少油點(diǎn)火技術(shù)在600MW超臨界W火焰鍋爐上的應(yīng)用優(yōu)化研究

曾慶華， 宋華偉， 張　鑫， 李　凱， 劉鵬遠(yuǎn)， 石尚強(qiáng)（.貴州華電桐梓發(fā)電有限公司，貴州遵義56300；.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州30030）

少油點(diǎn)火技術(shù)在600MW超臨界W火焰鍋爐上的應(yīng)用優(yōu)化研究

曾慶華1， 宋華偉2， 張鑫2， 李凱2， 劉鵬遠(yuǎn)2， 石尚強(qiáng)1
（1.貴州華電桐梓發(fā)電有限公司，貴州遵義563200；2.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州310030）

介紹少油點(diǎn)火技術(shù)在600MW超臨界W火焰鍋爐上的應(yīng)用情況，針對少油點(diǎn)火系統(tǒng)，在一次風(fēng)、周界風(fēng)及乏氣擋板開度調(diào)整、投粉運(yùn)行方式、撤大油槍等方面進(jìn)行了一系列的優(yōu)化試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：少油點(diǎn)火技術(shù)在W爐上可以取得很顯著的節(jié)油效果。

少油點(diǎn)火； W火焰； 優(yōu)化試驗(yàn)

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.02.002

0　引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，對能源的需求越來越大，尤其是石油，消耗量增加很快，而我國的石油資源又相對匱乏，目前石油最終可采儲(chǔ)量較低，人均占有量只10t，居世界第41位，僅相當(dāng)于世界平均水平的11%，現(xiàn)階段每年需要進(jìn)口1億5千萬t，并且這一趨勢在日趨嚴(yán)重，所以節(jié)約石油資源對我國非常重要。

采用傳統(tǒng)點(diǎn)火方式的火力發(fā)電廠鍋爐，其啟、停過程及低負(fù)荷穩(wěn)燃過程的用油量較大，尤其對于燃用劣質(zhì)煤需要穩(wěn)燃的機(jī)組以及需要經(jīng)常性參與調(diào)峰的機(jī)組，其油耗情況不容樂觀。200MW機(jī)組啟動(dòng)一次需要耗油50t；600MW機(jī)組鍋爐點(diǎn)火和助燃的燃料油超過300t。應(yīng)用少油技術(shù)可以改進(jìn)鍋爐機(jī)組的啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃，降低火電機(jī)組的燃油消耗，對火力發(fā)電廠提高自身經(jīng)濟(jì)性有十分重要的意義。

1　設(shè)備概況

貴州華電桐梓電廠兩臺鍋爐，鍋爐型號為DG-1900/25.4-Ⅱ8型鍋爐，其主要技術(shù)特征為超臨界參數(shù)、“W型火焰”燃燒、垂直管圈水冷壁，變壓直流鍋爐。單爐膛Π型露天島式布置，一次再熱，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，全鋼架吊結(jié)構(gòu)。

鍋爐配6臺雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)，煤粉細(xì)度R90≤6%，采用正壓直吹冷一次風(fēng)制粉系統(tǒng)。每臺磨煤機(jī)帶4只煤粉燃燒器，共配有24只雙旋風(fēng)煤粉燃燒器，雙旋風(fēng)煤粉燃燒器順列布置在下爐膛的前后墻爐拱上，前、后墻各12只。在離爐拱上拐點(diǎn)5米處沿爐寬方向共布置26只燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器，前、后墻各13只。磨煤機(jī)與燃燒器對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

圖1　磨煤機(jī)與燃燒器的匹配關(guān)系

每只雙旋風(fēng)煤粉燃燒器配一支油槍，用于點(diǎn)火、暖爐和低負(fù)荷穩(wěn)燃。前、后爐拱上各12只，全爐共24只。油槍緊靠煤粉噴嘴布置在拱上，設(shè)計(jì)總?cè)萘繛?0% B-MCR輸入熱量；點(diǎn)火及低負(fù)荷穩(wěn)燃油槍采用機(jī)械霧化，單支油槍耗油量為1600 kg/h，燃用0號輕柴油，槍前供油壓力為2.7 MPa。油槍采用高能點(diǎn)火器點(diǎn)火，并配有進(jìn)退驅(qū)動(dòng)裝置，完全滿足程控點(diǎn)火的要求。

2　少油點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

針對該電廠的具體情況，對少油點(diǎn)火系統(tǒng)采用如下設(shè)計(jì)方案：

（1）保留原有的大油槍點(diǎn)火方式可用；將大油槍出力適當(dāng)降低；

（2）將B、E磨對應(yīng)的8只煤粉燃燒器改為旋風(fēng)微油煤粉燃燒器；

（3）將B、E磨對應(yīng)的8支出力為1600kg/h大油槍改為出力為1000kg/h油槍，既能滿足冷態(tài)啟爐所需燃燒溫度，又能節(jié)省大量用油。

（4）每只微油點(diǎn)火燃燒器的濃分離器上安裝四只少油槍（一只主油槍、三只輔助油槍），具體位置如圖2，在微油煤粉燃燒器的每個(gè)燃燒室部分加裝一主一輔兩只少油油槍，油槍嘴口徑為（主：Ф0.75mm，輔：Ф1.25mm）；在濃煤粉分離器下部，從外部斜插入1級燃燒室內(nèi)，安裝一側(cè)向輔助油槍（噴口口徑1.5mm）；在濃煤粉分離器的噴口位置加裝一支口徑為Ф2.0mm噴口輔助油槍。主油槍出力50kg/h，軸向輔助油槍出力100kg/h。側(cè)向輔助油槍出力150kg/h。噴口處輔助油槍200kg/h。鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，根據(jù)燃燒情況新安裝燃燒器的微油槍與改造后大油槍同時(shí)工作，爐膛達(dá)到一定溫度時(shí)，逐步撤下大油槍。完全能夠滿足低溫燃燒時(shí)升溫升壓的需求。

輔油煤粉燃燒器保留了原燃燒器的外型尺寸和主體結(jié)構(gòu)基本不變，與原燃燒器的區(qū)別在于：將原有的實(shí)心消旋桿更換為消旋導(dǎo)桿；油槍從燃燒器側(cè)面插入到燃燒器噴內(nèi)；

該燃燒器的特點(diǎn)在于能夠在保留原燃燒器對煤種的適應(yīng)性的同時(shí)增加燃燒器低負(fù)荷穩(wěn)燃能力。當(dāng)鍋爐處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，用微量的燃油噴入爐膛，被爐膛自身的熱量點(diǎn)燃。通過在主噴口處形成穩(wěn)定油火焰。由于該火焰位于燃燒器噴口外的中心回流區(qū)，產(chǎn)生的高溫?zé)煔庵苯蛹訜釓膰娍趪姵龅拿悍?，在短時(shí)間內(nèi)使得煤粉的揮發(fā)份析出、煤粉顆粒破碎、燃燒，為煤粉著火提供了穩(wěn)定的點(diǎn)火熱源，從而達(dá)到強(qiáng)化煤粉燃燒，以實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷情況下穩(wěn)燃目的。由于對主燃燒器原有結(jié)構(gòu)改動(dòng)量小，對正常燃燒低負(fù)荷穩(wěn)燃無影響，安裝方便，檢修和維護(hù)工作量小。

圖2　微油點(diǎn)火燃燒器上少油油槍位置分布

3　少油油槍性能試驗(yàn)

3.1油槍出力試驗(yàn)

根據(jù)國家計(jì)量檢定規(guī)程JJG 667-1997《液體容積式流量計(jì)檢定規(guī)程》，油管路流量標(biāo)定試驗(yàn)方法有：標(biāo)準(zhǔn)容器法、容積法、稱重法和標(biāo)準(zhǔn)表法。本次試驗(yàn)測量采用稱重法測量來確定少油槍的實(shí)際出力大小。

選取#1爐前墻B4燃燒器對應(yīng)的大油槍、少油主油槍和輔助油槍。在整個(gè)爐前油循環(huán)建立起來后，分別在2.5MPa、3.0MPa兩種不同的供油壓力工況下，抽出待測試油槍，測試在一定時(shí)間內(nèi)的測試油槍的出油量。測試結(jié)果見表1。

表1　油槍出力測試結(jié)果

根據(jù)油槍出力的測試結(jié)果，可以看出原有的大油槍在設(shè)計(jì)供油壓力3.0MPa下的出力1006.5t/h，與設(shè)計(jì)出力1000t/h基本相同。

少油主油槍在2.5MPa和3.0MPa下的實(shí)際出力為44.4kg/h、51.6kg/h，折算到設(shè)計(jì)出力2.7MPa下分別為46.1kg/h和49kg/h，主油槍實(shí)際出力基本能設(shè)計(jì)值50kg/h。而輔助油槍在2.5MPa和3.0MPa下的實(shí)際出力為434.4kg/h和483.6kg/h，折算到2.7MPa下分別為451.4kg/h和458.8kg/h，略高于設(shè)計(jì)值450kg/h。整體上少油油槍出力基本都能達(dá)到設(shè)計(jì)值要求。

3.2油槍霧化試驗(yàn)

由于現(xiàn)場條件限制，油槍霧化試驗(yàn)只做了一個(gè)工況。在2.5MPa供油壓力下，少油主油槍噴嘴Φ=0.75mm霧化試驗(yàn)，油槍噴嘴霧化情況如圖3所示。

從圖中可以看出少油主油槍的霧化效果還是很明顯的，有利于提高燃油的燃盡效率，避免燃燒初期煙囪冒黑煙的不良環(huán)境影響，從廠區(qū)外看，點(diǎn)火初期煙囪排煙的顏色呈白色。油槍噴嘴的霧化角φ在70°左右，霧化角大小對初期爐內(nèi)流場有很大的影響。霧化角太小，中心回流區(qū)小，空氣與油霧的混合推遲并變差；霧化角太大，中心回流區(qū)過大，油霧會(huì)穿過空氣區(qū)，除造成混合不良外，油滴還容易噴灑到水冷壁上而出現(xiàn)結(jié)焦。一般霧化角應(yīng)控制在75°左右。

圖2　油槍霧化試驗(yàn)

4　少油油槍運(yùn)行方式優(yōu)化試驗(yàn)

在鍋爐熱態(tài)條件下，使用一根長熱電偶通過拱上觀火管插入爐膛，盡可能達(dá)到燃燒器出口附近［1，2］（如圖4所示）。測量風(fēng)量、粉量改變對燃燒器出口溫度的影響特性。

4.1一次風(fēng)速優(yōu)化調(diào)整

一次風(fēng)調(diào)整期間，為盡快達(dá)到啟B磨機(jī)的參數(shù)要求，運(yùn)行人員投A1、E1、E2、E4、B4五支大油槍，投大油槍對燃燒器出口溫度會(huì)一定的影響，但總體趨勢上影響不大。從圖中可以看出，隨著一次風(fēng)速的增加，燃燒器出口溫度呈逐漸降低的趨勢。這主要是測溫?zé)犭娕际琼樦鴩娍诜较虿迦?，一次風(fēng)速過大，出口動(dòng)量大，剛性太強(qiáng)，會(huì)冷卻燃燒器出口及熱電偶測點(diǎn)溫度。當(dāng)風(fēng)速在16m/s以下，燃燒器出口溫度基本穩(wěn)定在1000℃左右。

圖4　熱電偶測點(diǎn)位置

圖5　熱態(tài)時(shí)熱電偶在燃燒器噴口

4.2周界風(fēng)及乏氣擋板優(yōu)化調(diào)整

調(diào)整初期B3粉管出口一次風(fēng)速21.6m/s，B3燃燒器對應(yīng)的B擋板開度21°，乏氣擋板開度15°，燃燒器出口溫度920℃。周界風(fēng)機(jī)乏氣擋板調(diào)整對少油點(diǎn)火燃燒器出口溫度的影響測試結(jié)果如表2

從表中可以看出，在標(biāo)準(zhǔn)工況下（B擋板21°，乏氣擋板15°），燃燒器出口溫度最高。整體上調(diào)節(jié)周界風(fēng)和乏氣擋板開度對少油油槍燃燒器出口溫度的影響都不是很明顯。

4.3鍋爐冷態(tài)投粉試驗(yàn)

W火焰鍋爐燃用無煙煤，無煙煤揮發(fā)分低，不易著火。且煤粉的燃燒為非均相燃燒，其著火條件差，點(diǎn)火所需熱量一方面來自爐內(nèi)輻射；另一方面來自極高溫?zé)煔獾膶α鳑_刷與摻混，故投煤粉的時(shí)間主要取決于爐膛溫度水平［2］，達(dá)到相應(yīng)的投粉條件后，才能投粉。

圖6　一次風(fēng)速對燃燒器出口溫度的影響

表2　調(diào)整周界風(fēng)及乏氣擋板對燃燒器出口溫度的影響

鍋爐開始投粉時(shí)，投粉初態(tài)水冷壁出口溫度118℃，B3粉管一次風(fēng)速22m/s，燃燒器出口溫度1040℃。21：31B磨出口風(fēng)溫偏低，B磨跳閘。21：36重啟B磨，進(jìn)行投粉。投粉后燃燒器出口溫度急劇下降，22：20燃燒器出口溫度660℃，此時(shí)一次風(fēng)速20m/s?？紤]投粉初期著火的穩(wěn)定性，運(yùn)行人員配合將一次風(fēng)速調(diào)至19.6m/s，燃燒器出口溫度升至710℃，之后出口一次風(fēng)速保持在22m/s左右，燃燒器出口溫度480～570℃之間。00：30燃燒器出口溫度720°，調(diào)節(jié)B擋板關(guān)至10°，乏氣擋板全關(guān)，燃燒器出口溫度升至750°。觀火孔觀察爐內(nèi)燃燒狀況，火焰顏色暗黃色，燃燒溫度偏低。

4.4撤大油槍試驗(yàn)

少油槍助燃投粉后，初期工況下需要采用大油槍協(xié)助助燃，隨著爐膛溫度的升高，煤粉的著火條件改善，可以逐漸停止大油槍助燃，完全采用少油槍助燃來保證煤粉的可靠著火。大油槍的及早撤出對降低啟動(dòng)油耗的貢獻(xiàn)不言而喻，因此，在#2爐并網(wǎng)升負(fù)荷的過程中，進(jìn)行了撤大油槍的試驗(yàn)。

在溶出時(shí)間為80 min、溶出溫度為60 ℃、攪拌強(qiáng)度為400 r·min-1的條件下，考察液固比對鐵溶出率的影響，結(jié)果如圖2所示。

04：15汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)3000r/min，入爐煤質(zhì)開始變差。04：20啟E磨，此時(shí)總?cè)剂狭?8t/h，總風(fēng)量1285t/h，氧量12.6%，穩(wěn)燃的大油槍有E1、E3、B2、B3、B4，少油油槍有E1、E3、B2、B3。由于入爐煤質(zhì)較差，為穩(wěn)定爐內(nèi)著火環(huán)境，運(yùn)行加投三支大油槍。

04：36機(jī)組并網(wǎng)，開始升負(fù)荷。05：48負(fù)荷150MW，此時(shí)投入的油槍：四只少油油槍，八只大油槍，此時(shí)觀察爐內(nèi)火焰明亮，燃燒狀況良好。隨后負(fù)荷升至170MW、主汽壓力8.08MPa、主汽溫度514.4℃時(shí)，開始逐漸撤出大油槍。06：42，鍋爐負(fù)荷升至300MW，摘油結(jié)束，此后燃燒非常穩(wěn)定，火焰電視清晰可見。

需要特別指出的是，機(jī)組升負(fù)荷至150MW時(shí)，按當(dāng)時(shí)的燃燒狀況，就可以開始撤出大油槍，用四支少油油槍就可以協(xié)助煤粉穩(wěn)定的燃燒，但運(yùn)行人員從謹(jǐn)慎的角度出發(fā)，負(fù)荷170MW時(shí)才開始撤出大油槍。

通過撤油槍試驗(yàn)可以看出，鍋爐負(fù)荷在150～180MW期間，完全具備撤大油槍的條件，只保留少油油槍即可?？紤]到升負(fù)荷過程中煤質(zhì)變差的影響，如果在啟動(dòng)時(shí)，煤質(zhì)正常再加以燃燒調(diào)整，撤大油槍的負(fù)荷還可以進(jìn)一步降低。

5　節(jié)油效果分析

5.1調(diào)試期間節(jié)油率

在不出現(xiàn)明顯異常的啟動(dòng)過程的情況下，整個(gè)調(diào)試啟動(dòng)過程至168結(jié)束，調(diào)試計(jì)算油耗按4150t（兩臺爐平均調(diào)試計(jì)算油耗，含啟動(dòng)鍋爐用油）選取，作為基本的考核依據(jù)。

#2爐整個(gè)調(diào)試期從2014年3月15日#2爐燃油管道充油至2014年5月27日168結(jié)束，首次啟動(dòng)至168結(jié)束累計(jì)耗油1222.608t。

#2爐整個(gè)調(diào)試期間的節(jié)油率70.5%，扣除#2爐168前屏過泄漏導(dǎo)致停爐異常情況油耗，#2爐調(diào)試期間實(shí)際節(jié)油率70.7%。由此可見#2爐節(jié)油效果十分明顯，而#1爐調(diào)試期間用油量未統(tǒng)計(jì)。

5.2相對節(jié)油率

本次節(jié)油分析計(jì)算，以鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)到機(jī)組沖轉(zhuǎn)作為計(jì)算節(jié)點(diǎn)。在鍋爐啟動(dòng)過程中，整個(gè)爐膛的吸熱量能夠在一定程度上反映爐膛內(nèi)的燃燒狀況，而爐膛的吸熱量則體現(xiàn)在水冷壁中工質(zhì)的吸熱量，因此計(jì)算水冷壁中的單位熱量油耗進(jìn)行比較，更具有客觀性。

在計(jì)算時(shí)，把整個(gè)水冷壁看成一個(gè)大容器，并作為一個(gè)熱力系統(tǒng)，如圖，在選取的啟動(dòng)過程中，從時(shí)間t1到t2（對應(yīng)狀態(tài)為鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)到機(jī)組沖轉(zhuǎn)），系統(tǒng)吸收的熱量分為三部分，一部分熱量是進(jìn)出該系統(tǒng)工質(zhì)焓增熱量的積分值，第二部分熱量是t1、t2狀態(tài)的工質(zhì)蓄熱差，第三部分是t1、t2狀態(tài)水冷壁金屬壁上升的蓄熱差。

圖7　啟動(dòng)過程爐膛水冷壁系統(tǒng)吸熱示意圖

桐梓電廠#1爐及#2爐冷態(tài)啟動(dòng)過程中的單位熱量油耗的計(jì)算結(jié)果見表3。

表3　單位熱量油耗的計(jì)算結(jié)果

由上表的計(jì)算結(jié)果可知，#1爐冷態(tài)啟動(dòng)的單位熱量油耗65.9kg/GJ，#2爐少油點(diǎn)火冷態(tài)啟動(dòng)的單位熱量油耗為47.4kg/GJ。計(jì)算#2爐的相對節(jié)油率為28.1%。

6　結(jié)語

本文通過對桐梓電廠少油點(diǎn)火技術(shù)的研究，同時(shí)結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)對少油油槍點(diǎn)火及其節(jié)油效果進(jìn)行分析，說明少油點(diǎn)火技術(shù)在600MW超臨界W火焰鍋爐上的應(yīng)用還是比較成功的。這不僅大幅度降低了鍋爐的啟動(dòng)油耗，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，并且此工程的改造經(jīng)驗(yàn)可為同類型機(jī)組的改造和運(yùn)行提供參考。

［1］張廣柱，程智海.600MW“W”型火焰鍋爐微油點(diǎn)火的啟動(dòng)優(yōu)化研究［J］.發(fā)電設(shè)備，2012，26（3）：180，181.

［2］劉鵬遠(yuǎn)，肖宏博.微油點(diǎn)火在超臨界600MW機(jī)組W火焰鍋爐中的應(yīng)用［J］.熱力發(fā)電，2012，41（11）：52，53.

［3］趙鐵軍，宋紹偉.W型火焰鍋爐節(jié)油技術(shù)應(yīng)用［J］.中國電力，2009，42 （9）：61～65.

Application Optimization of Micro-oil Ignition Technology on Down-fired Boiler of a Super-critical 600MW Unit

ZENG Qing-hua1， SONG Hua-wei2， ZHANG Xin2， LI Kai2， LIU Peng-yuan2， SHI Shang-qiang1
（1.Guizhou HuaDian Tongzi Power Plant，Guizhou Zunyi 563200，China；2.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

The application of micro-oil technology on a 600MW super-critical down-fired boiler was described.To conduct a series of optimization experiments on micro-oil technology system，such as the adjustment of baffles on the primary air，perimeter wind and the vent air，even the operation mode of casting coal powder and withdrawal of the main oil gun.Results showed that，the effect of reducing oil of the micro-oil technology on down-fired boiler was remarkable.

micro-oil ignition； down-fired boiler； optimization experiments

TK227.7

B

2095-3429（2015）02-0005-05

曾慶華（1967-），男，山東青島人，本科，高級工程師，主要從事電廠生產(chǎn)管理工作。

2015-03-04

2015-04-17