微油點火在W型火焰鍋爐熱一次風(fēng)道的研究與應(yīng)用

(國家電投集團 重慶電力有限公司，重慶 401123)

隨著電力市場的需求和變化，大型機組參與調(diào)峰的次數(shù)越來越普遍，機組啟停越來越頻繁。然而同熱量等級的燃油價格遠遠高于燃煤價格，因此降低機組啟動耗油以此降低啟動成本，成為各大火力發(fā)電廠一直追尋的目標(biāo)。貴州省習(xí)水鼎泰能源開發(fā)有限責(zé)任公司習(xí)水能源公司(以下簡稱“習(xí)水能源公司”)1#和2#機組鍋爐為北京巴威公司生產(chǎn)的超臨界W型火焰鍋爐，由于W型火焰鍋爐結(jié)構(gòu)的特殊性，煤粉的著火主要依靠油槍的助燃和爐膛高溫的輻射換熱，即鍋爐采用的是W火焰燃燒方式。點火采用高能電火花點燃→輕柴油→點燃煤粉的二級點火方式。該方式不具備層燃四角切圓和墻式對沖層燃爐依靠卷吸高溫?zé)煔夂蛯α鞯姆绞较嗷ヒ嫉膬?yōu)勢，因此W型鍋爐常規(guī)啟動耗油普遍偏高。

目前，國內(nèi)解決W型火焰鍋爐“冷爐”投粉時間較長問題的方法：一是引入鄰爐高溫?zé)煔饧訜幔欢遣捎绵彔t熱風(fēng)進行制粉；三是采用煙煤啟動方式；四是在熱一次風(fēng)道內(nèi)加裝微油點火裝置。上述方法中，引入鄰爐高溫?zé)煔夥绞綄艿兰帮L(fēng)機材質(zhì)要求較高，應(yīng)用具有一定局限性，現(xiàn)國內(nèi)運用案例極少。經(jīng)調(diào)研，在熱一次風(fēng)道內(nèi)加裝微油點火裝置是目前較為先進、成熟的技術(shù)，而且系統(tǒng)簡單，投資費用及維護費用低，適用于機組數(shù)量較少，啟動次數(shù)頻繁的電廠。習(xí)水能源公司1#和2#機組處于電網(wǎng)負荷末端，機組啟停頻繁，因此在熱一次風(fēng)道內(nèi)加裝微油點火裝置能實現(xiàn)機組快速啟動，節(jié)約啟動成本。

1 主要設(shè)備及存在的問題

習(xí)水能源公司1#和2#鍋爐型號為：B&WB-2090/25.4-M，型式為北京巴威公司生產(chǎn)的660 MW超臨界參數(shù)變壓直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、室內(nèi)布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型W火焰鍋爐。

習(xí)水能源公司設(shè)計煤種屬低揮發(fā)分、高硫、高灰劣質(zhì)貧煤，煤粉著火點870 ℃，屬難著火、難燃盡煤。

由于習(xí)水能源公司1#和2#鍋爐目前燃用煤種大部分為揮發(fā)分極低、熱值較低的無煙煤(Vdaf<10)，不能采用等離子拉弧直接點燃煤粉的點火方式，設(shè)計時采用傳統(tǒng)的機械霧化油槍點火方式，即高能點火裝置點燃機械霧化油槍噴出的燃油，利用燃油燃燒對爐膛進行升溫，當(dāng)爐膛輻射換熱和熱風(fēng)溫度達到煤粉著火的條件時，再投入制粉系統(tǒng)進行啟動。機組自投產(chǎn)以來，冷態(tài)啟動耗油極高，2016年1～8月份平均啟動耗油135.8 t。雖經(jīng)不斷優(yōu)化啟動方式和對1#爐進行部分氣泡霧化油槍改造，機組冷態(tài)啟動耗油仍然在100 t左右。雖然B、E磨煤機裝設(shè)有蒸汽暖風(fēng)加熱器和微油點火槍，但是蒸汽暖風(fēng)加熱器需要外部熱源，當(dāng)機組全停后啟動，只有靠啟動鍋爐提供熱源和汽源，而啟動鍋爐出力有限，蒸汽暖風(fēng)加熱器效果極差，磨煤機由于入口風(fēng)溫度在短時間內(nèi)不滿足運行規(guī)程規(guī)定的達到170 ℃進行暖磨合啟動的條件，造成鍋爐完全依靠燃油來升溫升壓。目前一、二次風(fēng)溫達到磨煤機啟動條件需要3 h，此期間造成鍋爐已經(jīng)消耗超過30 t的燃油。因此，要想降低燃油消耗量，就必須解決點火初期不能快速啟動磨煤機的問題，即“冷爐”投粉的問題。經(jīng)多方咨詢調(diào)研，實現(xiàn)磨煤機冷爐啟動的最佳方案就是增加磨煤機入口風(fēng)道燃油自動加熱裝置，這樣幾乎是在啟動鍋爐的同時就可以啟動磨煤機制粉，以煤代油，實現(xiàn)節(jié)油降低成本的目的。

2 設(shè)備組成

2.1 控制部分

習(xí)水能源公司在2017年6月利用1#機組C修機會，進行了熱一次風(fēng)道燃燒器的改造。采用工業(yè)級PLC程控器控制，是整個裝置的核心，它接受來自磨煤機入口風(fēng)道內(nèi)的各種信息，分析判斷啟動燃燒器的條件是否滿足，并精確控制設(shè)定的加熱溫度。它有一鍵式自動啟動功能、手動啟動功能、超溫保護功能、風(fēng)量低保護功能、滅火保護功能、自動調(diào)整燃油量功能。

2.2 油氣供應(yīng)部分

采用的是優(yōu)質(zhì)的可調(diào)閥門組件，確保燃油量的調(diào)節(jié)精準(zhǔn)，控溫波動范圍平穩(wěn)。設(shè)備集約化程度高，只有油的進、出口，氣的進、出口共4個接口，以及一條控制電纜接口。

2.3 燃燒器部分

由高效少油油槍、點火槍、火檢探頭及保護、熱電偶滅火保護等構(gòu)成。它能夠?qū)崿F(xiàn)自動點火，并對燃油進行99.5%的高效率燃燒，完成熱量的轉(zhuǎn)換，將油的熱量轉(zhuǎn)變?yōu)闊犸L(fēng)的溫度。它有多重保護功能，如兩級滅火保護、低風(fēng)量自動熄火、超溫保護功能，安全可靠，詳見圖1。

圖1風(fēng)道燃燒器油、氣系統(tǒng)圖

3 方案及措施

3.1 保證完全燃燒及燃燒安全的安全措施

火檢監(jiān)測系統(tǒng)和火焰溫度監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示，采取以下措施保證完全燃燒及燃燒安全。

圖2 火檢監(jiān)測系統(tǒng)和火焰溫度監(jiān)測系統(tǒng)

1)選用具有國際先進水平的氣爆霧化油槍，霧化顆粒SMD≤25 μm，其燃燒效率≥99.5%，遠高于其他油槍燃燒效率≥84%的水平，可保證燃油完全燃燒。

2)采取富氧燃燒，設(shè)置低風(fēng)量保護。當(dāng)風(fēng)量不足時，不容許點火或自動熄火，保證燃油有足夠的助燃空氣，從而保證燃燒效率，保證燃油完全燃燒。

3)采取藍光火焰檢測探頭，確?；饳z的可靠與穩(wěn)定，保證熄火就能立即檢測到。

4)采用火焰溫度探針，將探針直接安放于油槍的火焰中，一旦熄火，火焰溫度探針立即就可以探測到，從而立即關(guān)閉進油閥，確保熄火后，可靠地切斷燃油。

3.2 采取風(fēng)道收集未燃盡燃油裝置

為了防止風(fēng)道積油爆燃，采用隔熱風(fēng)筒技術(shù)措施(見圖3)，它既可以防止油槍火焰直接接觸磨煤機風(fēng)道，又可以將未燃盡的燃油收集起來后，排至風(fēng)道外，成為未燃盡燃油的收集裝置。此裝置還可以起到監(jiān)控油槍燃燒是否完全的作用，當(dāng)油槍燃燒不完全時，排油管會有燃油流出。

圖3 防止風(fēng)道積油爆燃排污系統(tǒng)

3.3 采取防止風(fēng)道再燃燒的設(shè)計理念

防止風(fēng)道再燃燒的設(shè)計理念有以下幾點。

1)滅火保護寧可誤動，不可不動。確保沒有燃油不經(jīng)過燃燒就噴入風(fēng)道內(nèi)而形成燃油聚集。

2)采用具有國際先進水平的高效SQ氣泡霧化油槍，使燃燒效率≥99.5%，實現(xiàn)基本無油煙，確保無未燃盡的燃油產(chǎn)生。

3)燃燒系統(tǒng)采用多重保護，嚴(yán)防熄火后，燃油直接噴至風(fēng)道內(nèi)，造成大量的燃油沉積。

4 主要技術(shù)創(chuàng)新點

1)改變傳統(tǒng)的通過中間介質(zhì)(蒸汽)來加熱磨煤機熱風(fēng)的理念，直接利用燃油加熱空氣，既減少熱損失，提高鍋爐啟動速度和效率，又簡化系統(tǒng)，節(jié)約固定投資和運行人員的操作量。

2)減少機組啟動耗油成本，增強機組調(diào)峰的能力。

3)優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)，對燃油在風(fēng)道內(nèi)的燃燒情況進行完全在控和可控。

4)針對已投產(chǎn)的風(fēng)道燃燒器進行優(yōu)化設(shè)計和改進，提高火焰的剛度。

5)優(yōu)化磨煤機暖磨方式，改變傳統(tǒng)的暖磨模式。

5 效益分析

根據(jù)西北電力試驗研究院出具的《貴州省習(xí)水鼎泰能源開發(fā)有限責(zé)任公司“微油點火項目”鑒定試驗報告》分析如下(見表1)：

1)1#機組冷態(tài)啟動節(jié)約油耗54 t,2#機組冷態(tài)啟動節(jié)約油耗39 t。

2)1#機組冷態(tài)啟動提前2.5 h且能夠順利并網(wǎng),#2機組冷態(tài)啟動提前3 h且能夠順利并網(wǎng)。

3)1#機組冷態(tài)啟動節(jié)約廠用電3萬kW·h, 2#機組冷態(tài)啟動節(jié)約廠用電3.54萬kW·h。

由于煤粉燃盡率得以保障，因此在1#和2#機組啟動過程中均未發(fā)生脫硫、脫硝系統(tǒng)中毒事件，脫硫漿液置換量為正常運行機組置換量。

表1 1#和2#機組改造前后參數(shù)對比

1#和2#機組單次冷態(tài)啟動產(chǎn)生的經(jīng)濟效益見表2。

表2 1#和2#機組單次冷態(tài)啟動產(chǎn)生的經(jīng)濟效益

注：按燃油價格5 500元/t，按電費0.5元/kW·h計。

6 結(jié)論

根據(jù)西北電力試驗研究院出具的《貴州省習(xí)水鼎泰能源開發(fā)有限責(zé)任公司“微油點火項目”鑒定試驗報告》，對項目開展前后機組啟動相關(guān)參數(shù)進行了對比，證明項目實施前后1#和2#機組均達到了節(jié)油目的，在改造磨煤機風(fēng)道燃油加熱裝置后，經(jīng)濟效益顯著。