小油槍點火技術在燃用低揮發份煤超臨界鍋爐中的應用及問題分析

張志俊，車 剛

（1.國電聊城發電有限公司，山東 聊城 252033；2.山東電力研究院，山東 濟南 250002）

0 引言

火力發電廠煤粉鍋爐在基建吹管、試運期間以及投產后的啟動和低負荷穩燃期間要耗用大量的燃油。隨著電力市場的開放，峰谷差的加大使得機組頻繁啟停調峰或處于低負荷工況下運行，用油量進一步增加。因此以煤代油，節約煤粉鍋爐啟動和低負荷助燃用油是電力行業實施節約和替代石油工程的一個重要途徑。

國電聊城發電有限公司2×600 MW機組的鍋爐為東方鍋爐（集團）股份有限公司生產的超臨界、對沖燃燒、單爐膛、一次中間再熱、變壓直流爐。為了節約燃油，該工程采用了煙臺海融電力技術有限公司設計制造的小油槍點火燃燒器。目前，兩臺機組已完成試運工作，小油槍燃燒器運行可靠，節油效果明顯，實現了小油槍點火技術在燃用低揮發份煤超臨界鍋爐中的成功應用。

1 小油槍點火及穩燃技術的原理

1.1 小油槍點火原理

小油槍煤粉直接點火是利用強化燃燒技術使燃油充分燃燒，很小的燃油量（根據燃用煤種不同，著火溫度不同，燃油量可在50～300 kg/h之間）就可獲得一個剛性較強、溫度較高的穩定火炬，當煤粉通過火炬時很快受熱，并使煤粉顆粒破裂粉碎，迅速被點燃。根據分級燃燒的原理，使煤粉在點火初期就盡可能充分燃燒，達到煤粉鍋爐點火啟動和低負荷穩燃目的。

1.2 油的強化燃燒技術

高強度油燃燒器利用提高空氣氣流速度、使氣流旋轉加強擾動以及深度補氧等措施加強混合。獨特的燃燒器結構使燃油在著火前、著火過程中及燃燒后期都有氧氣補充進去并強烈混合，燃料在燃燒筒內進行富氧燃燒，使燃燒更充分，火焰剛性強、溫度高，給點燃煤粉創造了有利條件。

1.3 煤粉燃燒機理

煤粉燃燒室由一級、二級（及三級）燃燒室組成，燃燒器入口煤粉通過高濃縮比流線型煤粉濃縮器后進入第一級燃燒室，當煤粉顆粒進入高溫油火焰時，因受到迅速加熱而膨脹破碎，大大降低了煤粉著火所需的能量，并迅速發生著火。著火的煤粉不斷放出熱量，從而引燃第二級（及第三級）燃燒室煤粉。其意義在于應用多級放大的原理，使系統的風粉濃度、氣流速度處于一個十分有利于點火的工況條件，從而完成一個持續穩定的點火、燃燒過程。

由于采用高強度燃燒室、煤粉濃縮裝置、多級放大等原理，使微量的油即可點燃大量的煤粉，從而實現少油點火的功能。

1.4 小油槍點火技術穩燃工作原理［1］

采用濃淡燃燒方式已經使煤粉在著火區域形成了高濃度、高溫度、易著火的有利條件。投入小油槍后，輕油的烴類揮發使得煤粉著火區域的揮發份濃度和還原性氣氛有了顯著提高，著火熱降低，火焰傳播速度加快，更有利于著火和穩燃。

煤粉中的揮發份在較低的截面熱負荷下易造成析出不穩定，使得著火初期發生脈動性燃燒，隨著時間的延續，使燃燒惡化。小油槍的投入，為煤粉燃燒提供了較為穩定、充足的可燃氣體，消除了燃燒脈動現象。在更低負荷需要投油穩燃時，通過氣化小油槍的燃燒熱以提供煤粉著火區所需的局部高溫、高熱源著火條件，并且遏制煤粉著火隨負荷降低而產生的波動，保證了煤粉出口的著火穩燃要求，形成一種穩定的熱源，從而實現整個爐膛煤粉穩燃要求的良性燃燒循環。

2 鍋爐設備概況

本機組鍋爐設計煤種為70%陽泉無煙煤與30%新源貧瘦煤的混煤，可燃基揮發份為11.24%。

鍋爐為東方鍋爐（集團）股份有限公司生產的超臨界參數變壓直流爐，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。

制粉系統采用雙進雙出磨煤機并配置動態分離器直吹式制粉系統，每爐配6臺磨煤機。燃燒方式采用前后墻對沖，設6層煤粉燃燒器，前、后墻各3層，每層4只共24只。

煤粉燃燒器采用雙調風低NOx旋流煤粉燃燒器，燃燒風被分為三股：直流一次風、旋流二次風和旋流三次風。直流一次風粉剛性較好，旋流助燃風有利于燃料與空氣的充分混合，通過調節可以獲得較好的燃燒特性。

鍋爐共有油槍24支，采用壓縮空氣霧化，油槍出力從0.3 t/h至1.5 t/h可調，每爐油槍的最大出力約36 t/h。

3 小油槍點火系統改造方案

小油槍點火系統采用的強化小油槍點火及穩燃技術主要由小油槍點火煤粉燃燒器、小油槍、爐前油系統、助燃風系統、冷爐制粉系統和熱工監控系統組成。

3.1 小油槍點火煤粉燃燒器

小油槍點火燃燒器由油燃燒器、中心筒一級燃燒室、內套筒二級燃燒室，外套筒等部分組成。中心筒一級燃燒室：引入濃縮后的含粉氣流，高溫油火焰與煤粉在此發生強烈的化學反應，煤粉裂解，產生大量揮發分并被點燃；內套筒二級燃燒室：揮發分及煤粉繼續燃燒，并將后續引入的煤粉點燃，實現分級燃燒；外套筒：利用高速含粉氣流冷卻二級燃燒室，同時將部分煤粉推入爐膛燃燒。

根據本項目鍋爐的實際情況，將E磨煤機對應的鍋爐前墻下排四只燃燒器改造為兼有少油點火功能的主燃燒器，設計院原設計的一次風、二次風管路系統及布置不變。

拆除原燃燒器的一次風筒部分及一次風管彎頭，替換為特制的可實現分級點火的小油槍點火燃燒器，保留原燃燒器噴口不變，且不改變任何現有二次風系統及布置,保持其旋流特性。小油槍點火燃燒器自帶直角彎頭，彎頭帶煤粉濃縮機構且內襯耐磨材料。進粉方式為直流方式并采用多級燃燒,每級燃燒筒之間的一次風粉具有氣膜冷卻作用,使燃燒器不易超溫結焦。

小油槍沿燃燒器中心軸向插入，與一次風同向，且處于一次風中心，真正形成了粉包火。中心濃煤粉先著火，在煤粉通過燃燒器向爐內流動過程中，逐步引燃四周煤粉，可以有效保證小油槍點火燃燒器四壁溫度在400℃左右，解決了燃燒器中心筒超溫結渣導致燒損的問題，提高了煤粉燃盡度。在鍋爐點火和穩燃期間，該燃燒器具有點火和穩燃功能，在鍋爐正常運行時，該燃燒器具有主燃燒器功能，不影響鍋爐整體性能。

3.2 小油槍燃油及壓縮空氣系統

小油槍采用空氣霧化方式，壓縮空氣取自現場壓縮空氣管道。小油槍供油母管從原爐前燃油母管引出，加裝調節閥、壓力變送器、過濾器，在每支小油槍供油分支管路上安裝手動截止閥、氣動開關閥、過濾器、逆止閥及壓力表組件等，再接到小油槍供油接口上。每支油槍的油壓控制在0.6～1.5 MPa，壓縮空氣壓力為0.5～0.6 MPa。油槍吹掃管路系統從壓縮空氣系統引一路油槍吹掃系統，油槍退出時自動吹掃，避免油槍在停止使用時出現油槍內積油碳化堵塞油槍現象。

3.3 助燃風系統

小油槍助燃風直接取自一次風機出口冷風管道，母管設置手動總門，分四路至每只小油槍點火燃燒器，在每路單獨加裝電動風門，以方便調整助燃風參數，確保油燃燒效果達到最佳。助燃風風壓＞4 kPa，單只油燃燒器最大風量約3 000 m3/h。

3.4 冷爐制粉系統

為了使小油槍點火系統能夠實現冷態啟爐,在E磨煤機入口前的熱一次風母管旁路上安裝蒸汽暖風器，利用輔助蒸汽對E磨入口一次風進行加熱，以實現冷爐制粉。

3.5 控制與檢測系統

控制與檢測系統主要包括小油槍點火控制系統、圖像火焰監視系統、一次風速在線監測系統、燃燒器壁溫監測系統等。

小油槍可實現就地和遠方控制點火，遠方采用就地柜硬接線方式進DCS系統。為了判斷小油槍著火情況，為每支小油槍燃燒器配可見光火檢一支，采用開關量信號接入DCS。每臺燃燒器上裝有兩路熱電偶，一路安裝在煤粉燃燒器的中心筒上，另一路安裝在燃燒器噴口附近，溫度信號通過補償導線接入DCS。

圖像火焰監視系統由圖像監視探頭（CCD）、視頻復合電纜、四畫面分割器及探頭冷卻風構成，用于監視小油槍點燃的煤粉火焰。為防止監視探頭因爐膛高溫損壞，從火檢冷卻風系統接入冷卻風。

4 “少油點火模式”下的聯鎖保護

為保證機組的安全及小油槍點火系統的正常運行，對E磨煤機和FSSS保護邏輯進行了相應修改：

（1）E層各油火檢有火信號改為小油槍的可見光油火檢有火信號并參與FSSS保護。

（2）E磨煤機增加“少油點火模式”及“正常運行模式”。在機組啟動過程中，當機組負荷大于50%時，E磨煤機由 “少油點火模式”自動切換至“正常運行模式”，或者由運行人員根據鍋爐燃燒的具體情況手動切換。

（3）在“少油點火模式”下，任意兩支小油槍滅火，E磨煤機跳閘。如需手動停運E磨油槍，則必須先將“少油點火模式”切換至“正常運行模式”。

（4）在“少油點火模式”下，若1支油槍滅火，則關閉油角閥、霧化閥，并聯關該燃燒器對應的磨煤機分離器出口煤粉關斷門。

（5）RB發生時，“RB投小油槍”聯鎖投入。若E磨處于停運狀態，則小油槍不投入；若E磨正在運行，則投入小油槍助燃，4支油槍聯動投入，每只油槍的投入時間差為5～10 s，以防止爐膛爆燃和同時投入油槍太多，影響油壓的穩定。

（6）小油槍順控邏輯

順控投小油槍時，開吹掃閥吹掃20 s后關吹掃閥，吹掃閥關到位后打開壓縮空氣霧化閥，進點火槍到位后開油角閥，點打火槍20 s后停止打火退點火槍，點火成功。若20 s后火檢無火，則順停油角閥、壓縮空氣霧化閥，開吹掃閥20 s，重新點火。

順控停小油槍時，關油角閥、壓縮空氣霧化閥，油角閥關到位后，開吹掃閥吹掃20 s后關閉吹掃閥。

RB投小油槍時，不進行吹掃，直接進點火槍，開壓縮空氣霧化閥、油閥進行點火。

5 小油槍點火系統的應用情況

目前小油槍點火系統在華能沁北發電廠二期600 MW超臨界機組中應用情況良好，根據沁北的運行經驗，對于燃燒可燃基揮發份在15%～17%之間的貧煤，小油槍點火系統燃燒情況較好，若可燃基揮發份再低時，燃燒情況就不很理想。本項目機組試運期間的燃煤與設計煤種有略微差異，實際燃煤的可燃基揮發份在13%左右，有時低于11%。

5.1 鍋爐吹管階段

雖然小油槍點火設置了冷爐制粉系統，具備直接采用小油槍進行冷爐投粉啟動的功能，但考慮到小油槍點火系統目前尚未有燃燒可燃基揮發份在13%左右貧煤的成功經驗，且從一期老廠接入的輔汽壓力、溫度低，小油槍點火暖風器投運后，擔心無法達到所要求的暖磨一次風溫140～150℃，所以鍋爐首次點火時先啟動后墻下層的四支點火油槍，對爐膛進行預熱，提高爐膛溫度，然后再啟動小油槍點火系統點燃煤粉。

投運E層（前墻下層）燃燒器4只小油槍，維持油壓1.5 MPa、壓縮空氣壓力0.55 MPa、助燃風壓3.5 kPa，啟動E磨煤機，先將磨煤機容量風開至3～5%，逐步增大旁路風開度至30%左右，維持一次風管風速18～20 m/s，開始建立料位，待料位差壓至700～800 Pa，維持給煤機給煤量在 25～30 t/h，逐漸關閉旁路風、開啟容量風，維持一次風管風速，磨煤機分離器出口溫度70℃左右，觀察爐膛著火情況良好，燃燒器出口煤粉被引燃，火核火焰明亮。運行一個小時后，逐步加大給煤機給煤量30～40 t/h，維持一次風管風速在24～26 m/s，鍋爐溫升率保持在0.6～1℃／min之間，鍋爐升壓速率保持在0.035 MPa/min，滿足規程升溫升壓要求。

機組吹管方式為穩壓吹管，在吹管期間，三臺磨煤機投入運行，中間點壓力為5～6 MPa左右，溫度在280℃～320℃左右,受補水能力限制，每次有效吹管時間在50～80分鐘左右。自2008年11月28日開始點火至12月2日吹管完成共歷時5天，吹管期間燃油耗量共計318 t。

在整套啟動帶負荷試運階段，汽機沖轉前，鍋爐升壓速率為0.074 MPa/min，鍋爐升溫速率為1.07℃／min，滿足升溫升壓速率要求；機組并網后鍋爐升壓速率為0.041 MPa/min，鍋爐升溫速率為0.25℃／min，滿足升溫升壓速率要求（機組并網后，鍋爐最大升壓速率<2.5 MPa/min，溫度變化率限制在1.5℃／min）。機組負荷為50 MW時，投用第二套制粉系統對應的點火油槍，然后啟動第二套制粉系統；機組負荷為200 MW時，鍋爐燃燒情況良好，運行人員將E磨煤機由“少油點火模式”切換至“正常運行模式”，投用第三套制粉系統對應的點火油槍，啟動第三套制粉系統；機組負荷為300 MW時，三套燃燒器燃燒穩定，逐步停運點火油槍，隨著負荷的增加投入其它制粉系統。

6 小油槍點火技術在使用中需要注意的問題

6.1 小油槍參數調整

小油槍燃油壓力在未投粉時油壓調整到0.8～1.2 MPa左右，投粉后油壓為：1.0～1.2 MPa；小油槍霧化空氣壓力調整0.55 MPa，允許范圍在0.4～0.6 MPa之間，不允許超過0.6 MPa；助燃風壓力調整到4 kPa；允許范圍：3.5～4.5 kPa之間；鍋爐冷態點火初期一次風管點火風速維持在18～20 m/s，待爐溫升高后，提高一次風速至24～26 m/s。

6.2 小油槍點火穩定性

根據小油槍點火邏輯，在“少油點火模式”下，若1支油槍滅火，則關閉油角閥、霧化閥，并聯關該燃燒器對應的磨煤機分離器出口煤粉關斷門；任意兩支小油槍滅火，E磨煤機跳閘，可見光油火檢無火導致MFT。因此在“少油點火模式”下，如何減少甚至杜絕兩個或以上小油槍同時滅火或失去火檢是關鍵問題。在小油槍投運期間，若油壓或氣壓出現波動時，偶爾會出現小油槍滅火，或者火焰強度低導致火檢檢測不到火焰。考慮到此時小油槍系統正常，只需要啟動點火槍即可馬上投運小油槍，因此對邏輯進行修改，在“少油點火模式”下，在小油槍投運期間，若油火檢無火，不聯關油角閥、霧化閥和對應分離器出口插板門，進點火槍點火10 s，點火10 s后仍檢測不到火焰，順停油角閥、霧化閥，聯關對應分離器出口插板門，打開吹掃閥吹掃20 s。通過邏輯修改，增強了小油槍點火的穩定性，有效避免了火檢瞬時波動或小油槍滅火引起的MFT。

6.3 停爐后小油槍內仍然有火

在空負荷調試結束停爐后，發現E1、E3小油槍內仍然有火。現場從小油槍燃燒器外窺式火檢中發現燃燒器內部仍然有火焰燃燒。停爐后90 min，E1燃燒器噴口金屬溫度由130℃升至736℃，E3燃燒器噴口金屬溫度由135℃升至1013℃；隨后E1燃燒器噴口金屬溫度下降至306℃，E3燃燒器噴口金屬溫度下降至326℃。現場將四支小油槍從燃燒器中抽出后發現E1、E3燃燒器內中心筒內部存在大量煤粉燃燒；E2燃燒器內部積少許煤粉，小油槍配風筒出口處粘有油粉混合物。打開E1、E3煤粉彎頭發現煤粉彎頭處存在積粉。另外，現場檢查發現E1、E3燃燒器外側法蘭處有漏油油跡。

經分析判斷，鍋爐初次點火進行燃油泄漏試驗時E1、E3油角閥內漏導致中心風筒內部積油，更換E層油角閥后燃油泄漏試驗成功。E1、E3燃燒器中心風筒內積油后導致部分煤粉粘在中心風筒內且越積越多。另外，在試運期間多次發生MFT，MFT后不能進行燃油吹掃則油槍內的殘油流到燃燒器內部；且MFT后煤粉管道也不能進行吹掃，整個煤粉管路積粉也會導致燃燒器中心風筒內積粉增多。停爐后中心風筒的煤粉自小油槍噴口處向煤粉管道彎頭部位燃燒，就出現了停爐后小油槍燃燒器內仍然有火的現象，并且由于沒有一次風冷卻，燃燒器噴口金屬溫度很快升高。

小油槍點火燃燒器內部積油積粉后會增加燃燒器的阻力甚至堵塞燃燒器，如果燃燒器壁溫升高，還將導致結焦現象，甚至會燒壞燃燒器。因此小油槍停運后，對小油槍點火系統進行徹底吹掃非常重要。

根據燃燒系統和制粉系統的特點，對小油槍停運邏輯進行修改，小油槍停運后對小油槍進行吹掃避免燃燒器內部積油、積粉，以保證設備安全。

順控停小油槍時，關閉油角閥，保持壓縮空氣霧化閥，油角閥關到位后，開吹掃閥吹掃10分鐘后關閉霧化閥、吹掃閥。

當鍋爐負荷達到最低穩燃負荷后，由運行人員手動依次退出4只小油槍，一次風及助燃風正常投運。

當鍋爐正常停爐時，將小油槍切換至“正常運行模式”，點燃后墻下層B燃燒器兩只點火油槍，停E磨煤機，吹空磨煤機及煤粉管道，由運行人員手動依次退出4只小油槍，保持一次風及助燃風，對小油槍燃燒器吹掃10 min，確保殘油被徹底吹掃干凈，然后停運后墻下層兩只油槍。

7 結束語

國電聊城發電有限公司小油槍點火燃燒器應用情況良好，實現了小油槍點火在燃用低揮發份煤超臨界鍋爐成功應用，為小油槍點火燃燒器點燃可燃基揮發份低于15%的貧煤提供了成功經驗。自蒸汽吹管、汽機沖轉、機組并網帶負荷及滿負荷階段共耗油921.45 t，遠遠小于定額標準，經濟效益可觀。

（1）小油槍點火燃燒器點火初期，能夠滿足燃用低揮發份煤超臨界直流鍋爐升溫升壓曲線及著火特性。

（2）小油槍燃燒器結構和系統簡單，在小油槍投運時，可作為點火或穩燃燃燒器使用；小油槍不投運時，作為正常的煤粉燃燒器使用。

（3）小油槍點火技術減少了鍋爐在點火或穩燃階段大油槍的投用數量和時間，從而達到了節油的目的。

［1］ 蔣周進，陳華安.1025 t／h鍋爐氣化小油槍點火及穩燃技術的應用與試驗［J］.電力設備，2006，5.

［2］ 煙臺海融電力技術有限公司.鍋爐小油槍點火系統調試措施，2008.

［3］ 錢志永，孫建綠，周智華，毛曉飛，朱云鵬.氣化小油槍燃燒器在 300 MW 機組中的應用［J］.江西電力，2006，1.