渣油燃燒器脫火的原因分析及處理

高 松

(黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030)

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渣油燃燒器脫火的原因分析及處理

高 松

(黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱 150030)

針對(duì)某電廠渣油燃燒器在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)燃燒脫火、無(wú)法穩(wěn)定燃燒等問(wèn)題,筆者根據(jù)燃燒學(xué)相關(guān)理論,分析了該廠渣油燃燒器脫火的主要原因,提出加裝蒸汽旋流片、優(yōu)化運(yùn)行方式、改善配風(fēng)等切實(shí)可行的改造措施。結(jié)果表明,油槍霧化效果差,缺乏良好的火焰鋒面是渣油燃燒器脫火的主要原因。該廠鍋爐燃油加熱系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改造后,優(yōu)化了油系統(tǒng)運(yùn)行方式,改善了配風(fēng),提高了燃油溫度、爐膛溫度,消滅了渣油燃燒器脫火現(xiàn)象,確保了該廠鍋爐穩(wěn)定燃燒。

燃油燃燒器;燃燒脫火;油霧化;配風(fēng)

某電廠鍋爐點(diǎn)火及穩(wěn)燃用油采用大慶減壓渣油,每只燃燒器共設(shè)有三層油點(diǎn)火燃燒器,作為鍋爐啟動(dòng)時(shí)暖爐、煤粉噴嘴點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃之用。但是,在該電廠鍋爐調(diào)試過(guò)程中,出現(xiàn)了渣油燃燒器脫火、無(wú)法穩(wěn)定燃燒等問(wèn)題。本文根據(jù)燃燒學(xué)相關(guān)理論分析了該廠渣油燃燒器產(chǎn)生的脫火原因,并采取相應(yīng)解決辦法，保證了該廠鍋爐燃油加熱系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 油槍點(diǎn)火難的原因分析

某電廠鍋爐四角三層12只油槍的熱功率為鍋爐最大連續(xù)負(fù)荷時(shí)燃料總放熱量的25%,單只油槍熱功率16.41 MW。油槍采用簡(jiǎn)單機(jī)械霧化,設(shè)計(jì)單只油槍額定出力為1400 kg/h,油槍入口油壓力為2.94 MPa;油點(diǎn)火裝置中設(shè)有可伸縮的高能點(diǎn)火器,可直接點(diǎn)燃燃油。

1.1 缺乏良好的火焰鋒面

燃油在爐膛燃燒時(shí),需使燃燒器出口的油霧有一個(gè)合適的著火位置或者著火前沿。此前沿過(guò)早會(huì)燒壞噴口,過(guò)晚則不利于燃燒穩(wěn)定,甚至滅火,因此需要確定合適的風(fēng)速。當(dāng)出口的風(fēng)速與火焰?zhèn)鞑ニ俣认嗟葧r(shí),火焰就在該處穩(wěn)定下來(lái)。

在鍋爐試運(yùn)過(guò)程中,采用不同的配風(fēng)方式組織燃燒,機(jī)械霧化下油系統(tǒng)試運(yùn)相關(guān)參數(shù)如表1所示,其中OA為油槍層二次風(fēng)擋板,A為緊挨油槍下二次風(fēng)擋板,B為緊挨油槍上二次風(fēng)擋板。

該爐油槍在試驗(yàn)工況中始終脫火,無(wú)法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒,分析其原因?yàn)榛鹧鎮(zhèn)鞑ニ俣群艿?缺乏良好的火焰鋒面。

層流火焰?zhèn)鞑ニ俣萚1-2]為

(1)

式中:a為氣體導(dǎo)溫系數(shù);Q為可燃混合物的反應(yīng)熱;W為反應(yīng)速率;Ta為反應(yīng)的理論燃燒溫度;T0為可燃混合物初溫;E為燃料活化能;R為摩爾氣體常數(shù)。

表1 機(jī)械霧化下油系統(tǒng)試運(yùn)相關(guān)參數(shù)

大尺度強(qiáng)湍流動(dòng)下的火焰?zhèn)鞑ニ俣葹?/p>

(2)

式中W′為湍流脈動(dòng)速度。

由式(1)、式(2)可知,層流、湍流對(duì)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懞艽蟆５?現(xiàn)場(chǎng)的客觀條件顯示,油霧反應(yīng)速度為火焰?zhèn)鞑ニ俣茸畲蟮挠绊懸蛩亍Ｓ挽F反應(yīng)速度增加,層流、湍流火焰?zhèn)鞑ニ俣仍黾?反之,火焰?zhèn)鞑ニ俣冉档汀?/p>

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè),發(fā)現(xiàn)油的燃燒反應(yīng)極不穩(wěn)定,沒(méi)有形成良好的火焰鋒面,火焰?zhèn)鞑ニ俣群艿汀＞科湓驗(yàn)橛挽F燃燒反應(yīng)速率W很低,油霧化效果差。

1.2 霧化效果差

油霧化的原理:液體擴(kuò)展成薄膜或很細(xì)的射流,在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到不同性質(zhì)力的作用,形成霧化[3-4]。液體受到不同性質(zhì)的力按照其對(duì)霧化的不同作用分為兩種:1)表面張力和粘性力(內(nèi)摩擦力)使液體保持原有的形狀;2)外來(lái)作用力(包括液體慣性力和氣動(dòng)力)通過(guò)破壞液體的力平衡狀態(tài),導(dǎo)致液體逐漸失穩(wěn)破碎,使其成為大小不同的液滴。

根據(jù)液體霧化原理,要使液體從整體狀態(tài)全部分散成液滴狀態(tài)，必須經(jīng)歷2個(gè)物理過(guò)程:1)將液體擴(kuò)散為很薄的液膜或很細(xì)的液束;2)將液膜(或液束)破碎為各種尺寸的液滴群。這是確定霧化結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)遵循的基本原理。霧化粒度d與液膜厚度t之間的關(guān)系[5-6]為

d∝t0.55

(3)

由式(3)可知,在第一階段形成的液膜越薄或液束越細(xì),越容易得到較細(xì)的霧化粒度。應(yīng)用機(jī)械霧化方式的霧化片如圖1所示。

圖1 霧化片示意圖

燃油經(jīng)過(guò)旋流片時(shí),雖然形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的薄液束,但老廠燃油加熱系統(tǒng)最大能力是把油溫提高到120 ℃,始終低于設(shè)計(jì)值130～150 ℃。燃油實(shí)際運(yùn)行時(shí)的粘度遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)粘度,油溫度低,其粘性力大,油液束流經(jīng)霧化片時(shí)無(wú)法有效破碎成更細(xì)的液滴群,霧化效果變差,以致燃燒難度增加,不能形成良好的火焰鋒面,出現(xiàn)脫火、淌油等問(wèn)題。

1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),4號(hào)角油槍的進(jìn)油管比2號(hào)角油管路長(zhǎng),所以沿途阻力大,管道的節(jié)流、散熱損失大,造成了燃油溫度下降、粘度增加,循環(huán)效果變差,燃油優(yōu)先在近路(如2號(hào)角)循環(huán)。雖然老廠加熱系統(tǒng)大幅度提升了油溫,但是4號(hào)角油溫變化并不顯著,燃油也沒(méi)有形成有效的循環(huán),以致4號(hào)角油槍在實(shí)際試運(yùn)過(guò)程中的霧化效果最差。

1.4 油槍堵塞

油槍管道經(jīng)過(guò)吹掃,仍有部分殘屑存留,堵塞油槍的分油嘴,直接影響到油的霧化效果。

2 改造方案

2.1 加裝蒸汽旋流片

由于某電廠鍋爐燃油加熱系統(tǒng)機(jī)械霧化方式無(wú)法達(dá)到理想的霧化效果,因此,在油槍機(jī)械霧化的基礎(chǔ)上,在油噴嘴外面加1個(gè)蒸汽旋流片。這樣經(jīng)旋流片噴出的蒸汽,可以起到加熱油滴、改善油霧化效果的作用。

旋流片的旋流角度對(duì)油槍的穩(wěn)燃有很大的影響。若進(jìn)入油霧化角的蒸汽過(guò)多,則油不易點(diǎn)燃,很容易熄火;反之,蒸汽偏離油霧化角很遠(yuǎn),其對(duì)油穩(wěn)燃的作用也不大。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn),得出試驗(yàn)結(jié)果:在蒸汽噴出油槍后,要盡可能貼近油霧化角,以保證鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行;根據(jù)霧化蒸汽的壓力和溫度,調(diào)節(jié)霧化蒸汽的流量,即噴出的蒸汽能使噴嘴出口的燃油得到有效加熱,同時(shí)蒸汽在膨脹時(shí),可以將蒸汽附近的油進(jìn)一步破碎為更細(xì)的油霧。

2.2 優(yōu)化油系統(tǒng)運(yùn)行方式

1) 當(dāng)鍋爐處于低負(fù)荷、燃燒不穩(wěn)定需要油進(jìn)行助燃時(shí),燃油系統(tǒng)的循環(huán)狀態(tài)為四角循環(huán)。

2) 鍋爐處于正常燃燒狀態(tài)、燃料為煤粉、油槍作為備用時(shí),可將燃油系統(tǒng)轉(zhuǎn)至油母管循環(huán),并利用油槍進(jìn)油管與油槍的蒸汽吹掃管對(duì)爐前燃油系統(tǒng)供、回油管道進(jìn)行吹掃。

3) 機(jī)組需要油助燃時(shí),將燃油系統(tǒng)轉(zhuǎn)至爐前四角循環(huán),這樣能有效防止?fàn)t前油管的重油凝結(jié)。

通過(guò)反復(fù)試運(yùn)表明:鍋爐冷態(tài)投入油槍時(shí),宜先投入1、3號(hào)角的油槍,再投入4號(hào)角油槍,能保證較高的點(diǎn)火成功率。通過(guò)各種工況比對(duì),得到油的燃燒狀態(tài)最佳運(yùn)行工況,如表2所示。

表2 油系統(tǒng)改造后試運(yùn)相關(guān)參數(shù)

從表2可以看到,OA層開(kāi)度初始時(shí)設(shè)定為24%,逐步調(diào)整風(fēng)門(mén)開(kāi)度,火焰穩(wěn)定時(shí)的開(kāi)度為55%。

2.3 提高燃油溫度和爐膛溫度

在機(jī)組啟動(dòng)之前,要求油區(qū)盡力提高供油溫度,同時(shí)提前24 h,提高爐前燃油系統(tǒng)伴熱蒸汽的壓力和溫度,開(kāi)大燃油伴熱的蒸汽量;適當(dāng)提高油壓,加大燃油循環(huán)量,以提高循環(huán)效率、建立良好的油循環(huán)。

在鍋爐點(diǎn)火前,投入爐底加熱系統(tǒng),以提升爐膛的出口溫度到100 ℃以上,減小了水冷壁冷輻射對(duì)油燃燒時(shí)的影響,有利于油槍的點(diǎn)火及穩(wěn)燃。

2.4 改善配風(fēng)

配風(fēng)對(duì)油滴粒徑影響很小,對(duì)霧化錐的形態(tài)影響很大,過(guò)多的配風(fēng)會(huì)使多余的冷空氣進(jìn)入燃燒區(qū)域而帶走熱量,降低燃燒的穩(wěn)定性。

通過(guò)增加穩(wěn)燃罩出口風(fēng)的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度和加裝穩(wěn)燃環(huán),提高旋轉(zhuǎn)氣流中心負(fù)壓,卷吸周?chē)嗟母邷責(zé)煔饣亓?形成穩(wěn)定的點(diǎn)火源。同時(shí),避免配風(fēng)過(guò)大,出現(xiàn)脫火、熄火現(xiàn)象。通過(guò)不同工況下的試驗(yàn),得出最佳配風(fēng)。

2.5 加強(qiáng)維護(hù)

在油槍點(diǎn)火前,加大油槍管的吹掃,保持油槍內(nèi)部干凈,投油前檢查油槍的清潔度。

3 改造后的效果

通過(guò)對(duì)該爐燃油加熱系統(tǒng)進(jìn)行改造后,油槍霧化效果理想,脫火現(xiàn)象消失,燃油能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的燃燒,成功解決了該爐燃油加熱系統(tǒng)油槍脫火問(wèn)題。同時(shí),建議改造老廠燃油加熱系統(tǒng),使油溫提高到設(shè)計(jì)值,改善渣油的燃燒狀況。

4 結(jié) 論

1) 油槍霧化效果差,缺乏良好的火焰鋒面是某電廠鍋爐渣油燃燒器脫火的主要原因。

2) 火焰前鋒和風(fēng)速的合理搭配才能實(shí)現(xiàn)火焰穩(wěn)定燃燒。

3) 通過(guò)加裝蒸汽旋流片,改善油的霧化效果,優(yōu)化了油系統(tǒng)運(yùn)行方式,改善了配風(fēng),提高了燃油溫度、爐膛溫度,解決了油燃燒器的脫火問(wèn)題。

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(責(zé)任編輯 侯世春)

Cause analysis and treatments of residual oil burner flameout

GAO Song

(Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China)

Aiming at the problems of the residual oil burner taking place during debugging in a power plant, such as combustion flameout, unsteady combustion and so on, the author analyzed the main causes according to the related combustion theories, and proposed the feasible reform plan, including the installation of steam swirl plate, the optimization of operation mode and the improvement of air distribution. The result shows that the main reasons for residual oil burner flameout are ineffective atomization of oil gun and flame front. After the reform of boiler oil heating system, the steady combustion of the boiler is guaranteed with optimized operation mode of oil system, improved air distribution, and increased temperature of oil and furnace without flameout.

oil burner; combustion flameout; oil atomization; air distribution

2015-08-18。

高 松(1986—),男,碩士研究生,從事鍋爐燃燒研究工作。

TK223.23

A

2095-6843(2016)02-0182-03