微油點(diǎn)火技術(shù)在望亭發(fā)電廠的應(yīng)用

胡隆

(望亭發(fā)電廠，江蘇 蘇州 215155)

0 引言

煤的燃燒過(guò)程是包括一次風(fēng)粉混合物升溫、水分蒸發(fā)、熱解揮發(fā)、揮發(fā)分著火燃燒、揮發(fā)分和焦炭共同燃燒以及焦炭燃燒的過(guò)程。鍋爐燃煤的本質(zhì)要求是燃用劣質(zhì)煤，但低揮發(fā)分煤種或劣質(zhì)煤種的煤粉氣流的著火性能和煤粉火焰在低負(fù)荷時(shí)的穩(wěn)定性很差，在燃煤鍋爐啟動(dòng)初期，煤粉空氣混合物在冷的燃燒室中難以穩(wěn)定點(diǎn)燃。

電廠煤粉燃燒器原設(shè)計(jì)采用2級(jí)及以上的點(diǎn)火模式，即在點(diǎn)燃煤粉前先啟動(dòng)點(diǎn)火槍或發(fā)火器點(diǎn)燃油槍燃燒器，噴燒易于保持火焰穩(wěn)定的輕油(一級(jí)點(diǎn)火)，再用輕油點(diǎn)燃重油(二級(jí)點(diǎn)火)，等把爐膛燒熱后才投入煤粉(三級(jí)點(diǎn)火)。在進(jìn)行油煤混燒時(shí)，機(jī)組負(fù)荷到最低斷油負(fù)荷才能斷油全燒煤。在機(jī)組啟動(dòng)(尤其是機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng))過(guò)程中，加上汽輪機(jī)、電氣系統(tǒng)的多項(xiàng)試驗(yàn)，燃油耗量高達(dá)100～200 t。

國(guó)際原油價(jià)格不斷攀升，價(jià)格最高時(shí)每桶已突破140美元，盡管目前油價(jià)大幅度下跌，但仍維持在每桶70美元左右。燃煤電廠鍋爐啟動(dòng)耗油量占機(jī)組年耗油量的80%以上，控制鍋爐啟動(dòng)燃油消耗已成為各燃煤電廠面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，傳統(tǒng)的2級(jí)及以上點(diǎn)火模式已不能適應(yīng)日益高漲的石油價(jià)格形勢(shì)需要，各種節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)不斷涌現(xiàn)，為電廠節(jié)油、提高經(jīng)濟(jì)效益打下了基礎(chǔ)。

1 節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)

節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)是利用節(jié)油點(diǎn)火器(如等離子炬或油燃燒器)將送入燃燒器的全部或部分一次風(fēng)粉氣流加熱到著火溫度，揮發(fā)分首先著火燃燒，隨后焦炭燃燒。燃燒的火炬送入爐膛，就可以實(shí)現(xiàn)在鍋爐啟動(dòng)初期即投入煤粉點(diǎn)火，以煤代油啟動(dòng)鍋爐，以節(jié)省鍋爐啟動(dòng)耗油。

(1)小油槍節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)。該技術(shù)是在煤粉燃燒器噴口處插入小油槍(每個(gè)小油槍的出油量為300～500 kg/h)，從煤粉燃燒器中心點(diǎn)燃煤粉，但該點(diǎn)火技術(shù)仍需要大油槍助燃。

(2)等離子節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)。該技術(shù)的原理:空氣在電弧的作用下被電離為高溫等離子體進(jìn)入燃燒器，利用高溫等離子體作為煤粉燃燒器的點(diǎn)火源，首先點(diǎn)燃一級(jí)燃燒筒內(nèi)濃縮的煤粉氣流，進(jìn)而逐級(jí)點(diǎn)燃二級(jí)、三級(jí)風(fēng)粉混合物，以達(dá)到冷爐直接投粉的目的。

(3)雙強(qiáng)少油點(diǎn)火技術(shù)。該技術(shù)源自航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)也稱煤粉的內(nèi)燃技術(shù)，火焰溫度最高達(dá)1800℃，可將通過(guò)煤粉燃燒器的一次風(fēng)粉混合物瞬間加熱到煤粉的著火溫度使其著火燃燒。

(4)微油節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)。該技術(shù)是使用微油氣化油槍(根據(jù)燃用煤種不同、著火溫度不同，燃油量可在10～200 kg/h調(diào)整)與高強(qiáng)度燃燒室配合，利用機(jī)械霧化的高速射流將燃油擠壓、撕裂和破碎，產(chǎn)生超細(xì)油滴后，通過(guò)高能點(diǎn)火器引燃，同時(shí)，利用燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)燃油進(jìn)行加熱和擴(kuò)容，使燃油在極短的時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)并氣化。由于燃油是在氣化狀態(tài)下燃燒，大大提高了燃油火焰溫度，急劇縮短燃燒時(shí)間及氣化后的火焰?zhèn)鞑ニ俣龋鹧嬷行臏囟雀哌_(dá)1500～2000℃，燃燒后形成溫度很高的油火焰。高溫油火焰引入煤粉燃燒器一級(jí)燃燒區(qū)，當(dāng)濃相煤粉通過(guò)氣化燃燒高溫燃油火核時(shí)，煤粉溫度急劇升高、破裂粉碎，釋放出大量的揮發(fā)分并迅速著火燃燒。已著火燃燒的濃相煤粉在二級(jí)燃燒器內(nèi)與稀相煤粉混合并點(diǎn)燃稀相煤粉，實(shí)現(xiàn)了煤粉分級(jí)燃燒，燃燒能量逐級(jí)放大，最終實(shí)現(xiàn)微量燃油直接點(diǎn)燃大量煤粉的目的，以煤粉燃燒的熱量代替大油槍燃油產(chǎn)生的熱量，滿足鍋爐升溫、升壓要求，大大減少了原來(lái)使用大油槍所消耗的燃油量。

2 微油點(diǎn)火系統(tǒng)

望亭發(fā)電廠2008年利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，引入微油點(diǎn)火技術(shù)，先后對(duì)#14，#11鍋爐的磨煤機(jī)A燃燒器進(jìn)行了改造。

微油槍點(diǎn)火系統(tǒng)由微油供油系統(tǒng)、微油槍霧化空氣系統(tǒng)、微油槍助燃風(fēng)系統(tǒng)、磨煤機(jī)A暖風(fēng)器系統(tǒng)、微油槍點(diǎn)火及熱控控制系統(tǒng)等部分組成。

2.1 微油供油系統(tǒng)

微油從鍋爐燃油系統(tǒng)快關(guān)閥后引出，流經(jīng)微油手動(dòng)隔絕閥、微油快關(guān)閥、微油進(jìn)油閥、微油過(guò)濾器進(jìn)入串聯(lián)的2個(gè)微油儲(chǔ)油罐，再由其下方的出口引到微油環(huán)管至各角，分別經(jīng)手動(dòng)隔絕閥、進(jìn)油閥進(jìn)入2支一起投停的微油槍。

微油系統(tǒng)靠?jī)?chǔ)油罐上方引入的壓縮空氣(霧化空氣)降低燃油壓力并穩(wěn)定在霧化空氣壓力0.6 MPa左右，同時(shí)亦保證了微油槍出力穩(wěn)定，微油系統(tǒng)及其霧化空氣系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 微油系統(tǒng)及其霧化空氣系統(tǒng)

在分散控制系統(tǒng)(DCS)上，微油快關(guān)閥、進(jìn)油閥操作是同一個(gè)操作指令且是長(zhǎng)信號(hào)，即在DCS發(fā)出了開(kāi)啟指令后，如果現(xiàn)場(chǎng)控制柜判斷當(dāng)時(shí)尚不具備開(kāi)啟條件，則開(kāi)啟指令保留，待開(kāi)啟條件滿足后再行開(kāi)啟，避免了微油系統(tǒng)斷油的可能性。

在微油槍在投運(yùn)過(guò)程中，若發(fā)生2s火檢功能喪失，高能發(fā)火器可自動(dòng)連續(xù)發(fā)火15 s以重新點(diǎn)燃微油槍。若在15s內(nèi)火檢恢復(fù)，則發(fā)火器及時(shí)退出;若在15s后微油槍仍未著火，則關(guān)閉微油槍的進(jìn)油閥，吹掃30 s后關(guān)閉霧化氣門(mén)，微油槍退出運(yùn)行。

2.2 微油槍霧化空氣系統(tǒng)

該微油點(diǎn)火技術(shù)的微油槍霧化空氣系統(tǒng)有2個(gè)作用:一個(gè)是正常供微油槍霧化;另一個(gè)是通過(guò)將霧化空氣引入微油儲(chǔ)油罐來(lái)穩(wěn)定微油系統(tǒng)壓力，以達(dá)到保證微油槍出力穩(wěn)定之目的。

2.3 微油槍助燃風(fēng)系統(tǒng)

從鍋爐兩側(cè)冷一次風(fēng)母管接出，作為微油槍點(diǎn)燃后期補(bǔ)充風(fēng)，而停用時(shí)主要作用是對(duì)微油槍進(jìn)行吹掃冷卻，以防止微油槍過(guò)熱燒壞。在微油槍投運(yùn)時(shí)，其壓力控制在1.0 kPa，而停用時(shí)壓力則可降至0.6 kPa。

2.4 磨煤機(jī)A暖風(fēng)器系統(tǒng)

由于磨煤機(jī)出口風(fēng)溫需達(dá)到65℃后才能啟動(dòng)給煤機(jī)，故在磨煤機(jī)A加裝有暖風(fēng)器系統(tǒng)，利用全廠四抽母管的蒸汽來(lái)加熱機(jī)組啟動(dòng)初期還是冷的熱一次風(fēng)。

暖風(fēng)器投運(yùn)時(shí)，必須注意先風(fēng)后氣的次序，嚴(yán)禁發(fā)生暖風(fēng)器尚未進(jìn)風(fēng)就涌入大量高溫蒸汽的情況。

2.5 熱控控制系統(tǒng)

微油點(diǎn)火熱控控制系統(tǒng)由點(diǎn)火控制、火焰檢測(cè)、自動(dòng)保護(hù)等組成，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)方控制。

圖像火焰監(jiān)測(cè)，由油、煤火焰雙重檢測(cè)，對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)和送粉系統(tǒng)進(jìn)行控制。檢測(cè)火檢攝像頭用冷卻風(fēng)引自鍋爐的冷卻風(fēng)母管。

設(shè)置了微油槍的點(diǎn)火保護(hù)模式以及正常保護(hù)模式。在機(jī)組并網(wǎng)前，作為需要使用微油點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火的磨煤機(jī)A自動(dòng)進(jìn)入冷態(tài)保護(hù)模式:給煤機(jī)A啟動(dòng)2 min后，當(dāng)磨煤機(jī)A的火檢與微油槍的火檢發(fā)生同一角喪失5 s，或發(fā)生磨煤機(jī)A有2個(gè)角的火檢喪失2 s，或發(fā)生微油槍有2個(gè)角的火檢喪失5 s時(shí)，磨煤機(jī)A跳閘，同時(shí)聯(lián)跳給煤機(jī)A;在機(jī)組并網(wǎng)后，磨煤機(jī)A的火焰支持保護(hù)邏輯將自動(dòng)恢復(fù)原來(lái)的火焰支持保護(hù)邏輯。

2.6 磨煤機(jī)A燃燒器改進(jìn)

磨煤機(jī)A的4臺(tái)燃燒器改造成可安裝氣化微油槍的濃縮型內(nèi)風(fēng)膜(由周界風(fēng)引入)式煤粉燃燒器，在每一內(nèi)風(fēng)膜式煤粉燃燒器上安裝2支氣化微油槍?zhuān)浞绞綖?微油槍在燃燒器中部直接點(diǎn)燃濃煤粉，內(nèi)濃外淡、分級(jí)燃燒。微油槍固定在每臺(tái)燃燒器的中部，無(wú)需推進(jìn)、退出，同時(shí)在燃燒器設(shè)有壁溫監(jiān)測(cè)、微油火檢，磨煤機(jī)A燃燒器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

改造后的煤粉燃燒器采用內(nèi)風(fēng)膜技術(shù)，燃燒器內(nèi)形成了風(fēng)在外、粉在內(nèi)的“風(fēng)包粉”燃燒方式，在燃燒器內(nèi)壁壁面形成一層風(fēng)膜，防止未燃盡煤粉粒子貼壁及壁面附近的還原性氣氛的出現(xiàn)而導(dǎo)致結(jié)渣和高溫腐蝕。

改造后的煤粉燃燒器出口一次風(fēng)氣流與原設(shè)計(jì)相同(與其他燃燒器相匹配)，并未改變爐內(nèi)原設(shè)計(jì)動(dòng)力工況，既保證了鍋爐滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行的要求，又滿足鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)曲線的要求。

圖2 磨煤機(jī)A燃燒器結(jié)構(gòu)圖

改造后的煤粉燃燒器裝設(shè)有燃燒器壁溫檢測(cè)點(diǎn)，便于對(duì)燃燒器工況監(jiān)視，通過(guò)對(duì)周界風(fēng)的調(diào)整，既有利于點(diǎn)火又可防止燃燒器過(guò)熱燒壞。

3 微油點(diǎn)火技術(shù)存在的問(wèn)題及處理措施

3.1 使用中仍需要大油槍支持

由于#11，#14鍋爐微油槍的助燃風(fēng)由冷一次風(fēng)引出，必須在一次風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后方能投入微油槍。在鍋爐啟動(dòng)吹掃結(jié)束后，需投入大油槍?zhuān)拍鼙苊恻c(diǎn)火延遲鍋爐主燃料跳閘(MFT)情況發(fā)生。

部分單位(含望亭發(fā)電廠)660 MW機(jī)組使用獨(dú)立的油配風(fēng)機(jī)，可避免鍋爐吹掃后投入大油槍。

2種方法各有利弊，就老廠設(shè)備進(jìn)行微油技術(shù)改造而言，微油槍助燃風(fēng)采用冷一次風(fēng)母管引出的方法較便捷、可靠。

3.2 磨煤機(jī)A燃燒器噴口結(jié)焦

在2008年微油技術(shù)改造后，#11，#14鍋爐初次使用微油點(diǎn)火技術(shù)進(jìn)行機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，磨煤機(jī)A燃燒器均出現(xiàn)了噴口結(jié)焦的異常情況。

經(jīng)檢查分析，#11鍋爐磨煤機(jī)A#1角噴口結(jié)焦的原因是:調(diào)試人員對(duì)管道漏氣消缺后，微油槍的霧化空氣隔絕門(mén)沒(méi)有及時(shí)打開(kāi)造成的。而#14鍋爐磨煤機(jī)A噴口結(jié)焦的原因是微油槍出力大再加上磨煤機(jī)A的煤量沒(méi)有控制，導(dǎo)致燃燒器熱負(fù)荷過(guò)高所致，經(jīng)調(diào)整噴嘴后正常。

望亭發(fā)電廠規(guī)定:在使用微油槍情況下，給煤機(jī)A煤量不低于28 t/h(為投運(yùn)給煤機(jī)B需要，允許短時(shí)間超過(guò))。經(jīng)2年多的運(yùn)行，#11，#14鍋爐磨煤機(jī)A再?zèng)]有出現(xiàn)噴口結(jié)焦的異常情況。

3.3 微油槍在機(jī)組燃燒不穩(wěn)定需助燃時(shí)及停運(yùn)過(guò)程中不能使用

按照微油點(diǎn)火技術(shù)的要求，微油槍可在機(jī)組任一運(yùn)行狀況下投用。在磨煤機(jī)A煤量高、燃燒強(qiáng)度大的情況下不能投入微油槍?zhuān)駝t，易導(dǎo)致噴口結(jié)焦異常，致使#11，#14鍋爐微油槍不能起到助燃作用，在機(jī)組低負(fù)荷、燃燒不穩(wěn)及機(jī)組停運(yùn)過(guò)程中，起不到節(jié)油作用，也不能在停爐過(guò)程中使用，在這種工況下，節(jié)油效果不甚理想。

3.4 磨煤機(jī)A的出口風(fēng)壓明顯高于同工況的其他運(yùn)行磨煤機(jī)

由于磨煤機(jī)A燃燒器進(jìn)行了微油點(diǎn)火技術(shù)改造，在燃燒器內(nèi)安裝了微油槍、分級(jí)燃燒室等組件增加了系統(tǒng)阻力，導(dǎo)致了磨煤機(jī)A出口風(fēng)壓上升，易出現(xiàn)磨煤機(jī)A系統(tǒng)堵塞等異常工況。

要求運(yùn)行值班員在運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)磨煤機(jī)A出口風(fēng)壓的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)有異常升高現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)分析和處理，防止磨煤機(jī)、煤粉管堵塞。

4 使用微油點(diǎn)火技術(shù)后的節(jié)油效果

從運(yùn)行的結(jié)果看，望亭發(fā)電廠微油點(diǎn)火技術(shù)的節(jié)油效果十分明顯，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，汽輪機(jī)、電氣的試驗(yàn)越多，節(jié)油效果越明顯。

2008年4月，#14機(jī)組大修后，第1次使用微油點(diǎn)火技術(shù)，啟動(dòng)40 h耗油110 t(含檢查發(fā)現(xiàn)磨煤機(jī)A燃燒器噴嘴結(jié)焦后處理時(shí)點(diǎn)燃大油槍用油)。2006年2月，#14機(jī)組小修后，啟動(dòng)27 h耗油量就高達(dá)186 t。

2008年6月，#11機(jī)組小修后第1次使用微油點(diǎn)火技術(shù)啟動(dòng)42 h，僅耗油58 t，#11機(jī)組的冷態(tài)啟動(dòng)一般要耗油100 t。

按#11，#14鍋爐微油槍出力640 kg/h(8支)及點(diǎn)火啟動(dòng)48 h計(jì)算，理論計(jì)算僅耗油31 t，但由于在初次微油點(diǎn)火應(yīng)用過(guò)程中均出現(xiàn)了磨煤機(jī)A燃燒器噴口結(jié)焦異常的狀況，為保證啟動(dòng)進(jìn)度，大油槍使用了很長(zhǎng)時(shí)間，造成了燃油量的增加。

隨著經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，機(jī)組啟動(dòng)耗油呈現(xiàn)不斷降低的勢(shì)頭。2010年，#11，#14機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)耗油(含各類(lèi)啟動(dòng)試驗(yàn))每月已能控制在30 t以下。如2010年2月，#14鍋爐小修后，啟動(dòng)僅耗油27.5 t，2010年6月，#11鍋爐大修后僅耗油26.5 t，節(jié)油效果十分明顯。

5 結(jié)論

微油點(diǎn)火技術(shù)在望亭發(fā)電廠#11，#14鍋爐成功應(yīng)用2年有余，實(shí)踐證明，節(jié)油效果十分明顯，目前，鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)耗油每月可控制在30 t以下。

該技術(shù)目前還存在著磨煤機(jī)A燃燒器易結(jié)焦、磨煤機(jī)A出口風(fēng)壓偏高、點(diǎn)火初期必須投入大油槍以及機(jī)組低負(fù)荷時(shí)不能使用等缺陷。

針對(duì)上述缺陷，大部分已制訂出解決辦法或相應(yīng)措施，但微油槍不能起到助燃作用的問(wèn)題仍沒(méi)有找到好的解決方法，有待進(jìn)一步試驗(yàn)和研究。

［1］趙亞明，趙子琴.微油點(diǎn)火技術(shù)在火電廠的應(yīng)用研究［J］.蘭州工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào)，2007(3):31－33.

［2］蔣周進(jìn)，陳華安.1025 t/h鍋爐氣化小油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)的應(yīng)用與試驗(yàn)［J］.電力設(shè)備，2006(5):24－26.