微油點火及穩(wěn)燃技術(shù)在1000MW機組塔式爐上的應(yīng)用

王國紅

【摘要】：介紹了銅山華潤電力有限公司2×1000MW超超臨界機組塔式爐燃油系統(tǒng)的配置情況。微油點火及穩(wěn)燃技術(shù)是一項在2000t/h及以下等級的鍋爐上成熟運行的典型節(jié)油技術(shù)，通過對機械霧化微油點火裝置的工作原理及系統(tǒng)組成的分析，從點火前的汽水系統(tǒng)的升溫準備、原煤加倉的優(yōu)化及微油系統(tǒng)的準備、微油油槍的啟動及停止參數(shù)調(diào)整、微油煤粉燃燒器的投運、水冷壁合理溫升中應(yīng)力的控制等方面系統(tǒng)闡述了微油點火裝置在1000MW機組塔式爐上的應(yīng)用技術(shù)。介紹了微油點火系統(tǒng)在鍋爐沖管、冷態(tài)啟動、低負荷穩(wěn)燃等典型工況下的應(yīng)用的經(jīng)濟效益。微油點火及穩(wěn)燃技術(shù)在超超臨界塔式爐上取得了非常好的節(jié)油效果，獲得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

【關(guān)鍵詞】：塔式爐微油系統(tǒng)點火穩(wěn)燃經(jīng)濟分析

引言

我國是一個石油消耗和進口大國。國家發(fā)改委在“節(jié)能中長期專項規(guī)劃”中明確提出：“十一五”期間，電力等行業(yè)節(jié)約和替代燃料油的目標是3800萬噸。

在我們現(xiàn)階段燃煤電廠的鍋爐生產(chǎn)中，如何降低燃油消耗成為越來越重要的話題。近幾年來，微油點火和微油穩(wěn)燃技術(shù)在很多電廠得到了廣泛的運用[1]。

1微油系統(tǒng)概況

銅山華潤電力有限公司2×1000MW機組配套使用上海鍋爐廠生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣塔式爐。鍋爐型號：SG-3044/27.46-M53X。

鍋爐配置直吹式制粉系統(tǒng)。磨煤機型號為ZGM133N，設(shè)計滿負荷運行時五運一備用?；ê笃?，根據(jù)微油系統(tǒng)在300MW機組的成熟應(yīng)用，決定加裝微油系統(tǒng)，系統(tǒng)組成如下。

1.1減壓系統(tǒng)

為了保證微油系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，防止?fàn)t前油系統(tǒng)工況變化影響微油運行，同時節(jié)約基建成本，微油系統(tǒng)的供油從爐前進油快關(guān)閥前引出。微油供油設(shè)置兩路減壓裝置，每路減壓裝置各由一個機械減壓閥及其前后手動截止閥組成，通過減壓裝置后將爐前燃油母管的油壓由3.1MPa左右降低到1.0～1.2MPa，匯總到爐前微油母管，然后獨立送到B磨8個微油燃燒器對應(yīng)的油角閥處。在減壓閥后的微油母管上單獨引一路至一側(cè)（A側(cè)）空預(yù)器熱一次風(fēng)門管道上，用于鍋爐點火后加速提高一次風(fēng)風(fēng)溫，滿足啟B磨要求。

1.2燃燒裝置

油燃燒裝置主要由組合式氣動推進器、安裝支架、穩(wěn)焰器、油槍和點火槍等組成。燃燒裝置將點火槍、油槍組合在一起，由組合式氣動推進器統(tǒng)一控制，因而結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、動作協(xié)調(diào)、性能可靠。四角油槍前各配置一個手動截止閥及氣動角閥，便于有效隔離小油槍及快速切斷燃油。考慮到一次風(fēng)道空間小、位置隱蔽，漏油后危險性大，啟磨小油槍前配置一個手動截止閥及兩個串聯(lián)的氣動角閥。該系統(tǒng)與滅火保護系統(tǒng)及就地程控系統(tǒng)配合，可自動完成點火槍、油槍的進、退和點火、燃燒。

1.3配風(fēng)系統(tǒng)

為了保證微油系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，減少配風(fēng)系統(tǒng)受鍋爐風(fēng)煙系統(tǒng)的影響，單獨配置了油配風(fēng)系統(tǒng)及啟磨風(fēng)系統(tǒng)。油配風(fēng)系統(tǒng)由油配風(fēng)機及相應(yīng)的風(fēng)門擋板組成。油配風(fēng)母管環(huán)繞鍋爐一周，每個小油槍單獨設(shè)置一個配風(fēng)支管，在進入微油燃燒器前均設(shè)置調(diào)節(jié)閥門，便于在微油點火及燃燒過程中合理配風(fēng)。啟磨風(fēng)系統(tǒng)則為啟磨燃燒器穩(wěn)定運行提供獨立的配風(fēng)，由啟磨風(fēng)機及相應(yīng)的風(fēng)門擋板組成，在進入微油燃燒器前也設(shè)置調(diào)節(jié)閥門，便于點火時調(diào)節(jié)風(fēng)速，確保一次風(fēng)道的運行安全。

1.4控制、監(jiān)測系統(tǒng)

控制與監(jiān)測系統(tǒng)完成微油系統(tǒng)所有設(shè)備關(guān)聯(lián)的狀態(tài)、指令等信號接入到DCS，通過DCS完成微油點火系統(tǒng)的啟停程控、故障報警、聯(lián)鎖保護等。主要有就地點火控制柜、風(fēng)機運行控制柜、DCS遠程控制、可見光火檢、壁溫監(jiān)測、風(fēng)速檢測系統(tǒng)等。

2微油技術(shù)燃燒原理及特點

微油燃燒方式國內(nèi)典型的有機械霧化的微油系統(tǒng)及壓縮空氣霧化的氣化油槍系統(tǒng)，其基本原理略有差異。銅山華潤采用了機械霧化的微油系統(tǒng)。

2.1微油點火原理

微油燃燒系統(tǒng)主要由微油點火系統(tǒng)、微油小油槍、配風(fēng)系統(tǒng)和配套的煤粉燃燒器組成。其工作原理如下：具有一定壓力（1.0～1.2MPa）的燃料油通過分油器進入霧化旋流片，在霧化旋流片的切向槽中轉(zhuǎn)變?yōu)楦咚傩D(zhuǎn)液流，離開噴嘴出口處即形成一股中空的錐體狀高速旋轉(zhuǎn)薄膜流，該薄膜流被油配風(fēng)的空氣流沖擊、撕裂、破碎后進一步霧化成邊前進邊擴容的油霧。油霧被高能點火槍點燃后，在油槍內(nèi)部穩(wěn)焰罩的小空間內(nèi)初步燃燒，同時使尚未燃燒的油霧加熱、擴容，在極短的時間內(nèi)促使這部分油霧蒸發(fā)、氣化，并將其進一步鏈接點燃。油霧燃燒率瞬間迅速提高，溫度急劇上升，形成中心溫度高達1500℃以上的錐體狀高速火核?；鸷藳_出穩(wěn)焰罩后進入到中空的煤粉燃燒器內(nèi)，將部分熱量加熱穩(wěn)焰罩外的煤粉，使煤粉完成初次加熱。在煤粉燃燒器出口處，火核前進中對煤粉燃燒器內(nèi)噴出的煤粉沖擊、卷吸，完成一級點燃，形成一級煤粉燃燒區(qū)。油霧、煤粉共同燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔馀c鄰近煤粉進一步混合，一級燃燒釋放的熱量使鄰近的混合后的煤粉迅速升溫，并將其中揮發(fā)分瞬間大量析出，在高溫環(huán)境下燃燒，形成了煤粉的分級燃燒。燃燒產(chǎn)生的能量逐級放大，遠超過煤粉燃燒所需要的著火熱，于是煤粉持續(xù)點燃、燃燒、擴散，形成煤粉的穩(wěn)定燃燒。小油槍結(jié)構(gòu)如圖1所示。小油槍冷態(tài)下直接點燃煤粉的現(xiàn)場圖如圖2。

圖1機械霧化小油槍結(jié)構(gòu)示意圖 圖2小油槍冷態(tài)下直接點燃煤粉的現(xiàn)場圖

2.2微油點火特點

微油小油槍點燃煤粉是在煤粉燃燒器內(nèi)部完成，具備以下幾個特點。一、粉包火。煤粉燃燒器里中心區(qū)是高溫火核，周邊是煤粉，既有利于煤粉的點燃，又有利于保護燃燒器，防止燃燒器被燒壞。二、煤粉燃燒是逐級點燃、逐級放大的過程，形成燃燒的鏈接反應(yīng)過程。三、油霧燃燒產(chǎn)生的熱量全被煤粉吸收并直接點燃煤粉，大大降低了點燃煤粉所需要的燃油量。

3微油點火在運行中的應(yīng)用技術(shù)

微油點火在理論上可以點燃任何參數(shù)的煤粉，并可以與任意參數(shù)的磨組配套使用。但是在實際運行中，一方面要保證燃燒系統(tǒng)自身安全穩(wěn)定，另一方面更要和機組啟動過程的汽水升溫升壓等要求相匹配。因而給微油系統(tǒng)的正常投運設(shè)置了一定的邊界條件，具備了自己獨特的應(yīng)用技術(shù)。

3.1入爐煤的參數(shù)選擇

影響微油點火正常穩(wěn)定運行的煤質(zhì)參數(shù)除全水分Mt外，主要有入爐煤低位發(fā)熱量Qnet、空干基揮發(fā)分Vad及硫分St，ad三個典型指標。入爐煤低位發(fā)熱量Qnet越高，煤粉越容易著火并燃燒，但是根據(jù)300MW機組微油運行經(jīng)驗，熱值大于5500kcal/kg后，在點火五、六個小時后燃燒器噴口很容易結(jié)焦，嚴重時甚至燒塌燃燒器。熱值偏低則不易著火也不易燃盡。空干基揮發(fā)分Vad對著火及燃燒的影響與低位發(fā)熱量的情況相似。硫分St，ad越高，越易著火同時也很容易造成噴口結(jié)焦甚至焦塊堵死噴口。燃油及煤粉燃燒器可靠運行的煤質(zhì)參數(shù)為：全水Mt≤10%；22%≤空干基揮發(fā)分Vad≤30%；4600kcal/kg≤低位發(fā)熱量Qnet≤5000kcal/kg；全硫St，ad%≤1.0%。

3.2小油槍運行參數(shù)的選擇

由于微油燃燒器在點火及助燃過程中，穩(wěn)定著火時要滿足自身的特定條件。小油槍點火前，除了要及時清除油槍內(nèi)的雜質(zhì)以提高霧化效果外，點火前要注意調(diào)整油槍前的油壓在1.0～1.2MPa，油配風(fēng)機出口調(diào)節(jié)擋板的開度置于30～35%，油配風(fēng)母管風(fēng)壓控制在0.14～0.17kPa，風(fēng)速調(diào)整為13～16m/s，四個角8支小油槍對應(yīng)的風(fēng)門開度為45%～55%，具體調(diào)整時發(fā)現(xiàn)點火不成功，一般在就地將風(fēng)門開度關(guān)小至30%～35%后即有顯著效果，點燃后再將風(fēng)門開度開大至45%～55%。啟磨風(fēng)機出口調(diào)節(jié)擋板的開度置于55～60%，風(fēng)道小油槍的油配風(fēng)母管風(fēng)壓控制在0.21～0.26kPa，風(fēng)速調(diào)整為24～28m/s為宜。

3.3磨組參數(shù)的選擇

由于微油燃燒器安裝在煤粉燃燒器內(nèi)，使得煤粉燃燒器在運行時阻力相應(yīng)較大。磨組一次風(fēng)量較高時可以確保噴口的安全，但是會導(dǎo)致煤粉燃燒率顯著下降；一次風(fēng)量較低時有助于煤粉燃燒但是在爐膛冒正壓、制粉系統(tǒng)擾動等情況下，易造成煤粉因動力不足而脫落，嚴重時造成燃燒器噴口結(jié)焦。磨煤機分離器轉(zhuǎn)速越高，磨制的煤粉越細越有利于煤粉的點燃和燃盡，但是易造成磨組因磨輥打滑而間斷性振動。啟磨時磨的出口風(fēng)溫高，有利于煤粉燃燒，但是投油加熱的時間要延長，導(dǎo)致耗油量增加。此外，由于剛投粉時爐膛內(nèi)需要的熱負荷較低，為了控制汽水溫升速度要嚴格控制煤量，但是煤量低極易造成磨組振動大，而液壓加載力的下限值不能下調(diào)，否則易導(dǎo)致磨組的損壞，此時要注意加倉顆粒多的煤種。

通常情況下，投運微油點火的磨組時，該磨組的進口風(fēng)溫（冷風(fēng)調(diào)門全關(guān)）達到145℃可以啟動磨組并穩(wěn)定運行。給煤量初始值在26～30t/h左右，磨組的一次風(fēng)量調(diào)整范圍為98～105t/h，磨組的出口溫度控制在60～95℃范圍內(nèi)、旋轉(zhuǎn)分離器轉(zhuǎn)速降低到110～180rpm內(nèi)即可（若磨組振動很小，可以增加分離器轉(zhuǎn)速）。

3.4冷態(tài)啟動過程的關(guān)鍵控制技術(shù)

由于塔式爐水冷壁管使用T23鋼材，鋼材的特殊性決定水冷壁管的溫升速度不宜太大。據(jù)較為成熟的現(xiàn)場經(jīng)驗，整個啟動過程中水冷壁管的溫升速率不宜超過2.0℃/min，短時速度不宜超過3.5℃/min，否則易出現(xiàn)管材硬度增加、管壁間應(yīng)力超限導(dǎo)致啟動后水冷壁泄漏的事件發(fā)生。通過對汽水系統(tǒng)的調(diào)整、燃料的投運調(diào)整即可取得滿意的效果。

3.4.1通過優(yōu)化冷態(tài)清洗，提高爐水溫度

目前除外高橋三廠及少數(shù)技改后的塔式爐使用鄰爐加熱外，其他大多數(shù)電廠均沒有配置鄰爐加熱系統(tǒng)，但是現(xiàn)場運行中可以通過調(diào)節(jié)除氧器水溫達到顯著提高爐膛溫度的目的。

鍋爐完成上水后，即開始進行冷態(tài)清洗。通常上水溫度控制在100～107℃，經(jīng)過高壓加熱器、給水管道、省煤器后，進入水冷壁的水溫通常約45～50℃。在進行冷態(tài)清洗過程中，大量不合格的爐水被排放掉。持續(xù)不斷的水冷壁清洗過程，其實也是不斷提高壁溫的過程。在這個過程的中后階段，通過提高本機高壓輔汽聯(lián)箱的壓力至0.7～0.8MPa左右，可以緩慢提高給水溫度至165℃左右。完成冷態(tài)清洗后，水冷壁出口爐水溫度可以提升至115℃左右，鍋爐已經(jīng)起壓。

3.4.2大油槍暖爐，小油槍點燃煤粉

完成冷態(tài)清洗后，爐膛溫度一般在120℃左右，此時盡快啟動送引風(fēng)機完成爐膛吹掃。由于爐膛吹掃過程是高溫水冷壁冷卻的過程，爐膛吹掃期間即啟動油配風(fēng)機及啟磨風(fēng)機。完成吹掃后立即點燃一層B磨或C磨的大油槍暖爐。打通B磨通風(fēng)通道，啟動對應(yīng)的一臺一次風(fēng)機，開始投運熱一次風(fēng)道內(nèi)的啟磨小油槍及B磨對應(yīng)的8支小油槍。大油槍暖爐約1小時，啟磨小油槍運行時間超過40分鐘后，B磨的進口風(fēng)溫約提高至150℃左右，可以啟動B磨。B磨給煤量加至26t/h左右，撤掉2支大油槍，控制住熱負荷，然加煤至30t/h左右，撤掉另外2支大油槍。在撤大油槍過程中，嚴密注意煤量和大油槍的匹配，可以控制水冷壁管溫升<3～3.5℃/min。給煤量加至35～40t/h左右時，水冷壁管溫升速度約0.7～1℃/min，控制效果與單獨投用大油槍的溫升速率相媲美。

在冷態(tài)清洗甚至更早的時候就要進行各小油槍的帶油試投，確保點火時能順利投運。

投油期間可以進一步提高高壓輔汽聯(lián)箱的汽壓至0.85～0.9MPa左右（通過鄰機冷再提壓），并進一步提高給水溫度。本爐主汽壓升高至0.9MPa以上時，控制高旁減溫水流量，利用高旁排汽投運#2高壓加熱器，此時可以進一步提高給水溫度20℃左右，有助于爐膛溫度的進一步提升。

4結(jié)論

1000MW機組塔式爐爐內(nèi)容積大，采用微油點火及穩(wěn)燃技術(shù)后，通過預(yù)提爐內(nèi)溫度、大油槍暖爐、小油槍點粉等技術(shù)，可以有效控制能量的釋放速度，與水冷壁鋼材T23的溫升要求完美匹配，從而大幅度降低燃油費用及其他費用，具有優(yōu)越的的經(jīng)濟效益。該技術(shù)對其它機組極具有推廣價值和借鑒意義。

參考文獻

[1]鄭文廣，思順勇，朱良松等.1000MW機組啟停節(jié)油技術(shù)研究.中國電力，2014，47（4）：38-43

[2]張人超.等離子點火技術(shù)與微油點火技術(shù)在1000MW機組應(yīng)用的技術(shù)性和經(jīng)濟性比較.廣東電力，2013，26（3）：113-117.