W型火焰鍋爐氣泡霧化油槍改造

焦傳寶

(大唐陽城發電有限責任公司，山西 陽城 048102)

氣泡霧化理論是20世紀80年代提出的，基于該理論的點火油槍出現在20世紀90年代[1]。經過多年的發展，氣泡霧化油槍技術已經比較成熟，在電站鍋爐中逐漸得到應用。隨著國家節能減排和環境保護政策要求的日趨嚴苛，傳統的機械霧化式油槍由于存在霧化效果差，顆粒尺寸大，燃燒不充分，火焰溫度低，耗油量大等缺點，正逐步被氣泡霧化技術的油槍取代。

1 設備概況

某燃煤電站配置兩臺由東方鍋爐集團公司引進,美國福斯特·惠勒公司技術設計制造的DG2060/17.6-II3型鍋爐，該鍋爐為亞臨界壓力，中間一次再熱自然循環鍋爐，雙拱形單爐膛,“W”型火焰燃燒方式，固態排渣，全鋼結構，全懸吊結構，平衡通風，露天布置。

脫硝系統采用選擇性催化還原(SCR)脫硝技術，催化劑按照2+2(2層運行，2層備用)布置；脫硫系統采用石灰石-石膏濕法脫硫技術。

點火油槍采用美國Forney公司的產品，每臺機組36套Q87油燃燒器作為點火裝置，Q87點火器采用機械霧化油槍，燃油進口壓力為2.7 MPa，單只出力為1 150 kg/h，調節比為1.5∶1。

2 改造背景

W型火焰鍋爐設計煤種為難燃燒的低揮發分無煙煤，機組啟動時需要投運大量油槍以點燃煤粉，平均每次啟動消耗燃油約60 t。近年來，由于環保部門對燃煤鍋爐污染物排放要求的日趨嚴格，要求機組在點火啟動階段也必須實現粉塵和二氧化硫(SO2)的達標排放。因此，機組點火后必須投運脫硫和除塵系統。采用傳統的機械霧化油槍點火時，由于霧化效果不理想，燃油燃盡程度低，導致煙氣中含有一定量的未燃盡油滴。油滴經過電除塵時會附著在電除塵極板上，造成電除塵效率降低甚至失效；進入脫硫吸收塔，會污染石灰石漿液，造成漿液起泡，導致脫硫效率大幅下降。因此，進行油槍改造對于當前燃煤鍋爐來說勢在必行。

3 改造方案的制定與實施

改造方案編制的原則：首先，選用技術成熟、運行可靠的氣泡霧化油槍；其次，充分利用現有設備和系統，以盡量小的設備系統改動，實現燃油系統的可靠、高效運行，徹底解決鍋爐在啟動階段油耗高、影響電除塵、脫硫系統等環保設備安全運行的難題。

3.1 油槍選型

在油槍選型方面，本文選用了某公司生產的SQ型氣體爆炸霧化油槍，即氣泡霧化油槍。該油槍與傳統機械霧化或氣動霧化油槍的區別在于：它利用氣泡作為霧化動力，氣泡由壓縮空氣、蒸汽及其他氣體在油槍的氣泡發生器中產生，并形成帶壓“油包氣”的氣泡流；當氣泡克服了包裹在氣泡周圍燃油油膜的表面張力后，通過爆炸破裂將油膜撕碎，并形成非常細小的液霧，且這種通過克服燃油表面張力來達到霧化目的[2]霧化燃油所需的能量遠小于常規噴嘴，其結構圖如圖1所示，技術參數如表1所示。

圖1 SQ氣泡霧化油槍結構圖

表1 SQ型氣泡霧化油槍技術規范

3.2 燃油點火系統的改造

系統流程圖見圖2(先介紹一下氣泡霧化搶的工藝流程，再寫相關的設備改造)，燃油點火系統設備改造的具體內容如下：

(1)保留原有的環形燃油管道，但將燃油供應壓力由原來的3.0 MPa降至1.5 MPa；

(2)點火裝置不變，利用原設計的HESI高能點火器點火；

(3)油槍推進裝置不變，利用原來的壓縮空氣推動氣缸，帶動油槍進退；

(4)將油槍槍管和噴頭更換為SQ型氣泡霧化油槍專用槍桿和噴頭；

(5)原有的蒸汽吹掃系統改為壓縮空氣系統，提供油槍所需的霧化空氣和吹掃空氣；

(6)原有的燃油和吹掃蒸汽快關閥不變，分別控制改造后系統的燃油和壓縮空氣，但在壓縮空氣快關閥后增加一個三通，分別作為油槍霧化氣源和管路吹掃氣源，同時在供油快關閥后增加一個調節閥，用于調節油槍燃油的流量，以控制油槍的出力。

圖2 氣泡霧化油槍工藝流程圖

3.3 油槍控制

3.3.1 油槍投運

檢查系統備用良好，啟動油槍投運程序，按照以下步序進行(以A組第一支油槍A1為例)：

第1步：將A1油槍C擋板開啟至點火位(>60%)；

第2步：A1油槍推進；

第3步：A1油槍打火槍推進；

第4步：開啟A1油槍吹掃電磁閥，等待時間10 s；

第5步：關閉A1油槍吹掃電磁閥；

第6步：開啟A1油槍供油電磁閥，打火變壓器打火，等待時間20 s；

第7步：打火桿退出；

第8步：結束。

3.3.2 油槍退出

確認鍋爐不需要油槍時，啟動油槍退出程序，自動執行以下步序：

第1步：關閉A1油閥；

第2步：A1油槍打火桿投入；

第3步：檢查A1油槍投入；

第4步：開啟A1油槍吹掃閥、打火桿打火；

第5步：退出A1油槍打火槍；

第6步：關閉A1油槍吹掃閥、退出A1油槍；

第7步：關閉A1油槍油閥；

第8步：A1油槍子組停運結束。

4 氣泡霧化油槍的運行與調整

4.1 油槍投退檢查

(1)投油槍前就地檢查壓縮空氣供氣母管壓力正常，壓力表顯示大于0.5 MPa。

(2)檢查油槍供油手動門、供氣手動門開啟，油槍軟管連接完好，無漏油現象。

(3)油槍投入后就地檢查供油針型調節閥后油壓0.4～0.5 MPa，否則進行調整。

(4)通過油槍看火孔檢查油槍著火正常，否則立即退出油槍。

(5)油槍退出后檢查退出到位，電磁閥動作位置正確。

(6)手動開啟壓縮空氣吹掃針型調節閥，吹掃2 min后關閉壓縮空氣吹掃針型調節閥。

4.2 運行調整

(1)根據油槍投運數量及燃油消耗量，調整供油泵供油壓力，保持爐前供油母管壓力1.0～1.2 MPa。

(2)油槍投運后，根據油槍火焰及燃油流量，調整油槍供油調節閥，調節油槍出力適當，一般點火初期調整油槍出力在0.5～0.6 t/h,以盡快提高爐膛溫度。制粉系統啟動后，逐漸調整油槍出力至0.3～0.5 t/h，在滿足助燃要求的情況下，減小燃油消耗。

(3)油槍投運后，根據火焰情況，及時調整油槍供風擋板(C擋板)開度，保證燃燒充分，火焰穩定。

5 改造效果及效益

5.1 運行效果分析

對于大型電站煤粉鍋爐，油槍的主要作用是冷態啟動時點燃煤粉。特別是對于設計煤種為無煙煤的W型火焰鍋爐來說，因無煙煤揮發分低，難以著火，點火油槍的燃燒效果直接影響到鍋爐冷態啟動時間和燃油消耗量。

對于點火油槍，點火效果好壞主要體現在火焰溫度和燃盡程度。火焰溫度越高，越利于煤粉的燃燒，可以提前點燃煤粉，加快升溫升壓速度，縮短啟動時間。在相同燃油消耗量工況下，燃盡程度的提高，有利于燃油釋放更多的熱量，提高火焰溫度，節省鍋爐點火階段的耗油量[3-5]；同時減輕未燃盡油滴對下游煙道受熱面、電除塵和脫硫系統的不利影響。

氣泡霧化油槍較傳統的機械霧化油槍可以形成更小顆粒度的液滴。SQ氣泡油槍的霧化顆粒索太爾系數SMD≤25 μm，尺寸分布系數N>2,而傳統油槍的霧化顆粒索太爾系數SMD≤120 μm。根據液體燃料燃燒的直徑平方-直線定律：

τ=(δ02-δ2)/κ

(1)

當霧化顆粒燃盡時，即δ=0，則

τ=δ02/κ

(2)

式中：τ為燃燒時間，s；δ0為液體燃料霧化顆粒初始直徑，mm；δ為燃燒τ秒后，液體燃料霧化顆粒的直徑，mm；κ為燃燒速度常數，mm2/s。即液體燃料霧化顆粒的燃盡時間與其直徑的平方成正比[6-7]。

因此，霧化顆粒越小，燃料液滴的燃燒越快，單位時間釋放的熱量越多，溫度越高，點燃煤粉的能力越強。通過對比油槍改造后的火焰情況(見圖3)可以看出，改造后油槍火焰亮度增大，黑煙減少。

圖3 改造前后油槍火焰對比

從機組實際啟動中的效果來看，油槍改造后，從鍋爐點火至制粉系統啟動時間減少1～1.5 h，機組升溫升壓至沖轉時間縮短2 h。主要原因是油槍的點火效果好，磨煤機啟動時可以選擇更低的爐膛溫度、更低的一次風溫度，從而縮短了點火后的升溫時間。

另外，由于油槍燃盡性能好，電除塵極板上未出現積油，脫硫系統漿液中也未出現漂油花現象，明顯改善了漿液的啟泡現象，確保了環保設備的可靠運行。

5.2 經濟效益分析

油槍的改造使鍋爐的啟動耗油量大幅下降，平均單臺次機組冷態啟動耗油約20 t，較改造前減少40 t，按照兩臺機組每年啟動10臺次計算，可節省燃油400 t，節約燃油費240萬元。同時供油壓力由原來的3.0 MPa降至目前的1.5 MPa，燃油泵電流由原來的200 A降至目前的40 A，年節約廠用電720 MW·h,節約成本21.6萬元。此外，油槍改造后還避免了啟動時脫硫系統漿液受未燃盡燃油的影響，節省了大量漿液置換和石灰石消耗。

6 結論及建議

在當前節能降耗及環保排放政策日趨嚴格的背景下，鍋爐油槍采用更先進的油槍霧化技術可以大幅降低燃油消耗，并提高環保設施運行的可靠性，確保鍋爐煙氣連續、可靠、達標排放，避免了機組啟動中的環境污染和政府處罰。特別是針對設計煤種為低揮發分難燃燒的無煙煤鍋爐，油槍的改造更是勢在必行。