1000 MW超超臨界機(jī)組微油點(diǎn)火系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行

陳文，謝國(guó)鴻，朱光明，楊劍鋒

(湖南省電力公司試驗(yàn)研究院，湖南長(zhǎng)沙410007)

大型工業(yè)煤粉鍋爐的點(diǎn)火和穩(wěn)燃一般都是采用燃燒重油或天然氣等稀有燃料實(shí)現(xiàn)的，隨著世界性的能源緊張尤其是石油能源形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，國(guó)務(wù)院及各級(jí)管理部門對(duì)火電廠節(jié)能工作提出了很高要求。在國(guó)家的各類科技專項(xiàng)計(jì)劃當(dāng)中，也將節(jié)油節(jié)電技術(shù)研發(fā)作為重點(diǎn)。《國(guó)家電力公司火電廠節(jié)約用油管理辦法 (試行)》要求，應(yīng)從電廠設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、施工、檢修及運(yùn)行等全過程加強(qiáng)管理，并根據(jù)實(shí)際情況積極采用成熟、可靠的點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)對(duì)鍋爐進(jìn)行改造，大幅度降低火力發(fā)電廠用油。各火力發(fā)電廠從自身經(jīng)濟(jì)效益角度出發(fā)，大力引進(jìn)節(jié)油新技術(shù)，或采用合適的節(jié)油設(shè)備和裝置來減少耗油量。無油、微油點(diǎn)火技術(shù)不斷地應(yīng)用于火力發(fā)電機(jī)組，目前節(jié)油點(diǎn)火燃燒技術(shù)主要有等離子點(diǎn)火技術(shù)和微油小油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)，已經(jīng)在很多新建火電工程上得到了應(yīng)用，徐州彭城電廠三期工程2×1000 MW超超臨界機(jī)組采用微油點(diǎn)火系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鍋爐微油點(diǎn)火啟動(dòng)和低負(fù)荷穩(wěn)燃，節(jié)能效益顯著。

1 設(shè)備概況

1.1 系統(tǒng)概述

徐州彭城電廠三期工程2×1000 MW超超臨界機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)的超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，單爐膛塔式布置、一次中間再熱、四角切向燃燒、擺動(dòng)噴嘴調(diào)溫、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置。采用中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，5臺(tái)磨運(yùn)行帶鍋爐BMCR工況，1臺(tái)磨備用，設(shè)計(jì)燃用煙煤。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量3 044 t/h，過熱器出口壓力27.46 MPa，溫度605℃，采用中速磨煤機(jī)一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，

1.2 燃燒系統(tǒng)

鍋爐設(shè)計(jì)煤種是晉中煙煤，校核煤種是徐州混煤，煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動(dòng)式燃燒器，采用典型的LNTFS燃燒器布置，自下而上分別是A，B，C，D，E，F(xiàn)，每個(gè)角6支油槍，每層4個(gè)燃燒器，每個(gè)燃燒器由2個(gè)煤粉燃燒器組成(由1根粉管在爐前經(jīng)分配器一分為二而成)，每臺(tái)磨煤機(jī)出口由4根煤粉管道接至同2層四角布置的煤粉燃燒器，共設(shè)有12層煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(fēng) (周界風(fēng))。燃燒器風(fēng)箱分成獨(dú)立的3組，下面2組風(fēng)箱各有6層煤粉噴嘴，對(duì)應(yīng)3臺(tái)磨煤機(jī)，在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有1層燃油輔助風(fēng)噴嘴。每相鄰2層煤粉噴嘴的上方布置了1個(gè)組合噴嘴，其中預(yù)置水平偏角的輔助風(fēng)噴嘴 (CFS)和直吹風(fēng)噴嘴各占約50%出口流通面積 (一、二次風(fēng)噴嘴布置見圖1)。在主風(fēng)箱上部布置有SOFA燃燒器，包括6層可水平擺動(dòng)的分離燃盡風(fēng) (SOFA)噴嘴 (見圖2)。

圖1 一、二次風(fēng)噴嘴布置圖

圖2 分離燃盡風(fēng) (SOFA)噴嘴布置圖

在煤粉燃燒器BⅠ，BⅡ (對(duì)應(yīng)B磨)上安裝了8套微油點(diǎn)火燃燒器，冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)啟磨熱一次風(fēng)的來源為風(fēng)道燃燒器預(yù)熱一次風(fēng)的方式，風(fēng)道燃燒器安裝在A空預(yù)器出口熱一次風(fēng)管道上，2臺(tái)軸流一次風(fēng)機(jī)出口沒有聯(lián)絡(luò)門。系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見圖3。

圖3 微油風(fēng)煙系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

2 節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)介紹

目前鍋爐節(jié)油點(diǎn)火方面采用的技術(shù)比較多，像等離子體點(diǎn)火、電感應(yīng)加熱直接點(diǎn)火、激光加熱點(diǎn)火、易燃?xì)怏w直接點(diǎn)火、微油小油槍點(diǎn)火、高溫?zé)峥諝庵苯狱c(diǎn)火技術(shù)等，但在工程中實(shí)際應(yīng)用較多的主要有3種:等離子點(diǎn)火;微油點(diǎn)火;熱空氣直接點(diǎn)燃煤粉。等離子點(diǎn)火最早開始運(yùn)用，點(diǎn)火系統(tǒng)主要由等離子發(fā)生器 (及電源系統(tǒng))、暖風(fēng)器系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)組成，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有300多臺(tái)鍋爐采用等離子點(diǎn)火裝置。它主要是利用直流空氣等離子體在燃燒器的一次燃燒筒中形成T＞5 000 K的梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過該等離子“火核”受到高溫作用，并在極短時(shí)間內(nèi)內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物，并使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。

微油點(diǎn)火近些年開始在電廠出現(xiàn)，一般利用氣化小油槍或者機(jī)械霧化小油槍直接點(diǎn)燃煤粉，已有100多臺(tái)鍋爐采用微油點(diǎn)火裝置。熱空氣直接點(diǎn)燃煤粉裝置利用高溫空氣作為煤粉氣流的點(diǎn)火熱源，至今有多臺(tái)鍋爐應(yīng)用業(yè)績(jī)。以上3種點(diǎn)火技術(shù)都是通過改造煤粉燃燒器為內(nèi)燃燒室，在燃燒器內(nèi)部將煤粉點(diǎn)燃，從而代替常規(guī)大油槍在爐膛內(nèi)點(diǎn)燃煤粉。目前新建機(jī)組很多采用等離子點(diǎn)火或微油點(diǎn)火方式，既作為點(diǎn)火燃燒器，點(diǎn)火和穩(wěn)燃用，又作為主燃燒器。節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)在原有煤粉燃燒器噴嘴改造時(shí)，一般都采用了煤粉濃縮、火焰能量逐級(jí)放大等，只是其點(diǎn)火火源不同而已，其點(diǎn)火經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較見表1。

表1 節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)比較

3 本工程鍋爐微油點(diǎn)火系統(tǒng)技術(shù)方案和特點(diǎn)

微油點(diǎn)火系統(tǒng)由雙強(qiáng)煤粉燃燒器、雙強(qiáng)油燃燒器、雙強(qiáng)燃油及吹掃系統(tǒng)、雙強(qiáng)油配風(fēng)系統(tǒng)、燃燒器壁溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、啟磨風(fēng)加熱系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，燃油壓力 1.0 MPa，每只小油槍出力150 kg/h，油燃燒器采用高能點(diǎn)火器點(diǎn)火，雙強(qiáng)煤粉燃燒器有點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃作用，在鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，可作為主燃燒器使用。

3.1 煤粉燃燒器

雙強(qiáng)煤粉燃燒器 (圖4)，采用環(huán)形濃淡分離和氣膜冷卻相結(jié)合，一次風(fēng)粉經(jīng)過環(huán)形濃淡器進(jìn)行濃淡分離，濃相一次風(fēng)進(jìn)入煤粉強(qiáng)化燃燒室，淡相一次風(fēng)進(jìn)入淡相氣膜風(fēng)通道。濃相一次風(fēng)在煤粉強(qiáng)化燃燒室被強(qiáng)化燃燒的高溫油火焰迅速加熱升溫，揮發(fā)分迅速析出并燃燒，油的燃燒和揮發(fā)分的燃燒放出大量的熱，持續(xù)對(duì)一次風(fēng)進(jìn)行加熱，將其加熱至遠(yuǎn)高于煤種的著火溫度，將煤粉點(diǎn)燃后形成高溫火炬噴入爐膛。淡相一次風(fēng)一方面對(duì)煤粉強(qiáng)化燃燒室和煤粉燃燒器噴口進(jìn)行冷卻，另一方面提供濃相煤粉后續(xù)燃燒所需要的部分氧量，并在混合的過程中使淡相一次風(fēng)中的超細(xì)煤粉燃燒，增大煤粉的燃盡率。同時(shí)根據(jù)煤種和燃燒器的結(jié)構(gòu)等條件在燃燒器噴口處開設(shè)氣膜窗口，引入二次風(fēng)作為貼壁氣膜冷卻風(fēng)，對(duì)噴口局部高溫部位進(jìn)行二次冷卻，確保燃燒器不燒蝕、不結(jié)渣。

圖4 煤粉燃燒器示意圖

3.2 雙強(qiáng)油燃燒器

主要由雙強(qiáng)油槍、高能點(diǎn)火槍、油火檢、燃燒筒、配風(fēng)筒等組成，如圖5所示。

圖5 雙強(qiáng)油燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖

雙強(qiáng)油槍采用簡(jiǎn)單機(jī)械霧化方式，油噴嘴主要由分油盤、旋流片、霧化片等組成。1 MPa壓力的輕柴油經(jīng)過分油盤后進(jìn)入旋流片，產(chǎn)生高速?gòu)?qiáng)烈旋轉(zhuǎn)，高速?gòu)?qiáng)烈旋轉(zhuǎn)的油流通過霧化片噴孔，形成旋轉(zhuǎn)的中空錐型油薄膜，油薄膜在離心力的作用下，進(jìn)一步撕裂、破碎。雙強(qiáng)燃燒筒的配風(fēng)采用分級(jí)低壓強(qiáng)制配風(fēng)的方式，根據(jù)油霧逐步燃燒所需要的風(fēng)量，分級(jí)逐步配風(fēng)，燃油與風(fēng)混合均勻、強(qiáng)烈，火焰燃燒劇烈、穩(wěn)定性高，火焰中心溫度高達(dá)1 800～2 000℃，燃盡率高達(dá)99%以上。同時(shí)，由于采用分級(jí)低壓強(qiáng)制配風(fēng)，助燃風(fēng)在參與燃燒之前，在油燃燒筒內(nèi)壁形成完整的氣膜保護(hù)層，對(duì)燃燒筒進(jìn)行充分的冷卻，燃燒環(huán)境為一種絕熱的環(huán)境狀態(tài)，因此火焰溫度極高，而油燃燒器筒壁卻只有常溫的溫度。

3.3 雙強(qiáng)燃油及吹掃系統(tǒng)

雙強(qiáng)燃油采用母管制，燃油母管引自鍋爐燃油平臺(tái)進(jìn)油快關(guān)閥后，雙強(qiáng)燃油母管上配置有手動(dòng)截止閥、過濾器 (一用一備)、壓力表、自立式穩(wěn)壓閥等，將原油系統(tǒng)3.5 MPa的油壓降至1.0 MPa，滿足微油油燃燒器的使用。經(jīng)過減壓后的燃油分往各雙強(qiáng)燃油支管，支管路配置手動(dòng)截止閥、快關(guān)閥、過濾器、壓力表、金屬軟管等。每路雙強(qiáng)燃燒器配有壓縮空氣吹掃。

3.4 雙強(qiáng)油配風(fēng)系統(tǒng)

雙強(qiáng)油配風(fēng)設(shè)計(jì)有2路，一路取自一次風(fēng)機(jī)出口的冷一次風(fēng)管路，一路來自油配風(fēng)風(fēng)機(jī)，如圖6所示。

圖6 油配風(fēng)系統(tǒng)圖

3.5 燃燒器壁溫在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為在線監(jiān)測(cè)運(yùn)行時(shí)燃燒器的壁溫，保護(hù)燃燒器不發(fā)生燒損現(xiàn)象，在每臺(tái)燃燒器的高溫位置加裝2套測(cè)溫?zé)犭娕肌?/p>

3.6 啟磨風(fēng)加熱系統(tǒng)

冷爐啟磨熱一次風(fēng)的來源為在熱一次風(fēng)道上加裝風(fēng)道燃燒器預(yù)熱一次風(fēng)的方式。在熱一次風(fēng)一側(cè)母管上安裝風(fēng)道燃燒器加熱一次風(fēng)，安裝位置在一次風(fēng)母管彎頭處，沿寬度方向布置1臺(tái)300 kg/h出力的油燃燒器。在冷爐狀態(tài)時(shí)，通過風(fēng)道燃燒器燃燒產(chǎn)生的熱量加熱一次風(fēng)，當(dāng)風(fēng)溫達(dá)到磨煤機(jī)入口溫度要求時(shí)，即可啟動(dòng)磨煤機(jī)制粉并實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)送粉。

3.7 控制系統(tǒng)

雙強(qiáng)點(diǎn)火控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括雙強(qiáng)點(diǎn)火程序的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)保護(hù)邏輯及與DCS連接3部分。

微油點(diǎn)火系統(tǒng)特點(diǎn)

從系統(tǒng)設(shè)計(jì)上可以看出，微油點(diǎn)火系統(tǒng)的特點(diǎn)有:①新機(jī)組試運(yùn)以及冷爐啟動(dòng)節(jié)油率 (以煤代油)，根據(jù)煤種不同可達(dá)75% ～90%以上。② 雙強(qiáng)微油點(diǎn)火煤粉燃燒器在點(diǎn)火期間作為點(diǎn)火燃燒器使用，正常運(yùn)行期間作為主燃燒器使用，不影響鍋爐空氣動(dòng)力場(chǎng)和組織燃燒。③單只雙強(qiáng)油燃燒器容量較小，在20～400 kg/h間，可點(diǎn)燃煙煤、褐煤、貧煤等，基本滿足電廠常用煤種的需要。④雙強(qiáng)油燃燒器燃盡率高，點(diǎn)火后即投粉，電除塵投入較早，減小了對(duì)環(huán)境的影響。

4 微油點(diǎn)火系統(tǒng)調(diào)試值得注意的問題

4.1 FSSS控制邏輯設(shè)計(jì)

由于采用雙強(qiáng)點(diǎn)火系統(tǒng)啟動(dòng)鍋爐，勿需大油槍助燃即可啟動(dòng)磨煤機(jī)，因此FSSS邏輯設(shè)計(jì)與鍋爐通用邏輯不同。在FSSS設(shè)計(jì)中B磨煤機(jī)有“正常運(yùn)行模式”與“少油點(diǎn)火運(yùn)行模式”2種，并可相互切換，從而實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)FSSS邏輯切換功能。在“正常運(yùn)行模式”下運(yùn)行時(shí)，B磨煤機(jī)維持原有的FSSS邏輯。在“少油點(diǎn)火運(yùn)行模式”運(yùn)行時(shí)，B磨煤機(jī)FSSS啟動(dòng)條件中增加8套雙強(qiáng)少油油槍運(yùn)行正常的條件，略去大油槍點(diǎn)火能量支持。B磨煤機(jī)在“少油點(diǎn)火運(yùn)行模式”下，當(dāng)2只雙強(qiáng)少油油槍裝置工作故障時(shí)，聯(lián)鎖停該磨煤機(jī) (2/8無火檢，聯(lián)鎖跳閘磨煤機(jī))。鍋爐MFT時(shí)，雙強(qiáng)少油油槍全部跳閘，并禁啟。燃燒器壁溫高退出微油運(yùn)行(超過700℃時(shí)小油槍自動(dòng)退出運(yùn)行)。

4.2 升溫升壓控制的問題

因?yàn)橛眯∮蜆屩苯狱c(diǎn)燃燃燒器內(nèi)的煤粉，對(duì)應(yīng)磨煤機(jī)的最低出力 (受磨煤機(jī)最低出力的限制，在煤量小于30 t/h時(shí)磨煤機(jī)振動(dòng)較大)直接影響到鍋爐的升溫升壓速率，如果磨煤機(jī)的最低出力太大，冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)點(diǎn)火初期進(jìn)入爐膛的熱值過高，引起鍋爐升溫速度太快，最后導(dǎo)致鍋爐受熱面金屬熱應(yīng)力過大，縮短金屬壽命。鍋爐在使用微油點(diǎn)火時(shí)一定要先確認(rèn)小油槍已經(jīng)點(diǎn)燃，然后再投用一次風(fēng)加熱系統(tǒng)，這樣可以避免B磨煤機(jī)內(nèi)的剩余煤粉(如果有)在沒有點(diǎn)燃的情況下直接噴人爐膛。無論微油點(diǎn)火系統(tǒng)是否投用，都要加強(qiáng)監(jiān)視燃燒器的金屬壁溫，避免燃燒器過熱、結(jié)焦及燒損。

4.3 油配風(fēng)調(diào)整和控制

4個(gè)角8個(gè)小油槍的油配風(fēng)速和風(fēng)量由單獨(dú)的手動(dòng)擋板門根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，主要通過觀察實(shí)際著火情況及監(jiān)視燃燒器的2個(gè)壁溫溫升來確定調(diào)整開度。燃燒器的壁溫正常情況下不超過400℃，正常運(yùn)行時(shí)在150～300℃。從運(yùn)行調(diào)整來看，點(diǎn)火初期四角風(fēng)機(jī)出口母管上的風(fēng)速控制在12～15 m/s，1，4號(hào)角手動(dòng)擋板門開度在40%，2，3號(hào)角手動(dòng)擋板門開度50% ～60%%，基本可以確保正常運(yùn)行。在投運(yùn)時(shí)，若油槍點(diǎn)燃后又熄滅，可以將手動(dòng)擋板門關(guān)至30%左右，油槍已點(diǎn)燃且火檢穩(wěn)定后再開大手動(dòng)擋板門的開度至50%左右。

4.4 啟磨熱風(fēng)預(yù)加熱系統(tǒng)調(diào)整和控制

在鍋爐啟動(dòng)初期，熱一次風(fēng)溫度較低，一次風(fēng)粉溫度偏低也很難保證微油點(diǎn)火系統(tǒng)的良好著火和燃燒、燃盡。啟磨熱風(fēng)預(yù)熱系統(tǒng)的運(yùn)行需保證風(fēng)道燃燒器的穩(wěn)定運(yùn)行，一方面需要保證啟磨風(fēng)機(jī)出口的風(fēng)速合理，宜控制在25～30 m/s，空預(yù)器出口的熱一次風(fēng)壓不高于12 kPa;另一方面需要確保火檢的可靠運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)視風(fēng)道燃燒器的溫度變化，正常運(yùn)行時(shí)溫度可以加熱到300℃。油槍出力在300 kg/h時(shí)，磨煤機(jī)給煤量在35～40 t/h時(shí)，磨煤機(jī)出口的一次風(fēng)粉溫度可控制在60～90℃。當(dāng)空預(yù)器進(jìn)口的煙氣溫度達(dá)到150℃時(shí)，可以退出風(fēng)道燃燒器運(yùn)行，此時(shí)從冷態(tài)啟動(dòng)約1 h左右。

4.5 磨煤機(jī)通風(fēng)量的控制

磨煤機(jī)設(shè)計(jì)的最低通風(fēng)量為88.5 t/h，但實(shí)際運(yùn)行的最低風(fēng)量較實(shí)際值較高，一般在100 t/h左右。磨煤機(jī)通風(fēng)量主要影響煤粉濃度及著火情況，不宜將通風(fēng)量控制得過高，煤粉濃度降低和一次風(fēng)速提高都會(huì)使點(diǎn)火初期的煤粉著火燃燒狀況惡化。若通風(fēng)量控制得較低，低于90 t/h時(shí)，發(fā)現(xiàn)微油點(diǎn)火燃燒器的內(nèi)壁溫度溫升較快且不穩(wěn)定，運(yùn)行時(shí)最高達(dá)到420℃左右。

5 結(jié)論

微油點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)解決了火電站鍋爐在啟停過程中燃油消耗量大的問題，也確保了鍋爐在低負(fù)荷下的穩(wěn)燃效果。某廠1000 MW超超臨界火電機(jī)組采用微油點(diǎn)火系統(tǒng)后燃燒穩(wěn)定，能滿足機(jī)組升溫升壓的要求，在調(diào)試過程中取得了明顯的節(jié)油效果，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)大型電站鍋爐采用此種技術(shù)具有一定的借鑒意義。

〔1〕上海鍋爐廠.3 044 t/h超超臨界壓力直流鍋爐產(chǎn)品說明書〔S〕.

〔2〕雙強(qiáng)少油點(diǎn)火系統(tǒng)說明書〔S〕.