St，ad%≤1.0%。

3.2小油槍運(yùn)行參數(shù)的選擇

由于微油燃燒器在點(diǎn)火及助燃過(guò)程中，穩(wěn)定著火時(shí)要滿足自身的特定條件。小油槍點(diǎn)火前，除了要及時(shí)清除油槍內(nèi)的雜質(zhì)以提高霧化效果外，點(diǎn)火前要注意調(diào)整油槍前的油壓在1.0～1.2MPa，油配風(fēng)機(jī)出口調(diào)節(jié)擋板的開度置于30～35%，油配風(fēng)母管風(fēng)壓控制在0.14～0.17kPa，風(fēng)速調(diào)整為13～16m/s，四個(gè)角8支小油槍對(duì)應(yīng)的風(fēng)門開度為45%～55%，具體調(diào)整時(shí)發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火不成功，一般在就地將風(fēng)門開度關(guān)小至30%～35%后即有顯著效果，點(diǎn)燃后再將風(fēng)門開度開大至45%～55%。啟磨風(fēng)機(jī)出口調(diào)節(jié)擋板的開度置于55～60%，風(fēng)道小油槍的油配風(fēng)母管風(fēng)壓控制在0.21～0.26kPa，風(fēng)速調(diào)整為24～28m/s為宜。

3.3磨組參數(shù)的選擇

由于微油燃燒器安裝在煤粉燃燒器內(nèi)，使得煤粉燃燒器在運(yùn)行時(shí)阻力相應(yīng)較大。磨組一次風(fēng)量較高時(shí)可以確保噴口的安全，但是會(huì)導(dǎo)致煤粉燃燒率顯著下降；一次風(fēng)量較低時(shí)有助于煤粉燃燒但是在爐膛冒正壓、制粉系統(tǒng)擾動(dòng)等情況下，易造成煤粉因動(dòng)力不足而脫落，嚴(yán)重時(shí)造成燃燒器噴口結(jié)焦。磨煤機(jī)分離器轉(zhuǎn)速越高，磨制的煤粉越細(xì)越有利于煤粉的點(diǎn)燃和燃盡，但是易造成磨組因磨輥打滑而間斷性振動(dòng)。啟磨時(shí)磨的出口風(fēng)溫高，有利于煤粉燃燒，但是投油加熱的時(shí)間要延長(zhǎng)，導(dǎo)致耗油量增加。此外，由于剛投粉時(shí)爐膛內(nèi)需要的熱負(fù)荷較低，為了控制汽水溫升速度要嚴(yán)格控制煤量，但是煤量低極易造成磨組振動(dòng)大，而液壓加載力的下限值不能下調(diào)，否則易導(dǎo)致磨組的損壞，此時(shí)要注意加倉(cāng)顆粒多的煤種。

通常情況下，投運(yùn)微油點(diǎn)火的磨組時(shí)，該磨組的進(jìn)口風(fēng)溫（冷風(fēng)調(diào)門全關(guān)）達(dá)到145℃可以啟動(dòng)磨組并穩(wěn)定運(yùn)行。給煤量初始值在26～30t/h左右，磨組的一次風(fēng)量調(diào)整范圍為98～105t/h，磨組的出口溫度控制在60～95℃范圍內(nèi)、旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速降低到110～180rpm內(nèi)即可（若磨組振動(dòng)很小，可以增加分離器轉(zhuǎn)速）。

3.4冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程的關(guān)鍵控制技術(shù)

由于塔式爐水冷壁管使用T23鋼材，鋼材的特殊性決定水冷壁管的溫升速度不宜太大。據(jù)較為成熟的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中水冷壁管的溫升速率不宜超過(guò)2.0℃/min，短時(shí)速度不宜超過(guò)3.5℃/min，否則易出現(xiàn)管材硬度增加、管壁間應(yīng)力超限導(dǎo)致啟動(dòng)后水冷壁泄漏的事件發(fā)生。通過(guò)對(duì)汽水系統(tǒng)的調(diào)整、燃料的投運(yùn)調(diào)整即可取得滿意的效果。

3.4.1通過(guò)優(yōu)化冷態(tài)清洗，提高爐水溫度

目前除外高橋三廠及少數(shù)技改后的塔式爐使用鄰爐加熱外，其他大多數(shù)電廠均沒有配置鄰爐加熱系統(tǒng)，但是現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中可以通過(guò)調(diào)節(jié)除氧器水溫達(dá)到顯著提高爐膛溫度的目的。

鍋爐完成上水后，即開始進(jìn)行冷態(tài)清洗。通常上水溫度控制在100～107℃，經(jīng)過(guò)高壓加熱器、給水管道、省煤器后，進(jìn)入水冷壁的水溫通常約45～50℃。在進(jìn)行冷態(tài)清洗過(guò)程中，大量不合格的爐水被排放掉。持續(xù)不斷的水冷壁清洗過(guò)程，其實(shí)也是不斷提高壁溫的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程的中后階段，通過(guò)提高本機(jī)高壓輔汽聯(lián)箱的壓力至0.7～0.8MPa左右，可以緩慢提高給水溫度至165℃左右。完成冷態(tài)清洗后，水冷壁出口爐水溫度可以提升至115℃左右，鍋爐已經(jīng)起壓。

3.4.2大油槍暖爐，小油槍點(diǎn)燃煤粉

完成冷態(tài)清洗后，爐膛溫度一般在120℃左右，此時(shí)盡快啟動(dòng)送引風(fēng)機(jī)完成爐膛吹掃。由于爐膛吹掃過(guò)程是高溫水冷壁冷卻的過(guò)程，爐膛吹掃期間即啟動(dòng)油配風(fēng)機(jī)及啟磨風(fēng)機(jī)。完成吹掃后立即點(diǎn)燃一層B磨或C磨的大油槍暖爐。打通B磨通風(fēng)通道，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)的一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)，開始投運(yùn)熱一次風(fēng)道內(nèi)的啟磨小油槍及B磨對(duì)應(yīng)的8支小油槍。大油槍暖爐約1小時(shí)，啟磨小油槍運(yùn)行時(shí)間超過(guò)40分鐘后，B磨的進(jìn)口風(fēng)溫約提高至150℃左右，可以啟動(dòng)B磨。B磨給煤量加至26t/h左右，撤掉2支大油槍，控制住熱負(fù)荷，然加煤至30t/h左右，撤掉另外2支大油槍。在撤大油槍過(guò)程中，嚴(yán)密注意煤量和大油槍的匹配，可以控制水冷壁管溫升<3～3.5℃/min。給煤量加至35～40t/h左右時(shí)，水冷壁管溫升速度約0.7～1℃/min，控制效果與單獨(dú)投用大油槍的溫升速率相媲美。

在冷態(tài)清洗甚至更早的時(shí)候就要進(jìn)行各小油槍的帶油試投，確保點(diǎn)火時(shí)能順利投運(yùn)。

投油期間可以進(jìn)一步提高高壓輔汽聯(lián)箱的汽壓至0.85～0.9MPa左右（通過(guò)鄰機(jī)冷再提壓），并進(jìn)一步提高給水溫度。本爐主汽壓升高至0.9MPa以上時(shí)，控制高旁減溫水流量，利用高旁排汽投運(yùn)#2高壓加熱器，此時(shí)可以進(jìn)一步提高給水溫度20℃左右，有助于爐膛溫度的進(jìn)一步提升。

4結(jié)論

1000MW機(jī)組塔式爐爐內(nèi)容積大，采用微油點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)后，通過(guò)預(yù)提爐內(nèi)溫度、大油槍暖爐、小油槍點(diǎn)粉等技術(shù)，可以有效控制能量的釋放速度，與水冷壁鋼材T23的溫升要求完美匹配，從而大幅度降低燃油費(fèi)用及其他費(fèi)用，具有優(yōu)越的的經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)對(duì)其它機(jī)組極具有推廣價(jià)值和借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

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