超超臨界機組配套啟動鍋爐性能提升優(yōu)化升級技術(shù)研究

1 基本情況

蕪湖發(fā)電有限責(zé)任公司現(xiàn)有2×660MW燃煤發(fā)電機組，機組啟動輔助蒸汽由一臺35t/h的快裝燃油啟動鍋爐供應(yīng)，啟動鍋爐出口蒸汽參數(shù)為1.274MPa，350℃。該啟動爐由杭州華電華源環(huán)境工程有限公司制造，同步配備意大利歐保EBR12G燃燒器，于2010年12月投產(chǎn)使用。

隨著國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的提高，該鍋爐面臨無法通過環(huán)保年檢的可能。

2 存在問題及原因分析

2.1 油槍燃燒效果較差，排煙煙色不達(dá)標(biāo)

該燃燒器的兩級油槍都為機械霧化油槍，霧化效果較差，無法實現(xiàn)完全燃燒。尤其是主油槍投用時，燃燒不完全導(dǎo)致煙囪濃煙滾滾，造成嚴(yán)重環(huán)境污染和油料浪費。啟動鍋爐采用兩級點火方式，第一級點火先由高壓點火槍點燃機械霧化小油槍，第二級點火再由小油槍引燃主油槍，兩級油槍都為機械霧化油槍，霧化效果不好，尤其是大油槍是帶回油調(diào)節(jié)的機械霧化油槍，霧化更糟糕，每當(dāng)小油槍引燃主油槍時，煙囪濃煙滾滾，嚴(yán)重污染環(huán)境、還費油，更有引起啟動鍋爐爆燃放炮及尾部煙道積碳引起二次燃燒的巨大安全風(fēng)險，亟待升級改造。

2.2 點火成功率較低，燃爆風(fēng)險較大

該點火系統(tǒng)在實際使用過程可靠性較差，經(jīng)常出現(xiàn)點不著火，或者點火多次才能成功的情況，難以滿足啟動爐緊急備用功能。同時由于多次點火失敗，燃燒室內(nèi)存留大量燃油，一旦達(dá)到爆炸限值，極易形成燃爆，造成設(shè)備損毀、人身傷亡事故。同時不完全燃燒造成的尾部煙道積碳嚴(yán)重，也極易引起二次燃燒風(fēng)險。因此設(shè)備存在較大安全隱患。

鍋爐內(nèi)部壁面積碳嚴(yán)重如圖1、圖2所示。

圖1 啟動鍋爐內(nèi)部換熱管道壁面積碳嚴(yán)重

圖2 啟動鍋爐內(nèi)部爐墻積碳嚴(yán)重

2.3 燃燒不穩(wěn)定，容易熄火

啟動爐點火、燃燒過程中，點火小油槍經(jīng)常燃燒幾秒鐘后自動熄滅，無法引燃大油槍。大油槍燃燒過程中，燃燒火焰波動較大，燃燒狀況較差，無法達(dá)到正常穩(wěn)定燃燒效果。

2.4 出力無法達(dá)到額定設(shè)計值

啟動鍋爐自基建投產(chǎn)就從來沒有在額定出力35t/h情況下運行過，基本只能達(dá)到22～25t/h的出力，負(fù)荷率僅僅只有70%左右，還有黑煙產(chǎn)生，而且隨著時間推移逐漸嚴(yán)重，根本無法滿負(fù)荷運行，從冒黑煙的情況看，微提高運行負(fù)荷都將是極其困難的，同樣亟待通過改造優(yōu)化為高效油槍及優(yōu)化風(fēng)煙系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)計負(fù)荷運行。

3 具體措施

3.1 改造方案研究

①改造點火油槍和主油槍為高效氣爆霧化油槍。

按現(xiàn)有的機械霧化油槍的外形尺寸，設(shè)計氣爆霧化油槍和高能點火器。新型高效氣爆霧化油槍采用氣泡霧化技術(shù)，用氣泡作為霧化的動力，氣泡由壓縮空氣、蒸汽及其他氣體在油槍的氣泡發(fā)生器中產(chǎn)生，并形成帶壓“油包氣”的氣泡流，氣泡在克服了包裹在氣泡四周的燃油油膜的表面張力后爆炸破裂，從而將油膜撕碎形成非常細(xì)小的液霧。它是通過克服油表面張力來達(dá)到霧化目的的，因此泡霧化噴嘴產(chǎn)生霧化所需的能量遠(yuǎn)小于常規(guī)噴嘴。氣爆霧化顆粒度能夠達(dá)到SMD≤25μm，使燃燒效率≥99.5%。同步將小油槍的高壓點火器改造為高能點火器，優(yōu)化升級油壓調(diào)節(jié)裝置，提高點火成功率。

②設(shè)計氣爆霧化油槍所需的壓縮空氣系統(tǒng)，同步設(shè)計調(diào)節(jié)、隔離裝置和配油、配風(fēng)控制閥。

③檢查風(fēng)煙系統(tǒng)的阻力及積碳，設(shè)計燃油系統(tǒng)的控制方式，對風(fēng)煙系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化調(diào)整。

3.2 具體實施

①氣爆霧化主油槍、點火小油槍的改造設(shè)計、供貨、安裝及性能試驗。

包括：氣爆霧化主油槍的設(shè)計、制造、安裝及調(diào)試，氣爆霧化點火小油槍的設(shè)計、制造、安裝及調(diào)試，油槍輔助設(shè)備的設(shè)計及安裝。新型油槍噴嘴采用多孔霧化設(shè)計，實物圖如圖3、圖4所示。

圖3 氣爆霧化油槍噴口

圖4 氣爆霧化油槍霧化組件

②霧化系統(tǒng)的計算校核、系統(tǒng)設(shè)計。

包括：霧化氣管道和閥門的設(shè)計、制造、安裝及調(diào)試。霧化氣快關(guān)電磁的采購及安裝、調(diào)試。

③點火器升級改造。

將現(xiàn)有高壓點火器升級改造為高能點火器，提高點火成功率。

④燃燒系統(tǒng)及附件的檢查、優(yōu)化調(diào)整。

包括風(fēng)煙系統(tǒng)設(shè)備、燃燒系統(tǒng)設(shè)備、燃油系統(tǒng)設(shè)備的檢查、清灰及修理、風(fēng)門擋板行程的校核，風(fēng)油配比裝置重新優(yōu)化、調(diào)整風(fēng)油配比閥的行程，保證風(fēng)量與燃油量的同步，提高燃燒工況穩(wěn)定性、提高燃燒效率，消除冒黑煙現(xiàn)象。

優(yōu)化點火時間與主油槍的開閥時間的重疊度，提高點火的成功率，杜絕點火油槍已經(jīng)熄火而主油槍油閥還未打開的局面發(fā)生。

優(yōu)化點火油壓，采用低油壓點火，防止鍋爐爆燃沖擊。點火油壓定值修改為0.3~0.5MPa（以實際試驗調(diào)試數(shù)值為準(zhǔn)）。

3.3 系統(tǒng)調(diào)試

3.3.1 啟動鍋爐調(diào)試范圍

對啟動鍋爐進(jìn)行15%負(fù)荷點火啟動的調(diào)試試驗；50%負(fù)荷的風(fēng)油比調(diào)試試驗，100%負(fù)荷風(fēng)油比的調(diào)試試驗。

3.3.2 啟動鍋爐調(diào)試應(yīng)具備的條件

涉及啟動鍋爐的所有工作票全部終結(jié)；油、氣管道、閥門密封性試驗合格，無泄漏點；進(jìn)油、進(jìn)氣各電磁閥冷態(tài)通電試驗動著正常；高能點火器打火正常；風(fēng)油比例調(diào)節(jié)閥調(diào)試正常，帶油調(diào)試送風(fēng)擋板0～75%開度油壓變化正常（0.15～0.9MPa）；送、引風(fēng)機通風(fēng)吹掃正常且完成；鍋爐上水，汽包水位正常；調(diào)試的組織工作已落實，人員到位，職責(zé)明確，工器具（如F扳手、活動扳手、對講機等）準(zhǔn)備到位；調(diào)試方案已經(jīng)完成審核批準(zhǔn)。

3.3.3 調(diào)試程序和技術(shù)措施

3.3.3 .1 調(diào)試程序

①鍋爐吹掃：啟動送、引風(fēng)機，并將擋板開大至少開至75%以上，對爐膛進(jìn)行強力吹掃，吹掃時間不少于10分鐘。記錄送、引風(fēng)機各開度段電流。

②燃油循環(huán)：開啟進(jìn)回油總門，并開啟再循環(huán)手動門對爐前油系統(tǒng)進(jìn)行大循環(huán)，如有可能調(diào)節(jié)彈簧自動調(diào)壓閥后的壓力至1.5MPa，如彈簧調(diào)節(jié)閥失效不能調(diào)整壓力，則應(yīng)用回油手動調(diào)整門進(jìn)行調(diào)節(jié)，保持適當(dāng)流量的情況下，維持閥后壓力1.8MPa。并記錄燃油循環(huán)流量。

③霧化氣試驗：開啟霧化氣總閥，并手動開啟電磁閥通氣試驗正常，記錄霧化氣壓力≥0.4MPa。

④點火程序試驗：在控制室按一鍵啟動按鈕，一鍵程控啟動鍋爐，觀察順序啟動步驟及著火情況是否正常。按一鍵啟動按鈕啟動燃燒器后，如點火油槍著火正常、主油槍著火正常，立即檢查主油槍的油壓是否在0.15MPa，如偏離迅速用手動閥來調(diào)整正常。

穩(wěn)定燃燒5分鐘觀察煙囪的煙色是否有黑煙，如有黑煙則進(jìn)一步調(diào)低油壓直至黑煙消失。如發(fā)小火焰發(fā)白刺眼，則表明過氧燃燒，風(fēng)門開大了，在風(fēng)油比例調(diào)節(jié)閥上調(diào)小風(fēng)門，直至火焰為金黃色。至此，低負(fù)荷啟動點風(fēng)油配比調(diào)節(jié)合格。記錄好風(fēng)門開大、油壓、油流量及比例調(diào)節(jié)閥開度。

⑤升負(fù)荷試驗：分別開送粉擋板至40%、75%處，讓鍋爐帶50%、90%以上的負(fù)荷，觀察燃燒情況及各油壓、氣壓、蒸汽流量、蒸汽壓力、送、引風(fēng)機電纜等參數(shù)。

當(dāng)開大送風(fēng)門至40%，觀察爐膛燃燒狀況、煙囪煙色，如煙囪有黑煙，在風(fēng)油比例調(diào)節(jié)閥上調(diào)大送風(fēng)門開度，直至黑煙消失；如火焰發(fā)白刺眼，則應(yīng)調(diào)小風(fēng)門，直至火焰為金色。記錄油壓、油流量、風(fēng)門開度，送、引風(fēng)機電流，至此，風(fēng)油比例調(diào)節(jié)閥的中負(fù)荷完成調(diào)節(jié)。調(diào)試過程中，應(yīng)始終注意汽包水位等參數(shù)。

如有條件將送風(fēng)門開啟至75%，觀察爐膛燃燒狀況、煙囪煙色，如煙囪有黑煙，在風(fēng)油比例調(diào)節(jié)閥上調(diào)大送風(fēng)門開度，直至黑煙消失；如火焰發(fā)白刺眼，則應(yīng)調(diào)小風(fēng)門，直至火焰為金色。記錄油壓、油流量、風(fēng)門開度，送、引風(fēng)機電流。調(diào)試過程中，應(yīng)始終注意汽包水位等參數(shù)。至此，鍋爐滿負(fù)荷風(fēng)油比例調(diào)節(jié)閥調(diào)試完成。鍋爐蒸汽流量如未達(dá)到35t，則手動增加風(fēng)油比例調(diào)節(jié)閥的油側(cè)行程，增加負(fù)荷，直至達(dá)到滿負(fù)荷為止。

⑥降負(fù)荷試驗：緩慢降負(fù)荷至擋板開度40%點，觀察并記錄負(fù)荷、送引風(fēng)機電流、油壓等參數(shù)，觀察爐膛燃燒情況與升負(fù)荷時的燃燒狀況進(jìn)行對比，如沒有明顯的燃燒變化和參數(shù)飄移，則升負(fù)荷、降負(fù)荷負(fù)荷中點合格。

繼續(xù)降負(fù)荷至擋板開度20%，觀察并記錄負(fù)荷、送引風(fēng)機電流、油壓等參數(shù)，觀察爐膛燃燒情況與升負(fù)荷時的燃燒狀況進(jìn)行對比，如沒有明顯的燃燒變化和參數(shù)飄移，則升負(fù)荷、降負(fù)荷負(fù)荷低點合格。

有條件時，再升負(fù)荷、降負(fù)荷一次，如各參數(shù)點燃燒沒有變化，則整個調(diào)試合格。整個升負(fù)荷、降負(fù)荷過程中，煙囪始終不得有明顯黑煙產(chǎn)生。

3.3.3 .2 技術(shù)措施

①確保吹掃時間及吹掃流量：啟動鍋爐的燃料為輕柴油，如爐膛內(nèi)有殘留的燃油及積碳，如不及時地吹掃干凈就點火，極易形成爆燃，危及設(shè)備及人身安全。吹掃的技術(shù)措施一就是要保證吹掃時間足夠，一般不少于10分鐘；二就是送、引風(fēng)機擋板開度要足夠大，一般不能低于75%，在此開度下進(jìn)行大流量的吹掃。

②確保低負(fù)荷點火：啟動鍋爐爐膛容積有限，點火啟動時，如果油槍出力過大，爐膛將會在點燃的瞬間產(chǎn)生爆燃，危害鍋爐設(shè)備的安全及人身安全。低負(fù)荷點火的油壓設(shè)置不應(yīng)大于0.15MPa。

3.3.4 調(diào)試要點

3.3.4 .1 低負(fù)荷點火油壓的設(shè)定

低負(fù)荷油壓的設(shè)定按20%燃油出力即550kg/h來設(shè)定，對應(yīng)油壓為0.15MPa，點火槍出力按80kg/h來設(shè)定，對應(yīng)油壓0.7MPa，送風(fēng)機擋板風(fēng)門開度15%。

3.3.4 .2 風(fēng)、油比例調(diào)節(jié)閥各負(fù)荷點的匹配

啟動鍋爐的風(fēng)、油調(diào)節(jié)采用的是比例調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)，風(fēng)門開度聯(lián)動油閥對應(yīng)開度，風(fēng)、油聯(lián)動的最佳比例當(dāng)然是直線線性關(guān)系最好，但事實上往往不可能是直線的線性關(guān)系，這就需要現(xiàn)場逐點地校核反復(fù)調(diào)整，以不冒黑煙也不過氧燃燒為最佳。

3.3.5 調(diào)試質(zhì)量的檢驗方法與合格標(biāo)準(zhǔn)

3.3.5 .1 性能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

①檢驗方法：15%負(fù)荷點火啟動的調(diào)試試驗；50%負(fù)荷的風(fēng)油比調(diào)試試驗，100%負(fù)荷風(fēng)油比的調(diào)試試驗。

②合格標(biāo)準(zhǔn)：點火正常；風(fēng)、油聯(lián)動正常；啟動鍋爐可達(dá)到設(shè)計出力水平（35t/h）。

3.3.5 .2 環(huán)保質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

①檢驗方法：全程目測煙囪黑煙情況，或煙色檢測儀檢測。

②合格標(biāo)準(zhǔn)：任何工況下目測煙囪完全無黑煙，煙色檢測儀（如有）檢測煙囪的林格曼度數(shù)≤1度。

4 取得成效

4.1 項目主要的完成情況

主油槍改造：將主油槍由機械霧化方式改造為高效的SQ2500氣爆霧化油槍，并配套安裝壓縮空氣霧化管道、閥門、電控等設(shè)備，通過改變霧化方式來達(dá)到提高燃燒效率的目的，解決了冒黑煙的問題。

點火油槍改造：將點火油槍同步改造為高效的SQ150氣爆霧化油槍，并同步將原高壓點火方式改造未高能點火，大幅度提高了點火成功率。

4.2 項目形成的主要成果

在環(huán)保監(jiān)督部門要求的時間內(nèi)，成功地完成了啟動爐燃油系統(tǒng)優(yōu)化升級改造工程所有相關(guān)工作。改造后啟動鍋爐一鍵啟動、程控自動點火，點火初始流量約為250kg/h，爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定未見爆燃現(xiàn)象，排煙煙色經(jīng)環(huán)保檢測機構(gòu)檢測小于林格曼1度，達(dá)到環(huán)保監(jiān)督要求指標(biāo)。提高了啟動鍋爐點火成功率及燃燒安全穩(wěn)定性，確保了排煙環(huán)保性。

①點火及燃燒過程中排煙煙色達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，排煙林格曼黑度小于1度。第三方檢測現(xiàn)場實際圖片如圖5所示：②提高點火成功率達(dá)到100%，可靠性大大提高。如圖6所示。③提高燃燒穩(wěn)定性，點火油槍和主油槍燃燒過程中的熄火率降低為0。④減少尾部煙道積碳情況，消除燃爆、二次燃燒風(fēng)險。

圖5 現(xiàn)場檢測驗收圖片（各參數(shù)運行正常，燃燒穩(wěn)定）

圖6 一鍵啟動，順利點火成功

5 結(jié)論

啟動鍋爐采用兩級點火方式，第一級點火先由高壓點火槍點燃機械霧化小油槍，第二級點火再由小油槍引燃主油槍，改造前經(jīng)常出現(xiàn)點火失敗、燃燒不穩(wěn)定、燃燒時排煙煙色不達(dá)標(biāo)等問題，還存在嚴(yán)重燃爆風(fēng)險。改造后的氣爆霧化油槍氣爆霧化顆粒度能夠達(dá)到SMD≤25μm，使燃燒效率≥99.5%，同步將小油槍的高壓點火器改造為高能點火器，優(yōu)化升級油壓調(diào)節(jié)裝置，提高點火成功率。改造后點火成功率大大提高，爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，爆燃現(xiàn)象消失，燃燒后排煙煙色可達(dá)到林格曼黑度1級標(biāo)準(zhǔn)。改造前油槍出力不可調(diào)節(jié)，燃燒費油且鍋爐汽水參數(shù)控制困難，改造后油槍可變負(fù)荷出力，節(jié)省大量燃油且鍋爐汽水參數(shù)易于控制。整改改造效果明顯，系統(tǒng)優(yōu)化成果顯著，為具有同樣或類似問題的單位或有關(guān)技術(shù)人員提供優(yōu)化升級參考。