某電廠300 MW機組節油燃燒的技術改進

劉建國

摘 要： 發電廠機組啟動初期，主要通過燃燒柴油點燃油槍啟動，這需要燃燒大量的柴油.由于柴油的價格遠高于煤的價格，為了在機組啟停過程和正常運行中盡量節省用油，減少燃油消耗，提高經濟效益，分析了某電廠自建廠以來在節油燃燒方面的諸多技術改進.前期利用鍋爐余汽提供霧化自汽進行啟動，省去啟動鍋爐的點火運行以節油；后期采用微油點火方式提前投用煤粉，從而實現以煤代油，達到節油燃燒的目的.改進后的經濟性分析表明，節油技術為電廠節約了成本，提高了經濟效益.

關鍵詞：300 MW機組； 節油； 微油點火

中圖分類號： TK 229.6 文獻標志碼： A

現代社會燃煤發電廠機組啟動初期，主要通過燃燒柴油點燃油槍啟動，尤其是機組從檢修狀態下冷態啟動，需要燃燒大量的柴油.由于柴油的價格遠高于煤的價格，因此在大型電廠機組啟停過程和正常運行中應盡量節省用油，從而減少燃油消耗，提高經濟效益[1-4].某電廠在機組投產后一直在作節油的努力，并從節油技術方面進行了摸索、改進，做了很多工作，取得了很好的效果.本文對某電廠自建廠以來節油燃燒方面的技術改進措施進行了歸納和總結，并對改進前后的經濟效益進行了比較.

1 節能改造方案

某電廠1號機組所配鍋爐是由上海鍋爐廠設計制造的，有2臺三分倉空預器，配置了脫硫、脫硝設備，鍋爐型式為亞臨界壓力中間一次再熱控制循環鍋爐，擺動式燃燒器，四角切圓燃燒，平衡通風.配置了5臺磨煤機和5臺給煤機，2臺一次風機，正壓直吹式制粉系統.燃用設計煤種時，不投油穩燃最低負荷為BMCR（汽機超壓5%，主汽閥全開時所需的鍋爐最大連續蒸發量）的35%.原設計有AB/BC/DE 3層共12根大油槍.油槍為WS-2F型蒸汽霧化油槍，油種為0號輕柴油，制造廠為美國COEN公司.表1為1號鍋爐大油槍參數.

1.1 提前投煤粉，減少燃油使用

某電廠鍋爐機組在冷態啟動時，從鍋爐點火到汽輪機掛閘并沖轉、發電機并網到最終鍋爐斷油前的時間很長，特別是在機組檢修后.為了滿足汽輪機超速試驗的要求（某電廠超速試驗的條件是要求30 MW低負荷運行暖機4 h），要求投用4根大油槍并提高燃油量，從而使蒸汽參數滿足機組低負荷暖機時的要求.因低負荷運行時間長，燃油用量較大，某電廠規程作出規定：機組負荷在30 MW時，當被空預器加熱的鍋爐二次風出口風溫大于177℃時，可啟動鍋爐的一次風機，并啟動密封風機，從而投運第一層制粉系統的磨煤機進行暖磨.但在實際啟動過程中，鍋爐的參數已滿足了要求，可升溫升壓，從而提高機組的負荷.但此時磨煤機的暖磨過程還沒有結束，只能采用加大油量的方式或維持燃油量不變延長時間的方式滿足機組啟動需要.經綜合分析，造成此現象的原因主要是機組啟動初期，排煙煙氣溫度較低，鍋爐的一、二次風經空預器加熱后，風溫上升較慢，而此時的磨煤機為全冷態，從一次風機啟動后到啟動磨煤機約需40 min.某電廠經分析后將規程修改為：只要當空預器二次風出口風溫大于100℃時即可啟動一臺一次風機，啟動相應的密封風機后，再啟動磨煤機從而進行暖磨工作；當空預器二次風出口風溫大于177℃，而且給煤機啟動條件也已滿足時，即可啟動制粉系統.這縮短了磨煤機的暖磨時間，也節省了制粉系統的投運時間.規程修改后，某電廠1號機組在大修后的啟動中進行了相關試驗.當空預器出口二次風溫大于100℃，即啟動一臺一次風機和密封風機，然后進行磨煤機暖磨.當汽輪機沖轉至3 000 r·min-1，準備發電機并網時，此時制粉系統啟動條件已滿足.當機組并網后，就可投入一層制粉系統，投用3根大油槍，油量為5 t·h-1左右，最低煤量為11 t·h-1，進行4 h的30 MW低負荷暖機.此時因為有相鄰層燃油槍的火焰支持，DCS畫面火檢信號和現場檢查，鍋爐煤粉著火情況良好.

某電廠在進行上述技術改進后，取得了很好的節油效果.后來又作了進一步的改進，引進了微油點火燃燒系統.表2為微油點火相關參數，油種為0號輕柴油.微油點火燃燒系統是由安裝在制粉系統A層4個燃燒器上的微油氣化油槍點燃煤粉，實現鍋爐的微油點火啟動.該系統在事故情況下也可進行鍋爐助燃.冷爐啟動時投入“微油模式”，將磨煤機A入口風溫加熱（通過磨煤機A入口一次風道上的暖風器加熱磨煤機A入口一次風，暖風器汽源來自輔汽）暖磨，使磨煤機A出口溫度達到規定溫度后，即可啟動制粉系統A投入煤粉燃燒.在暖風器一次風母管上安裝有電動調節門，用于啟動時調節磨煤機A一次風量，正常運行時該門處于關閉位置.

規程修改為：

磨煤機A啟動方式分“正常方式”和“微油點火方式”兩種，在“正常方式”下，磨煤機A保留原來控制邏輯不變；在“微油點火方式”下，邏輯修改為：

（1） “微油點火方式”下允許啟動磨煤機A條件：① 磨煤機A “點火支持有效”增加 “微油點火4支油槍投運正常”；② 其它“正常方式”下磨煤機A啟動允許條件均滿足.

（2） 允許投微油點火的條件：① 鍋爐吹掃已完成，主燃料跳閘（MFT）已復置；② 爐前油進油總門和輕油快關閥已開啟；③ 磨煤機一次風量大于47 t·h-1；④ 供油母管壓力大于2.5 MPa；⑤ 啟動助燃風機.

啟動機組時，原規程中規定的“空預器出口二次風溫大于100℃后即可啟動一次風機”也取消.只要啟動吸、送風機后即可啟動一次風機，磨煤機A切至“微油點火方式”后投運微油油槍，即可啟動制粉系統A，從而以煤代油，節省了燃油.

通過此次改進，不僅可提前投用煤粉，而且在一定程度上以煤代油.提前投用煤粉還可使鍋爐的煙氣量增加，煙氣的溫度上升更快，通過空預器的加熱間接提高了二次風的風溫，使鍋爐爐膛溫度更快地提高，有利于進一步加強煤粉著火的穩定性.改進后煙氣量大，可使鍋爐的主汽溫很快上升，減少啟動時間.

1.2 利用零化自汽，省去啟動鍋爐

某電廠一期共2臺機組，以前當全廠停電后，需投用啟動鍋爐以提供油槍的霧化汽，但啟動鍋爐從啟動到可提供油槍霧化汽需3 h左右.2001年初電廠提出節油措施，即利用本體吹灰蒸汽進行油槍霧化（霧化自汽）.鍋爐在正常運行時，該霧化自汽閥門處于關閉狀態，對鍋爐的吹灰系統沒有任何影響；當鍋爐跳閘，且無相鄰機組供汽時，只要開啟該鍋爐本體吹灰蒸汽總門，經暖管充壓，便可利用鍋爐的霧化自汽汽源進行壓力調節，提供鍋爐油槍燃燒所需的霧化汽.經此改進后可節省啟動鍋爐的燃油，且啟動時間大為縮短.

在系統改進前，2000年10月，某電廠在只有1臺機組運行時該機組發生跳閘，跳閘后立即進行啟動鍋爐的點火.約3 h后，啟動鍋爐的蒸汽參數可滿足油槍霧化的需要，然后主機鍋爐進行點火升溫升壓.約 l h后鍋爐的蒸汽參數達到汽輪機沖轉條件.機組跳閘后約5 h，機組方重新并網.而在系統改進后，2001年5月，某電廠在只有1臺機組運行時該機組發生跳閘.在無需啟動鍋爐的情況下，通過取用霧化自汽的汽源，機組跳閘后約l5 min鍋爐點火，30 min后即可滿足汽輪機沖轉條件，機組跳閘后約l h，機組就順利并網.對比兩次啟動：鍋爐本體大油槍燃油少用了近30 min，節省了3 t燃油；啟動鍋爐未投運節省了燃油9 t左右，而且發電機提前了4 h并網，減少了電量損失.后因電廠二期機組投用，通過輔汽使一、二期的汽源連通，故啟動鍋爐已失去意義，現已將其拆除.在微油點火系統實施后因微油油槍為機械霧化，故霧化自汽已基本不用.

1.3 取消DE層油槍

電廠鍋爐原來設計有 3 層共 12根大油槍，供鍋爐啟動需要，正常運行時也可為每層相應煤層提供油槍支持.

（1） 啟動時

從基建階段到機組正常運行后一年多，經過機組多次啟停操作發現，多數情況下只使用3～4根大抽槍，DE層大油槍基本不使用.

（2）運行中

原設計中在投運制粉系統D時，需投用DE層 的3根大油槍.電廠在不投用DE層任何油槍的情況下，在B、C層制粉系統煤量大于16 t·h-1后，直接投運制粉系統D.經現場觀察火孔發現，D層煤粉著火迅速，燃燒良好、穩定，爐膛負壓波動不大，無爐膛爆燃現象.

經考慮，某電廠修改了條件，即：當鍋爐蒸汽流量大于600 t·h-1時，不管有無相鄰層火焰支持，制粉系統均可直接投運.

經過上述邏輯修改后的兩年中，電廠歷經兩次機組檢修啟停、機組數次調停、幾百次磨煤機啟停，兩臺鍋爐的燃燒都很穩定.正常運行中燃燒工況也很穩定，D層燃燒情況良好.而因為有AB層和BC層2層油槍作為A層和B層、C層燃燒器的穩燃油槍，DE層大油槍從未投用.因此，2001年底將DE層大油槍全部拆除.DE層大油槍的拆除一方面可將其作為其它層大油槍的備用；另一方面也減少了油槍的日常設備維護工作，降低了維護費用.

2 改進后的經濟性分析

采取了上述幾項節油技術后，某電廠的用油量顯著下降.

（1） 2000年底修改規程，2001年初使用霧化自汽.2000年全年2臺機組啟停19次，共用油約1 998 t；2001年，2臺機組啟停19次，共用油約558 t.按2001年柴油價格3 000元·t-1計算，節省人民幣432萬元.

（2） 2001年底將DE層大油槍全部拆除.2001年，2臺機組實際啟停19次，共用油約558 t；2002年，2臺機組全年啟停10次，共用油約245 t.為便于對比，假設2001年也啟停10次，則用油為293.68 t.按2002年柴油價格3 000元·t-1計算，節省人民幣約14.7萬元.

（3） 2號機組于2008年實施微油改造.改造前的2006年2號機組冷態啟停1次用油127.68 t，2號機2010年冷態啟停1次用油34 t.按2010年柴油價格6 260元·t-1計算，單臺機組即可節省人民幣58.6萬元.

3 結 論

從改進后的經濟性分析得知，經過技術與管理層面的一系列探索和改進，尤其是投用微油槍并投用煤粉，提前投用最下層的制粉系統，節省了大量的柴油，取得了良好經濟效益，為電廠的安全經濟運行作出了貢獻.

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