氣化微油點火技術在600MW機組上的應用

艾達高

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氣化微油點火技術在600MW機組上的應用

艾達高

介紹了氣化微油點火技術的工作原理和系統構成，并針對該技術在600MW機組燃煤鍋爐的工業性應用情況，詳細介紹了其點火啟動的調試運行情況。結果表明，作為一種應用于電站鍋爐啟動的新型節油技術，氣化微油點火技術具有顯著的經濟效益和社會效益，工業化應用前景良好。

氣化微油點火；鍋爐；開爐；穩燃；節油

1　前言

隨著我國對石油需求的進一步加劇，發電企業的燃料成本增加，節約燃料油的工作日顯重要，節油重點由低負荷穩燃過程轉向鍋爐點火與停爐過程（電廠鍋爐啟停時耗油占60%，低負荷穩燃耗油占40%），傳統的大油槍點火方式已不能適應日益緊張的石油資源供應，等離子點火、高溫空氣無油點火及氣化微油槍點火技術等各種無油或少油點火穩燃節油技術不斷涌現。氣化微油槍點火及穩燃裝置的研制開發成功，完全可以替代現有的大油槍及等離子點火穩燃技術，投資約為等離子的1/3左右，而實際運行、檢修及維護費用，遠遠低于等離子點火的費用。

2　氣化微油點火及穩燃機理

2.1氣化微油點火油槍技術的基本原理

首先利用壓縮空氣霧化技術，將柴油霧化，霧化液霧顆粒度達到SMD≤30μM，且液霧尺寸分布均勻。布置在油槍根部的點火槍點燃霧化柴油，產生的熱量對液霧進行加熱，液霧在極短的時間蒸發、氣化，燃燒實際上是在氣相中發生，直接燃燒氣態燃料，通過強化配風方式，增加了氣化燃料與空氣的接觸面積，大大提高了燃油的燃燒效率，強化燃燒的火焰音速傳播，火核呈藍色透明狀，且剛性極強，局部高溫區溫度達2000℃，由于燃燒反應是在氣相中進行，高溫使混合物發生了系列的物理化學變化，有助于加速煤粉的燃燒，這樣就大大地減少煤粉燃燒所需要的引燃能量。

2.2氣化微油點火油槍點燃煤粉工作原理

利用均流板獲得高濃度的煤粉和1800℃左右的高溫火核直接接觸，加熱速率極高，使得這部分濃煤粉的揮發份析出在10-2s內完成，急劇升溫的煤粉顆粒特性發生變化，爆裂，劇烈燃燒，能量逐級放大，在燃燒器出口形成以煤粉燃燒的主火炬，分級點火技術大大減少了煤粉燃燒所需的引燃能量。采用分級點火原理，防止了壁面結焦及燃燒器燒損。

3　設備及系統簡介

600MW超臨界機組鍋爐為東方鍋爐廠引進技術制造的國產超臨界參數、變壓、直流、本生型鍋爐，鍋爐型號DG1900/ 25.4-Ⅱ1型，單爐膛，一次中間再熱，尾部雙煙道，固態排渣，全鋼構架，全懸吊結構，平衡通風，露天布置，采用內置式啟動分離系統；

設計用煤：鍋爐設計燃用山西省晉城貧煤與河南省平頂山煙煤的混煤，在B-MCR工況下，燃用發熱量Qnet，ar=22570KJ/kg的設計煤種時，燃料消耗量約為245T/h。

600MW超臨界機組鍋爐采用HT-NR3旋流燃燒器，前后墻布置、對沖燃燒，燃燒器布置圖見圖1；24只HT-NR3燃燒器分三層布置在爐膛前后墻上，使沿爐膛寬度方向熱負荷及煙氣溫度分布更均勻。

鍋爐共設24只簡單機械霧化點火油槍，8只蒸汽霧化啟動油槍，點火油槍位于三次風通道中，其出力500kg/h；啟動油槍位于煤粉燃燒器的中心，其出力3600kg/h。每只HT-NR3燃燒器裝有1支點火油槍用于點火。在鍋爐前墻中層、后墻中層共裝有8只啟動油槍用于暖爐和低負荷穩燃。

4　氣化微油點火技術的應用

4.1改造前機組存在的問題

長期以來我公司600MW機組冷態開機耗油高居不下，達50～70t/次；2009年通過提高設備運行可靠性、優化開爐用油節點、開展降油耗行動，使機組每次正常冷態啟動耗油降低至40t以內，油耗仍然偏高。

為了響應國家“節能減排”的國策，同時降低鍋爐的啟動點火、助燃用油，在2010年利用600MW機組檢修機會在鍋爐安裝氣化微油槍點火及穩燃裝置。

4.2氣化微油槍點火及穩燃裝置系統介紹

4.2.1燃燒器布置方式

本次改造把鍋爐后墻最下層4只煤粉燃燒器改造為氣化微油槍點火及穩燃燃燒器，對應F磨煤機。

4.2.2燃燒器結構型式

依據原燃燒器的位置及氣化微油槍點火及穩燃燃燒器在其它工程應用經驗，采用分級點火、分級燃燒的原理，從而保證煤粉的穩定著火。其改造示意圖如圖1所示。

圖1　HN-TR3旋流燃燒器氣化微油槍燃燒器改造示意圖

4.2.3其結構特點如下

（1）在燃燒器內部設計一、二級燃燒室，氣化微油槍燃燒筒軸向布置于一級燃燒室入口。燃燒器內一級、二級燃燒室采用淡相冷態煤粉冷卻，同時在每個燃燒器內著火后溫度較高處布置壁溫測點，方便運行及時調整配風，有效地預防燃燒器的結焦和燒損。

（2）在燃燒器入口彎頭中心處布置一導流的均流板，這樣就會有效降低煤粉在燃燒器內部分布的不均勻程度，保證煤粉能夠有效流動進入一級燃燒室，為點火創造有利條件；并且這樣的布置結構將進一步改善燃燒器噴口附近的煤粉均勻程度，從而進一步降低燃燒器的NOx排放。

（3）燃燒器采用耐熱、耐磨，的新型合金材料制造。彎頭處中心的均流板及油燃燒筒的護套管等均采取防磨處理。

4.2.4氣化微油槍點火及穩燃裝置主要系統參數

油壓：0.5～0.7MPa；單只油槍出力：150～200kg/h（可根據煤質調整）；壓縮空氣壓力：＞0.5MPa；單只油槍壓縮空氣流量：0.4Nm3/min左右；油槍高壓助燃風壓力：1000Pa左右；氣化油槍燃燒火焰中心溫度：1500℃；火焰顏色：藍色透明；一次風風速：18～30m/s；單只油槍可點燃煤粉量：0～15t/h；燃燒器壁溫＜500℃。

4.2.5燃油系統、壓縮空氣系統

（1）氣化微油槍系統用油由鍋爐前油系統管路引出。氣化微油槍供油管主管路設有氣動球閥、一套油過濾器（共兩只、一用一備）和穩壓蓄能裝置等，以滿足微油槍系統用油品質要求。

（2）壓縮空氣為氣化微油槍燃燒霧化用氣，可使用電廠雜用壓縮空氣氣源（檢修用壓縮空氣氣源），不需要單獨加裝空氣凈化、干燥裝置。

（3）爐前壓縮空氣系統壓力穩定（0.4～0.7MPa），單個氣化微油槍點火燃燒器用氣量不大于0.4Nm3/min。

4.2.6高壓助燃風系統

高壓助燃風補充氣化微油槍燃燒用空氣，從一次風風機出口冷風道引出管路，引出點風壓要求≥4000Pa，各燃燒器用風采用φ76×3管路引至氣化微油槍燃燒器附近，要求壓力在1000Pa左右。單臺燃燒器油配風量1000Nm3/h左右。

圖2　

4.2.7一次風加熱系統

采用直吹式制粉系統的鍋爐在安裝氣化微油槍點火裝置時所要解決的首要問題就是煤粉的來源問題，即解決制粉用熱風的來源問題。

在鍋爐后墻最下層4只煤粉燃燒器對應的F磨入口熱風管道布置汽-氣熱交換器，并設置旁路以平衡風管阻力，采用鄰爐輔汽聯箱的抽來的蒸汽來加熱F磨入口的冷一次風，從而實現冷爐不投用大油槍制粉，疏水排入定排擴容器。鍋爐冷態啟動時投入暖風器，啟動過程結束后切換到正常運行狀態，若阻力有增加可開啟旁路風門平衡阻力，不會對鍋爐正常運行造成任何影響。

圖3　暖風器系統圖

4.3改造后機組的調試運行情況

4.3.1氣化微油槍開爐點火情況

2010年7月17日#3爐開爐首次使用了微油點火，此次開機耗油44.8t：事后對此次開機進行了分析和總結，并提出了對應措施。

2010年9月16日#3爐再次使用微油點火開爐，此次開機前F磨煤機原煤倉空倉，進純煙煤，油耗為8.79t，實現了600MW機組開機油耗低于10t的目標。

2010年10月12日#3機組冷態開機僅耗油5.4t，打破公司60萬kW機組冷態啟動最低油耗記錄。

2011年8月10日通過進一步優化開機步序，開展微油槍治理工作，保證了微油槍在啟動初期的順利點火，同時開爐入爐煤質達到了要求：低位發熱量18000KJ/kg以上，分析基揮發份20%左右，耗油僅為4.77t，實現了600MW機組開機油耗低于5t的目標。

2012年4月13日#3機組冷態開機僅耗油2.75t，打破公司60萬kW機組冷態啟動最低油耗記錄。

5　結論

（1）微油改造前后經濟性比較分析：改造前：一般開機耗油約50t，合計費用約30萬元左右；改造后：采用微油點火開機耗油約9t，合計5.4萬元；因提前投粉及啟動時間延長多耗用煤量約150t，按600元/t原煤計算，約9萬元；廠用電量多耗用約2.5萬kWh，按0.4元/kWh計算，約1萬元；暖風器耗用蒸汽約25t，按50元/t計算，約0.125萬元；合計費用約15.5萬元。比較：采用微油點火開機與未進行微油改造開機相比較，每次開機能節約14.5萬元。

（2）采用微油點火開機的節油效果很明顯，關鍵在于以煤代油：鍋爐停爐時應將所有原煤倉空倉，為開爐時進優質煙煤打好基礎。開爐入爐煤質要求：低位發熱量19000KJ/kg以上，分析基揮發份25%左右。因微油槍的油流量較小，霧化片孔徑很小，易堵塞，因此保證油槍正常維護，加強油槍清理工作，對油槍能否正常投運點火至關重要。

（3）通過停爐試驗以及開爐煤質較差時的燃燒情況，發現微油槍的穩燃能力相對較弱，特別是在煤質較差時的穩燃效果較差，火檢不好，主要是微油槍的油流量較小，在煤質差時其點火能量明顯不足。

［1］劉 影，宋資勤，包克福.煤粉鍋爐點火技術及其發展［J］.發電設備，2001，4：13～16.

［2］郭永浩，孫學信.穩燃腔燃燒器少油點火的研究與應用［J］.中國電力，2003，36（10）：25～28.

2016-3-8

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