少油點火技術在600MW超臨界W火焰鍋爐上的應用優化研究

曾慶華， 宋華偉， 張　鑫， 李　凱， 劉鵬遠， 石尚強（.貴州華電桐梓發電有限公司，貴州遵義56300；.華電電力科學研究院，浙江杭州30030）

少油點火技術在600MW超臨界W火焰鍋爐上的應用優化研究

曾慶華1， 宋華偉2， 張鑫2， 李凱2， 劉鵬遠2， 石尚強1
（1.貴州華電桐梓發電有限公司，貴州遵義563200；2.華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

介紹少油點火技術在600MW超臨界W火焰鍋爐上的應用情況，針對少油點火系統，在一次風、周界風及乏氣擋板開度調整、投粉運行方式、撤大油槍等方面進行了一系列的優化試驗。試驗結果表明：少油點火技術在W爐上可以取得很顯著的節油效果。

少油點火； W火焰； 優化試驗

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.02.002

0　引言

隨著我國經濟建設的高速發展，對能源的需求越來越大，尤其是石油，消耗量增加很快，而我國的石油資源又相對匱乏，目前石油最終可采儲量較低，人均占有量只10t，居世界第41位，僅相當于世界平均水平的11%，現階段每年需要進口1億5千萬t，并且這一趨勢在日趨嚴重，所以節約石油資源對我國非常重要。

采用傳統點火方式的火力發電廠鍋爐，其啟、停過程及低負荷穩燃過程的用油量較大，尤其對于燃用劣質煤需要穩燃的機組以及需要經常性參與調峰的機組，其油耗情況不容樂觀。200MW機組啟動一次需要耗油50t；600MW機組鍋爐點火和助燃的燃料油超過300t。應用少油技術可以改進鍋爐機組的啟、停及低負荷穩燃，降低火電機組的燃油消耗，對火力發電廠提高自身經濟性有十分重要的意義。

1　設備概況

貴州華電桐梓電廠兩臺鍋爐，鍋爐型號為DG-1900/25.4-Ⅱ8型鍋爐，其主要技術特征為超臨界參數、“W型火焰”燃燒、垂直管圈水冷壁，變壓直流鍋爐。單爐膛Π型露天島式布置，一次再熱，平衡通風，固態排渣，全鋼架吊結構。

鍋爐配6臺雙進雙出鋼球磨煤機，煤粉細度R90≤6%，采用正壓直吹冷一次風制粉系統。每臺磨煤機帶4只煤粉燃燒器，共配有24只雙旋風煤粉燃燒器，雙旋風煤粉燃燒器順列布置在下爐膛的前后墻爐拱上，前、后墻各12只。在離爐拱上拐點5米處沿爐寬方向共布置26只燃盡風調風器，前、后墻各13只。磨煤機與燃燒器對應關系如圖1所示。

圖1　磨煤機與燃燒器的匹配關系

每只雙旋風煤粉燃燒器配一支油槍，用于點火、暖爐和低負荷穩燃。前、后爐拱上各12只，全爐共24只。油槍緊靠煤粉噴嘴布置在拱上，設計總容量為30% B-MCR輸入熱量；點火及低負荷穩燃油槍采用機械霧化，單支油槍耗油量為1600 kg/h，燃用0號輕柴油，槍前供油壓力為2.7 MPa。油槍采用高能點火器點火，并配有進退驅動裝置，完全滿足程控點火的要求。

2　少油點火系統的設計方案

針對該電廠的具體情況，對少油點火系統采用如下設計方案：

（1）保留原有的大油槍點火方式可用；將大油槍出力適當降低；

（2）將B、E磨對應的8只煤粉燃燒器改為旋風微油煤粉燃燒器；

（3）將B、E磨對應的8支出力為1600kg/h大油槍改為出力為1000kg/h油槍，既能滿足冷態啟爐所需燃燒溫度，又能節省大量用油。

（4）每只微油點火燃燒器的濃分離器上安裝四只少油槍（一只主油槍、三只輔助油槍），具體位置如圖2，在微油煤粉燃燒器的每個燃燒室部分加裝一主一輔兩只少油油槍，油槍嘴口徑為（主：Ф0.75mm，輔：Ф1.25mm）；在濃煤粉分離器下部，從外部斜插入1級燃燒室內，安裝一側向輔助油槍（噴口口徑1.5mm）；在濃煤粉分離器的噴口位置加裝一支口徑為Ф2.0mm噴口輔助油槍。主油槍出力50kg/h，軸向輔助油槍出力100kg/h。側向輔助油槍出力150kg/h。噴口處輔助油槍200kg/h。鍋爐冷態啟動時，根據燃燒情況新安裝燃燒器的微油槍與改造后大油槍同時工作，爐膛達到一定溫度時，逐步撤下大油槍。完全能夠滿足低溫燃燒時升溫升壓的需求。

輔油煤粉燃燒器保留了原燃燒器的外型尺寸和主體結構基本不變，與原燃燒器的區別在于：將原有的實心消旋桿更換為消旋導桿；油槍從燃燒器側面插入到燃燒器噴內；

該燃燒器的特點在于能夠在保留原燃燒器對煤種的適應性的同時增加燃燒器低負荷穩燃能力。當鍋爐處于低負荷運行時，用微量的燃油噴入爐膛，被爐膛自身的熱量點燃。通過在主噴口處形成穩定油火焰。由于該火焰位于燃燒器噴口外的中心回流區，產生的高溫煙氣直接加熱從噴口噴出的煤粉，在短時間內使得煤粉的揮發份析出、煤粉顆粒破碎、燃燒，為煤粉著火提供了穩定的點火熱源，從而達到強化煤粉燃燒，以實現低負荷情況下穩燃目的。由于對主燃燒器原有結構改動量小，對正常燃燒低負荷穩燃無影響，安裝方便，檢修和維護工作量小。

圖2　微油點火燃燒器上少油油槍位置分布

3　少油油槍性能試驗

3.1油槍出力試驗

根據國家計量檢定規程JJG 667-1997《液體容積式流量計檢定規程》，油管路流量標定試驗方法有：標準容器法、容積法、稱重法和標準表法。本次試驗測量采用稱重法測量來確定少油槍的實際出力大小。

選取#1爐前墻B4燃燒器對應的大油槍、少油主油槍和輔助油槍。在整個爐前油循環建立起來后，分別在2.5MPa、3.0MPa兩種不同的供油壓力工況下，抽出待測試油槍，測試在一定時間內的測試油槍的出油量。測試結果見表1。

表1　油槍出力測試結果

根據油槍出力的測試結果，可以看出原有的大油槍在設計供油壓力3.0MPa下的出力1006.5t/h，與設計出力1000t/h基本相同。

少油主油槍在2.5MPa和3.0MPa下的實際出力為44.4kg/h、51.6kg/h，折算到設計出力2.7MPa下分別為46.1kg/h和49kg/h，主油槍實際出力基本能設計值50kg/h。而輔助油槍在2.5MPa和3.0MPa下的實際出力為434.4kg/h和483.6kg/h，折算到2.7MPa下分別為451.4kg/h和458.8kg/h，略高于設計值450kg/h。整體上少油油槍出力基本都能達到設計值要求。

3.2油槍霧化試驗

由于現場條件限制，油槍霧化試驗只做了一個工況。在2.5MPa供油壓力下，少油主油槍噴嘴Φ=0.75mm霧化試驗，油槍噴嘴霧化情況如圖3所示。

從圖中可以看出少油主油槍的霧化效果還是很明顯的，有利于提高燃油的燃盡效率，避免燃燒初期煙囪冒黑煙的不良環境影響，從廠區外看，點火初期煙囪排煙的顏色呈白色。油槍噴嘴的霧化角φ在70°左右，霧化角大小對初期爐內流場有很大的影響。霧化角太小，中心回流區小，空氣與油霧的混合推遲并變差；霧化角太大，中心回流區過大，油霧會穿過空氣區，除造成混合不良外，油滴還容易噴灑到水冷壁上而出現結焦。一般霧化角應控制在75°左右。

圖2　油槍霧化試驗

4　少油油槍運行方式優化試驗

在鍋爐熱態條件下，使用一根長熱電偶通過拱上觀火管插入爐膛，盡可能達到燃燒器出口附近［1，2］（如圖4所示）。測量風量、粉量改變對燃燒器出口溫度的影響特性。

4.1一次風速優化調整

一次風調整期間，為盡快達到啟B磨機的參數要求，運行人員投A1、E1、E2、E4、B4五支大油槍，投大油槍對燃燒器出口溫度會一定的影響，但總體趨勢上影響不大。從圖中可以看出，隨著一次風速的增加，燃燒器出口溫度呈逐漸降低的趨勢。這主要是測溫熱電偶是順著噴口方向插入，一次風速過大，出口動量大，剛性太強，會冷卻燃燒器出口及熱電偶測點溫度。當風速在16m/s以下，燃燒器出口溫度基本穩定在1000℃左右。

圖4　熱電偶測點位置

圖5　熱態時熱電偶在燃燒器噴口

4.2周界風及乏氣擋板優化調整

調整初期B3粉管出口一次風速21.6m/s，B3燃燒器對應的B擋板開度21°，乏氣擋板開度15°，燃燒器出口溫度920℃。周界風機乏氣擋板調整對少油點火燃燒器出口溫度的影響測試結果如表2

從表中可以看出，在標準工況下（B擋板21°，乏氣擋板15°），燃燒器出口溫度最高。整體上調節周界風和乏氣擋板開度對少油油槍燃燒器出口溫度的影響都不是很明顯。

4.3鍋爐冷態投粉試驗

W火焰鍋爐燃用無煙煤，無煙煤揮發分低，不易著火。且煤粉的燃燒為非均相燃燒，其著火條件差，點火所需熱量一方面來自爐內輻射；另一方面來自極高溫煙氣的對流沖刷與摻混，故投煤粉的時間主要取決于爐膛溫度水平［2］，達到相應的投粉條件后，才能投粉。

圖6　一次風速對燃燒器出口溫度的影響

表2　調整周界風及乏氣擋板對燃燒器出口溫度的影響

鍋爐開始投粉時，投粉初態水冷壁出口溫度118℃，B3粉管一次風速22m/s，燃燒器出口溫度1040℃。21：31B磨出口風溫偏低，B磨跳閘。21：36重啟B磨，進行投粉。投粉后燃燒器出口溫度急劇下降，22：20燃燒器出口溫度660℃，此時一次風速20m/s。考慮投粉初期著火的穩定性，運行人員配合將一次風速調至19.6m/s，燃燒器出口溫度升至710℃，之后出口一次風速保持在22m/s左右，燃燒器出口溫度480～570℃之間。00：30燃燒器出口溫度720°，調節B擋板關至10°，乏氣擋板全關，燃燒器出口溫度升至750°。觀火孔觀察爐內燃燒狀況，火焰顏色暗黃色，燃燒溫度偏低。

4.4撤大油槍試驗

少油槍助燃投粉后，初期工況下需要采用大油槍協助助燃，隨著爐膛溫度的升高，煤粉的著火條件改善，可以逐漸停止大油槍助燃，完全采用少油槍助燃來保證煤粉的可靠著火。大油槍的及早撤出對降低啟動油耗的貢獻不言而喻，因此，在#2爐并網升負荷的過程中，進行了撤大油槍的試驗。

在溶出時間為80 min、溶出溫度為60 ℃、攪拌強度為400 r·min-1的條件下，考察液固比對鐵溶出率的影響，結果如圖2所示。

04：15汽輪機轉速達3000r/min，入爐煤質開始變差。04：20啟E磨，此時總燃料量78t/h，總風量1285t/h，氧量12.6%，穩燃的大油槍有E1、E3、B2、B3、B4，少油油槍有E1、E3、B2、B3。由于入爐煤質較差，為穩定爐內著火環境，運行加投三支大油槍。

04：36機組并網，開始升負荷。05：48負荷150MW，此時投入的油槍：四只少油油槍，八只大油槍，此時觀察爐內火焰明亮，燃燒狀況良好。隨后負荷升至170MW、主汽壓力8.08MPa、主汽溫度514.4℃時，開始逐漸撤出大油槍。06：42，鍋爐負荷升至300MW，摘油結束，此后燃燒非常穩定，火焰電視清晰可見。

需要特別指出的是，機組升負荷至150MW時，按當時的燃燒狀況，就可以開始撤出大油槍，用四支少油油槍就可以協助煤粉穩定的燃燒，但運行人員從謹慎的角度出發，負荷170MW時才開始撤出大油槍。

通過撤油槍試驗可以看出，鍋爐負荷在150～180MW期間，完全具備撤大油槍的條件，只保留少油油槍即可。考慮到升負荷過程中煤質變差的影響，如果在啟動時，煤質正常再加以燃燒調整，撤大油槍的負荷還可以進一步降低。

5　節油效果分析

5.1調試期間節油率

在不出現明顯異常的啟動過程的情況下，整個調試啟動過程至168結束，調試計算油耗按4150t（兩臺爐平均調試計算油耗，含啟動鍋爐用油）選取，作為基本的考核依據。

#2爐整個調試期從2014年3月15日#2爐燃油管道充油至2014年5月27日168結束，首次啟動至168結束累計耗油1222.608t。

#2爐整個調試期間的節油率70.5%，扣除#2爐168前屏過泄漏導致停爐異常情況油耗，#2爐調試期間實際節油率70.7%。由此可見#2爐節油效果十分明顯，而#1爐調試期間用油量未統計。

5.2相對節油率

本次節油分析計算，以鍋爐冷態啟動到機組沖轉作為計算節點。在鍋爐啟動過程中，整個爐膛的吸熱量能夠在一定程度上反映爐膛內的燃燒狀況，而爐膛的吸熱量則體現在水冷壁中工質的吸熱量，因此計算水冷壁中的單位熱量油耗進行比較，更具有客觀性。

在計算時，把整個水冷壁看成一個大容器，并作為一個熱力系統，如圖，在選取的啟動過程中，從時間t1到t2（對應狀態為鍋爐冷態啟動到機組沖轉），系統吸收的熱量分為三部分，一部分熱量是進出該系統工質焓增熱量的積分值，第二部分熱量是t1、t2狀態的工質蓄熱差，第三部分是t1、t2狀態水冷壁金屬壁上升的蓄熱差。

圖7　啟動過程爐膛水冷壁系統吸熱示意圖

桐梓電廠#1爐及#2爐冷態啟動過程中的單位熱量油耗的計算結果見表3。

表3　單位熱量油耗的計算結果

由上表的計算結果可知，#1爐冷態啟動的單位熱量油耗65.9kg/GJ，#2爐少油點火冷態啟動的單位熱量油耗為47.4kg/GJ。計算#2爐的相對節油率為28.1%。

6　結語

本文通過對桐梓電廠少油點火技術的研究，同時結合試驗數據對少油油槍點火及其節油效果進行分析，說明少油點火技術在600MW超臨界W火焰鍋爐上的應用還是比較成功的。這不僅大幅度降低了鍋爐的啟動油耗，提高了機組運行的經濟性，并且此工程的改造經驗可為同類型機組的改造和運行提供參考。

［1］張廣柱，程智海.600MW“W”型火焰鍋爐微油點火的啟動優化研究［J］.發電設備，2012，26（3）：180，181.

［2］劉鵬遠，肖宏博.微油點火在超臨界600MW機組W火焰鍋爐中的應用［J］.熱力發電，2012，41（11）：52，53.

［3］趙鐵軍，宋紹偉.W型火焰鍋爐節油技術應用［J］.中國電力，2009，42 （9）：61～65.

Application Optimization of Micro-oil Ignition Technology on Down-fired Boiler of a Super-critical 600MW Unit

ZENG Qing-hua1， SONG Hua-wei2， ZHANG Xin2， LI Kai2， LIU Peng-yuan2， SHI Shang-qiang1
（1.Guizhou HuaDian Tongzi Power Plant，Guizhou Zunyi 563200，China；2.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

The application of micro-oil technology on a 600MW super-critical down-fired boiler was described.To conduct a series of optimization experiments on micro-oil technology system，such as the adjustment of baffles on the primary air，perimeter wind and the vent air，even the operation mode of casting coal powder and withdrawal of the main oil gun.Results showed that，the effect of reducing oil of the micro-oil technology on down-fired boiler was remarkable.

micro-oil ignition； down-fired boiler； optimization experiments

TK227.7

B

2095-3429（2015）02-0005-05

曾慶華（1967-），男，山東青島人，本科，高級工程師，主要從事電廠生產管理工作。

2015-03-04

2015-04-17