古交電廠2×600 MW機組微油量點火技術方案

劉振宇

(西山煤電集團發電分公司，山西 太原 030053)

古交電廠二期2×600 MW機組于2011年3月和5月相繼投產運行，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠設計制造的HG－2000/25．4－YM12型一次中間再熱、超臨界壓力變壓運行帶內置式循環泵啟動系統的本生直流鍋爐。目前，機組啟動一次，需用#0輕柴油80 t，費用達64萬元，而且對周圍環境造成了很大的影響，急需一種節能降耗的點火啟動方式來替代原有的方式。針對古交電廠二期鍋爐的特性和運行方式，提出把原有點火方式改造為微油量點火方式。

1 微油量點火技術工作原理

微油量氣化燃燒器的工作原理：先利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎，霧化成超細油滴進行燃燒，同時用燃燒產生的熱量對燃料進行初期加熱、擴容、后期加熱，在極短的時間內完成油滴的蒸發氣化，使油槍在正常燃燒過程中直接燃燒氣體燃料，從而大大提高燃燒效率及火焰溫度。氣化燃燒后的火焰剛性極強、其傳播速度極快超過聲速、火焰呈完全透明狀，火焰中心溫度高達1 500～2 000℃。

2 電廠設備及技術參數概況

古交電廠二期機組為600 MW超臨界燃煤汽輪發電機組的超臨界參數變壓運行直流爐。

2．1 鍋爐的主要設計參數

1)鍋爐型式：超臨界參數變壓直流爐、一次再熱、平衡通風、采用前后墻對沖燃燒方式、緊身封閉、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構Π型鍋爐。

2)鍋爐最大連續蒸發量：2 070 t/h。3)鍋爐保證效率(BRL)：93．3%。4)鍋爐(B－MCR)燃煤量：設計煤種：300 t/h，校核煤種 1：275 t/h，校核煤種 2：327 t/h。

5)空氣預熱器型式：容克式三分倉回轉式預熱器。

6)鍋爐運行方式：機組主要承擔基本負荷，并具有一定的調峰能力，其調峰范圍為35% ～100%額定出力。

7)機組應能滿足鍋爐負荷為30%B－MCR及以上時，機組投入全部自動裝置、鍋爐不投油、全部燃煤的條件下長期安全穩定運行的要求。

2．2 制粉系統

1)型式：制粉系統采用HP中速磨煤機冷一次風機正壓直吹制粉系統，每臺鍋爐配6臺磨煤機。

2)磨煤機型號：HP1003/Dyn中速磨煤機。

3)煤粉細度：R90=17% 。

2．3 燃料分析

2．3．1 煤質特性

煤質特性表見表1。

表1 煤質特性表

2．3．2 點火及助燃用油：#0輕柴油

點火及助燃用油表見表2。

表2 點火及助燃用油表

2．4 燃燒系統

該鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式，每臺鍋爐共配有30只軸向旋流燃燒器(LNASB)，前后墻各15只，分3層對稱布置在鍋爐的前后墻。

燃燒器上配有雙層強化著火的調風機構，從大風箱來的二次風分兩股進入到內層和外層調風器，少量的內層二次風作引燃煤粉用，而大量的外層二次風用來補充已燃燒煤粉燃盡所需的空氣，使之完全燃燒。二次風的旋流強度可以改變，其旋轉氣流能將爐膛內的高溫煙氣卷吸到煤粉著火區，使煤粉做到點燃和穩定燃燒。采用這種分級送風的方式，不僅有利于煤粉的著火和穩燃，同時也有利于控制火焰中NOx的生成。內、外層二次風的旋轉方向是一致的。整臺鍋爐的30只燃燒器中15只燃燒器的二次風順時針方向旋轉，另15只燃燒器逆時針方向旋轉。

鍋爐共配備了30只油燃燒器，布置在鍋爐前后墻，前后各3層，與鍋爐煤粉燃燒器相匹配，每只燃燒器均配備1套高能點火裝置，可對各燃燒器實現自動點火，每套高能點火裝置上裝有1支點火油槍，可用來點火、暖爐、升壓及引燃和穩燃所屬的煤粉燃燒器。本鍋爐油噴嘴采用空氣霧化方式。鍋爐30支油槍的總出力約占鍋爐出力的30%。

3 微油量點火技術系統改造方案

古交電廠二期工程2×600 MW超臨界燃煤發電機組中鍋爐的燃燒器為前后墻對沖布置，前墻、后墻各布置3層，每層5只LNASB型燃燒器，機組配有6臺HP1003/DYN中速磨煤機，各臺磨煤機分別為各層的5只燃燒器供煤粉。

根據機組的上述特點，確定的改造方案為：將鍋爐后墻底層5支燃燒器改造為微油點火煤粉燃燒器，氣化小油槍從后面進入微油點火煤粉燃燒器一次室。在鍋爐點火啟動階段，氣化小油槍可將通過燃燒器的煤粉直接點燃;在鍋爐高負荷運行階段，該燃燒器可作為正常主燃燒器使用，對鍋爐性能造成影響極小。這樣改造的優點為現場改造工作量較小，鍋爐及磨煤機在點火過程中的控制方式比較簡單，鍋爐啟動過程中利用鍋爐前墻底層5只燃燒器對應的磨煤機及微油點火系統即可完成鍋爐啟動、汽輪機沖車、發電機并網并帶電負荷，此時爐膛溫度已達到較高水平，僅投入較少的燃油即可啟動其它磨煤機繼續升負荷，使機組達到較好的節油效果。

3．1 燃燒器煤粉量計算

單只燃燒器煤粉出力：

微油量點火系統改造后，應保證微油量氣化燃燒煤粉燃燒器的熱功率與鍋爐啟動所需油槍的熱功率相等，即5只微油量氣化煤粉燃燒器功率與原10只油燃燒器的熱功率相等。

通過計算，需要每只微油點火燃燒器能點燃4～8 t煤粉，在微油量點火技術參數以內。

3．2 微油量氣化油槍壓縮空氣量計算

根據煤種適應性，選擇微油量氣化油槍(帶輔助油槍)出力為100 kg/h左右。點火煤粉燃燒器出力約為 4．82 t/h。

柴油的理論空氣量：V0=2．63·9．89(m3/kg)

單只微油量氣化油槍的耗油量為100 kg/h左右，燃油完全燃燒所需空氣量為989 Nm3/h，小于每只微油點火壓縮空氣和高壓風的技術參數和(約為1 200 m3/h)，因此，完全滿足要求。

3．3 微油量點火系統

3．3．1 微油量氣化油槍

由進油管、蒸發管、多級擴容器、噴嘴、進氣管及點火裝置(高壓自動點火)等組成，油壓：0．8～2．0 MPa;主油槍出力：20～40 kg/h，輔助油槍出力為60～200 kg/h。

3．3．2 燃油系統

利用原有的油系統，從下層燃油平臺的來油母管上接不銹鋼管作為微油點火系統的油源，接手動截止閥作為微油點火燃油系統與原燃油系統聯絡點。然后接并聯的燃油大濾網，再通過不銹鋼管延伸到下層燃油操作平臺，再通過不銹鋼管分別引向下層5個小燃油操作平臺，并依次接入燃油角手動高壓球閥、燃油角濾網、電動燃油快速關閉角閥及不銹鋼三通，最后在三通另兩個口分別接不銹鋼管，一路接高壓燃油軟管接頭，通過軟管與主油槍連接，另一路接高壓手動球閥，高壓燃油軟管接頭，再通過軟管與輔助油槍連接。這樣可以根據煤質情況來決定是否投入輔助油槍。

在大濾網后安裝就地壓力表和壓力變送器，用于監視微油點火系統燃油系統壓力變化，如果爐前燃油壓力與其壓力差過大，說明大濾網堵塞，需要清理。

同時在每個燃油角濾網后安裝就地壓力表，作為巡視檢查用，其壓力與微油點火燃油系統總壓力之差過大，說明燃油角濾網堵塞，需要清理。

3．3．3 壓縮空氣系統

利用原壓縮空氣系統，在每個下層燃燒器燃油操作平臺接1根的鋼管，然后分別接壓縮空氣手動球閥，電動壓縮空氣快速關閉角閥、三通，最后在三通另兩個口分別接鋼管，一路接壓縮空氣軟管接頭，通過軟管與主油槍連接，另一路接壓縮空氣手動球閥，壓縮空氣軟管接頭，再通過軟管與輔助油槍連接。這樣可以根據煤質情況來決定是否投入輔助油槍。

同時在每個角壓縮空氣管道上安裝就地壓力表，作為就地調節監視用。

要求在氣源最低點處安裝低點放水，以便于排出壓縮空氣管道中的水分。

3．3．4 高壓風系統

微油量氣化油槍在運行和備用期間，需要有一風壓為6 000 Pa左右、出力5 000 m3/h的助燃吹掃風，風源擬從一次風冷風聯絡母管上選取，通過鋼管引至下層5個燃油操作平臺各角，然后每個角通過鋼管立管引至角燃燒器附近，再接5個短管接頭，分別通過金屬軟管與主油槍、輔助油槍、氣化油槍火檢套筒以及各角火焰電視攝像頭相連。

3．3．5 煤粉燃燒系統

由煤粉濃縮器、一燃燒次室、二次燃燒室、周界冷卻風等組成。根據現場的實際情況，本次改造采用5套微油量點火技術燃燒器，安裝在前墻下層一次風噴口處，取代原有的煤粉燃燒器，作為點火燃燒器和主燃燒器使用。采用此方案需對原有系統進行如下改造：

1)將原有的直流煤粉燃燒器噴口拆除，安裝微油量點火技術燃燒器，新裝的煤粉燃燒器的標高和安裝角度與原一次風噴口相同。

2)微油量點火技術燃燒器周界風口與原周界風道一致。

3．5 控制系統

微油量點火系統的監測與控制系統，用于實現微油量點火過程的啟停控制與過程參數(壓力、溫度等)的數據采集與監測，實現爐膛和設備安全保護與聯鎖，確保系統安全運行。

3．5．1 系統構成

根據電廠實際情況，微油量點火技術監測控制系統進入DCS控制系統，由DCS控制系統實現對微油量點火系統進行監測、控制。

3．5．2 控制邏輯

1)點火啟動邏輯。

控制室啟動允許條件：

a)燃油母管壓力正常(大于0．6 MPa)。

b)壓縮空氣母管壓力正常(大于0．3 MPa)，壓縮空氣閥關閉。

c)微油角在遠控位。

d)鍋爐允許點火，MFT復歸。

e)一次風機任意一臺在運行，且磨煤機(對應前墻最下排5只燃燒器的)出口粉管氣動門、一次風隔絕門在開位，磨煤機通風量大于(72．1 t/h)。

f)磨煤機入口一次風加熱裝置啟動條件，單獨增加密封風機已啟動。

2)滅火保護。

a)MFT發生時，DCS控制關閉所有前墻最下層5只微油的燃油閥及一次風道加熱油槍的燃油閥，并禁止氣化小油槍啟動。

b)啟動點火15 s內仍然無火，控制系統自動關閉對應燃油閥，本次點火失敗。

c)冷態啟動過程中由火檢檢測到滅火(燃油閥在開位且氣化小油槍火檢持續2 s以上無火)時，DCS控制系統自動關閉對應燃油閥(包括一次風道加熱油槍)。

d)一次風道加熱油槍運行時，只要一次風道內失去一次風流量及密封風機的風流量，DCS控制系統自動關閉燃油閥。

3)跳閘邏輯。

當啟動點火和燃燒過程中由微油量氣化油槍上的火檢探頭檢測到滅火時，控制系統自動關閉燃油氣動球閥、跳相應給粉管的出口閥門。

當啟動點火和燃燒過程中由于運行參數不滿足且延時時間到，不能恢復，則控制系統自動關閉燃油氣動球閥并關閉磨煤機的出口閥門。

當運行人員發出指令關閉燃油氣動球閥且該層點火能量滿足時，不跳相應磨煤機出口閥門(也就是在正常模式下微油關閉不發出跳相應的磨煤機出口閥門;在微油模式時微油關閉跳相應的磨煤機的出口閥門)。

3．6 輔助系統

圖象火檢系統：由5個內窺式CCD攝象機火檢探頭組成，其視頻信號通過高溫電纜送至集控室六畫面分割器，經處理再送到工業電視，可同時監視5個微油量氣化燃燒點火裝置的火焰。

壁溫監測系統：在每套煤粉燃燒器上安裝1～2只熱電偶，用于實時監測燃燒器壁溫，防止其內結焦燒損。

磨煤機入口一次風加熱系統：

在一次風道加裝氣化小油槍來加熱一次風，使風溫達到磨煤機入口溫度150℃要求，便可啟動磨煤機進行制粉。風道燃燒器處配有就地控制箱、火焰檢測及遠方DCS控制與保護，就地壓力表、氣動控制球閥、手動球閥，過濾器等設備，以保證燃燒器安全運行。

4 安裝微油量點火系統的可行性

4．1 經濟效益分析

4．1．1 節油效益計算

按原方式鍋爐啟動一次耗油為80 t，啟動時間平均7 h。采用微油量點火技術，鍋爐啟動一次耗油為7 h ×0．15 t/h/只 ×5 只 =5．25 t。

節油率：(1 －5．25/80)=93．4%

4．1．2 綜合經濟效益計算

鍋爐每年啟動節約運行費用：

1)采用微油量點火技術啟動一次總費用：

a)燃油費用：

啟動一次總耗油5．25 t;

燃油價格(#0柴油)：0．8萬元/t;

燃油費用：5．25 ×0．8=4．2 萬元。

b)燃煤費用：

每次啟動平均節油量：80 －5．25=74．75 t;其熱負荷對應燃煤量(以設計煤種為計算依據)為：170 t左右;

燃煤價格平均為：380元/t;

燃煤費用為：6．46萬元。

c)制粉廠用電費用：

磨制粉平均單耗：22 kw·h/t;

對應燃煤量制粉消耗電能：22 kW·h×170=3 740 kW·h;

廠用電價格：0．25元/kW·h;

制粉耗電費用為：3 740 ×0．000 025=0．093 萬元;

微油量點火技術啟動一次總費用：

2)采用原方式(大油槍)方式啟動費用：

每次點火啟動平均總耗油量為80 t;

燃油單價：0．8萬元/t;

采用原方式(大油槍)啟動一次運行費用：

3)每啟機一次可節約運行費用：

64－10．75=53．25 萬元。

4)每年啟動節約運行費用計算每年用于啟動節約的運行費用：

電廠每年啟動鍋爐平均8次(每臺啟動4次);53．25×8=426萬元。

如果考慮低負荷穩燃節油，其每年效益將遠大于426萬元。

5 結論

1)古交電廠2×600 MW機組鍋爐采用微油量點火技術，技術上完全可行。

2)進行微油量點火系統改造后，可實現鍋爐啟停及低負荷穩燃過程節油，節油率可達93%，經濟效益顯著。

3)該系統簡單，穩定可靠，可長時間運行，操作方便，維護量小。

4)由于燃油實現氣化燃燒，大大降低了燃油量，不會對電除塵電極污染，因此，采用該技術后，機組啟、停及低負荷穩燃期間可投入電除塵，有益于環保。

［1］ 張國平，宋長平．鍋爐安全停爐穩定燃燒控制［J］．華東電力，2003(4)：42－45．

［2］ 郭永浩．四角燃燒無煙煤鍋爐低負荷穩燃技術［J］．中國電力，2000(11)：87－90．