機械霧化油槍點火失敗的原因分析及對策

摘 要：伊拉克華事德項目燃油啟動鍋爐在試運期間多次點火失敗。通過現場試驗，對機械霧化輕油槍點火技術關鍵點進行分析。并且調整供油壓力，重新調整點火電極的位置，成功解決了點火失敗的問題。

關鍵詞：機械霧化；油槍；點火

2012年11月13日伊拉克華事德燃油電站項目一期4×330MW工程開始對一期燃油（輕油）啟動鍋爐首次點火、并進行輔助蒸汽管道的吹掃、一期#2鍋爐開始酸洗試運工作。試運期間啟動爐多次點火失敗，拖延了試運進度。電站啟動鍋爐除在首臺機組試運和啟動時提供輔汽外，還在機組正常運行期間保持備用狀態，以保證機組缺輔汽時能夠及時投用。所以必須保證啟動鍋爐燃燒器隨時能點火投用。本文通過油槍的現場點火試驗的方法，并結合以往的工作經驗對機械霧化油槍點火失敗的原因進行分析，并且提出解決方案。

1 設備概況

伊拉克華世德電站啟動爐采用歐保EC12R全自動可調節輕油燃燒器。該燃燒器配備主油槍、點火槍各一支，均為機械霧化輕油搶，且出廠前各部件已安裝調整完畢，現場無需調整可以直接使用。點火槍和主油槍的設計工作油壓為2.5-3.5MPa。燃燒器為兩級點火，先由點火電極點燃點火槍，再用點火槍點燃主油槍。油槍參數見表1。

如圖1所示，點火油槍由槍管、可調絕緣子、點火電極、油槍噴嘴組成。點火電極為一正一負兩根金屬絲。點火電極和可調絕緣子為一個整體，用螺絲固定在槍管的凸臺上，可以通過改變可調絕緣子的位置來調節點火電極末端與燃油霧化錐面的距離。點火電極末端的放電距離可以通過彎折兩根金屬絲來調整。

2 油槍點火技術關鍵點分析

在油槍正常配風的情況下，油槍點火成功的關鍵是油槍霧化效果好并且點火電極放出的高能電弧能與油霧接觸。經歷多次點火失敗后，將點火槍從燃燒器上拆下，在空曠處固定好，針對影響點火的各個可調量進行點火試驗，并且對可調量影響點火的原因進行分析。試驗中，由于現場條件有限，沒有專業測量工具，電弧長度、電弧強度、油霧粒度等測量結果只能通過實際觀察定性分析。

2.1 供油壓力

2.1.1 霧化機理

如圖2，油從切向進油孔進入霧化器的旋流室后，一邊旋轉一邊流向旋流室的中心，最后由噴嘴噴出。油從切向進油孔進入旋流室時，油的流速較低，動能比較小，油壓較高；越靠近旋流室的出口，油的流速越高，動能越大，壓力越低。在旋流室中心線離油噴出口一定距離處，油的壓力降到和霧化器外面氣體壓力一樣；如果再往外，油的壓力將低于外面氣體的壓力，外面的氣體就被吸入霧化器。所以，霧化器中心是一個氣體的漩渦，油從噴嘴出口處的一個環形截面旋轉著噴出。油的旋轉越強烈，氣體漩渦越大。油離開噴嘴后，沒有固定壁的限制，擴散成一個錐型的油膜即霧化錐面的湍流區。錐型油膜處于湍流流態，錐型油膜經過一段距離后就開始破碎，形成液體碎片即霧化錐面過渡區。油膜破碎后形成的液體碎片或者細絲在湍流及碎片與空氣相互作用下進一步破碎成非常小的油滴，形成油霧，為霧化錐面霧化區。在離噴口一定距離處，做一與霧化器軸線垂直線，垂線與油霧邊界有兩交點，兩交點與噴口中心的連線的夾角為霧化角。

2.1.2 試驗結果及分析

將點火電極向油槍噴油方向移動到頭后固定死，在油槍的所有部件及位置不變的情況下，通過調整供油壓力，對點火槍的霧化效果及點火情況進行了試驗，試驗結果如表2。通過試驗可知：

（1）供油壓力小于1.2MPa時，噴出的油湍流強度不夠。在油的表面張力及氣體漩渦產生的負壓的共同作用下，形成的霧化角較小，霧化推遲，霧化效果不好，霧化后的油滴粒徑大，湍流區寬度較寬，使得霧化區向后推移，點火電極放出的電弧與霧化區分離，點火失敗。

（2）供油壓力從1.4升到2.0，油的湍流作用逐漸克服油的表面張力及氣體漩渦產生的負壓，霧化角從85°擴大到90°。湍流強度的逐漸加強，使得霧化效果變好，霧化后的油滴粒徑變小，湍流區寬度逐漸縮短至25mm，點火電極放出的電弧能與霧化區接觸，點火成功。

（3）供油壓力從2.0MPa升到2.2MPa，湍流強度繼續增強，氣體漩渦繼續擴大，霧化錐面內的負壓的作用加強，霧化角從90°縮小到89°，霧化效果很好，霧化后的油滴粒徑很小。湍流寬度也有所加寬，此時電弧與霧化面任然可以接觸，點火成功。

（4）供油壓力從2.4MPa升到2.6MPa，湍流強度繼續增強，此時氣體漩渦產生的負壓作用增強，對霧化角的影響增大，霧化角從87°縮小到85°，霧化效果很好，霧化后的油滴粒徑很小。湍流區寬度從38mm逐漸增加至39mm，點火電極放出的電弧不能與霧化區接觸，點火失敗。

2.2 點火電極放電端與燃油霧化錐面的距離

調整供油壓力為2.0MPa，在不改變其他條件的情況下，通過調節可調絕緣子的前后位置改變點火電極放電端和霧化錐面的距離（點火距離），并且進行點火試驗，結果見表3。通過試驗的觀察，點火電極放電端離燃油霧化錐面太遠，放電產生的電火花不能接觸到油霧，導致點火失敗。若點火電極離燃油霧化錐面太近，或者穿過了霧化錐面，電極在點火的時候會被油霧沖刷，在電極表面形成油膜，降低放電的強度，導致點火失敗。

2.3 正負電極放電端的距離

調整供油壓力為2.0MPa，在不改變其他條件的情況下，調整兩個點火電極的放距離，進行點火試驗。試驗結果見表4。放電距離太近，放電強度強，但是電弧很短。電弧不能被燃油霧化時在霧化錐外表面產生的氣流帶到油霧中，導致點火失敗。放電距離太遠，電弧長度長，但是放電強度弱，甚至沒有電弧放出或者在倆電極的其他距離最近處放電，導致點火失敗。

4 試運期間點火問題及處理措施

4.1 點火槍供油壓力高造成點火失敗

華事德電站啟動爐輕油系統如圖3所示。點火槍用油取自主油槍供油管道上閥2后。閥2為手動調節的泄壓閥，閥位調整到能保證主油槍設計工作油壓后鎖死不變。設計點火槍的工作油壓和主油槍工作壓力為2.5-3.5MPa。但是通過現場試驗可知，點火槍油壓在1.3-2.3MPa范圍內都能正常點火。將點火槍裝到燃燒器后，油壓在1.8-2.0MPa時點火成功率達100%。顯然設計供油壓太高。

經過與廠家的溝通，將閥1進行節流，使點火油壓為2.0MPa。主油槍點著后將閥1全開。但是通過啟動爐的升負荷調試發現，燃燒器的負荷偏大，啟動爐升壓太快，且有超壓的可能。由此判斷，主油槍的設計油壓也偏高。經過反復調整，主油槍油壓在2.0時不僅可以滿足點火要求，而且可以使鍋爐出力達到設計要求。

4.2 點火電極位置不合適造成點火失敗

由于電極強度不夠，點火槍的兩根電極打火點的相對距離容易受風吹和振動而發生變化，導致電極的放電強度有時強有時弱；而且，電極打火點與燃油的霧化面的相對位置容受震動及風影響而改變，導致電弧不能接觸燃油的霧化區。考慮到點火槍實際點火時，有助燃風的作用會使電弧的長度比試驗時的長，將兩個電極的放電距離調整為7mm時最利于點火。由于電極可調絕緣子的位置調節量很小，將電極向油槍噴油方向移動到頭后固定死，保證打出的電弧與霧化錐面的霧化區接觸。

4.3 點火槍的整體位置易變動

點火槍和主油槍的相對位置見圖4。點火槍通過一個鎖緊螺絲固定在燃燒器上。運行一段時間后，由于震動使得螺絲松動，點火槍整體前移，使得點火槍頭與主油槍穩焰盤的距離太近。導致點火電極向穩焰盤放電，而且從點火槍噴出的油還沒來的急良好霧化就噴到了穩焰盤上。通過多次試驗發現，點火槍頭與穩焰盤的距離太近點火槍點不著火，太遠點火槍的火焰不能將主油槍點著，而且點火槍的火焰會被燃燒器局部的回流風倒卷到燃燒器看火孔上。點火槍頭與穩焰盤的距離在150-300mm時點火效果最佳，現場定為200mm。

5 結語

機械霧化油槍成功點火的關鍵技術點在與打火電極或者高能點火器放出的電弧能夠與油霧相接觸。機械霧化油槍霧化效果的好壞與霧化器的結構尺寸和供油壓力有關。霧化器結構尺寸不變的情況下，隨著油壓的升高，油霧的粒徑逐漸變小。但是霧化角卻是先增大，當油壓增大到一定值后，由于氣體漩渦產生的負壓影響增強，霧化角開始變小。霧化角變小后，可能導致電弧和油霧不能接觸。所以對于點火來說，油壓并非越高越好。燃燒器首次點火時應確保燃燒器的安裝尺寸及運行參數符合廠家要求。如果點火失敗，應確認廠家要求是否合理，并通過適當的調整試驗使燃燒器運行正常。

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作者簡介：高磊（1986-），畢業于河南城建學院建設系，現就職與中國能源建設集團華北電力試驗研究院鍋爐技術研究所。