600MW機組“W”型火焰鍋爐小油槍節(jié)能改造技術應用

600MW機組“W”型火焰鍋爐小油槍節(jié)能改造技術應用

華能云南分公司 梁正川 任禮剛

本文介紹了小油槍的技術原理，以及在600MW機組“W”型火焰鍋爐上的應用情況。主要包括小油槍的霧化原理和技術特點，并對安裝、運行、維護注意要點進行了說明，電廠技術人員通過不斷試驗，摸索出了一套較好的小油槍應用方法，取得了良好的經(jīng)濟效益。

“W”型火焰；鍋爐；油槍；點火；煙煤；無煙煤；燃油量

0 前言

W型火焰鍋爐一般都是為燃用低揮發(fā)性無煙煤而設計，其燃用的無煙煤為極難著火的煤種，目前國內外對此煤種的點火均沒有很好的辦法。現(xiàn)在國內主流的等離子點火、微油點火等節(jié)油技術在“W”型鍋爐上應用基本都不成功，即使勉強成功的，付出的代價也不菲，可以說是為了節(jié)油而節(jié)油，經(jīng)濟性較差。

某火力發(fā)電廠在其600MW機組“W”型火焰鍋爐上采用小油槍替代原有固定出力機械霧化油槍來點火及助燃，從冷爐點火到并網(wǎng)斷油，耗油量從原來的130噸，降到45噸左右，實現(xiàn)了節(jié)油65%的重大突破，這為燃用無煙煤“W”型火焰鍋爐機組甚至其他燃煤鍋爐點火節(jié)油開辟了一條新的出路。

1 小油槍氣體爆炸霧化的原理

小油槍為氣泡油槍，是在消化美國科學家提出的氣泡霧化理論基礎上，替代現(xiàn)有機械霧化和氣動霧化油槍的新型技術。常規(guī)油槍的霧化是通過油的高速運動來克服液體的粘性而撕裂成微小油顆粒實現(xiàn)霧化的，而小氣泡霧化油槍其霧化原理則完全不同，它利用的氣泡霧化技術是用氣泡作為霧化的動力，氣泡由壓縮空氣、蒸汽及其他氣體在油槍的氣泡發(fā)生器中產(chǎn)生，并形成帶壓“油包氣”的氣泡流，氣泡在克服了包裹在氣泡四周的燃油油膜的表面張力后爆炸破裂，從而將油膜撕碎形成非常細小的液霧。它是通過克服油表面張力來達到霧化目的，因此，小氣泡霧化噴嘴產(chǎn)生霧化所需的能量遠小于常規(guī)噴嘴。

2 小油槍的技術特點

小油槍的霧化顆粒索太爾系數(shù)SMD≤25μm，尺寸分布系數(shù)N＞2，顆粒均勻，高于油槍霧化顆粒SMD≤120μm的平均水平近5倍。小油槍的油霧為錐體形實體的團霧，不同于其他油槍的錐面形空心霧，且油霧基本接近為氣態(tài)，因此，點火較其他油槍容易很多，且燃燒時，不需要過高的過量空氣系數(shù)，只需要1.05即可完全燃燒。極細的霧化顆粒保證了小油槍的燃燒效率可達99.5%以上，基本是完全燃燒。在鍋爐冷態(tài)狀態(tài)下點火，其燃燒效率也能保證≥99.5%，爐膛火焰明亮通透，火焰顏色為麥金色，煙囪出口無煙、無味，煙塵排放黑度小于林格曼1級，優(yōu)于國家環(huán)保要求。

圖1 小油槍結構示意圖

小油槍的運行油壓在0.3～1.0Mpa之間，可提高燃油系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性。小油槍霧化原理是氣泡霧化，不似機械霧化油槍，故油壓不是霧化效果保證，僅是輸送油和調整油量的需要，所需油壓比其他類型油槍低。小油槍的霧化氣源可以是空氣，也可以是微過熱蒸汽，氣源壓力只需控制在0.4～0.8Mpa。

圖2 小油槍在“W”型鍋爐冷態(tài)點火燃燒圖

小油槍最佳調節(jié)比范圍是1：4，負荷調節(jié)范圍大，且在調節(jié)范圍內霧化質量不受影響,高于其他類型油槍1:2的調節(jié)比,這個特點非常適合機組啟動過程中使用。且油槍出力、火焰長度、剛度還可根據(jù)進行特殊設計,出力最小可以到15Kg/h,最大可以到4000Kg/h。小油槍對油粘度的適應范圍廣泛，僅要求油粘度小于150mm2/s，可適用于輕油、重油、渣油的燃燒，且霧化效果不受油種的變化而變化，一只油槍燃用多種燃油。

圖3 油槍系統(tǒng)示意圖

3 小油槍的典型技術參數(shù)

4 小油槍安裝、維護注意要點

4.1 新裝油系統(tǒng)、吹掃系統(tǒng)及霧化氣系統(tǒng)，必須采用氬弧焊進行焊接，焊接前要將管道內的雜質全部清理干凈，同時將軟管接頭與油槍脫開，使用壓縮空氣，采取多次吹掃的方式，逐根對油槍的軟管至少吹掃5分鐘以上，確保系統(tǒng)內的雜質被全部吹掃干凈。

4.2 霧化氣系統(tǒng)安裝時，要確保母管的流量富裕，原則上4只以下的油槍配DN50的母管，12只以下的油槍配DN60的母管。母管安裝時，應留有0.5%的坡度，并在最低點安裝DN20以上的疏水管道及閥門，以便母管疏水。

4.3 小油槍安裝定位，將油槍推到位后，槍頭伸出穩(wěn)燃器口30mm固定，高能點火槍到位后，點火槍頭超出油槍頭100mm并固定。小油槍安裝就位并固定好后，在就地使用推進裝置進行反復的推進、退出試驗，試驗5次以上無卡澀現(xiàn)象為合格。軟管連接好后，應采用吹掃氣源對油槍的各個接頭進行認真查漏，確認無泄漏后方可移交運行。

4.4 小油槍拆卸清理及維護時，應先敲擊噴頭絲扣位置，使絲扣松動便于拆卸，嚴禁使用加力杠強行拆卸噴頭，安裝噴頭時，同樣嚴禁使用加力杠。由于小油槍內僅有一個油氣分配器零件，安裝、清洗非常簡單，但仍需要注意油氣分配器上密封紫銅墊的安裝，有條件時，最好將油槍立起來安裝噴頭，這樣可完全避免油氣分配器在噴頭內發(fā)生翻轉。

5 小油槍點火步驟及注意要點

5.1 疏水

投運小油槍前，應先疏干凈霧化氣管道內的積水，如果是蒸汽氣源，還應該多開疏水門，使母管的溫度超過200℃以上時方可投運油槍。

5.2 檢查油槍堵塞情況及查漏

投運油槍前，應檢查油閥、氣（汽）閥有無內漏現(xiàn)象及外漏痕跡，如發(fā)現(xiàn)漏泄應及時通知維修人員處理；如沒有漏泄現(xiàn)象，應按常規(guī)對油槍先進行吹掃，然后才可以投運油槍。

5.3 假點火

接到點火通知后，有條件的，應盡早關閉所有油槍進油手動門，在滿足點火條件的情況下，對每只油槍進行“假點火”試驗，試驗時，應該派人到爐膛看火孔去觀察打火槍在爐內是否有電火花。通過這樣的“假點火”試驗，可以檢查油槍各個部位工作是否正常，提前發(fā)現(xiàn)缺陷。

5.4 風門調整

小油槍宜采用小風量點火，投運小油槍前，應調整好二次風門至20%以下，風速以不高于10m/s為好，確保油槍火焰不被吹滅，火焰不脫火。油槍點著后，再根據(jù)油槍火焰的亮度及燃燒狀況，適當增減風門，確保燃燒完全，煙囪不冒黑煙。

5.5 霧化氣壓的調整

小油槍點火時，霧化氣（汽）壓應維持在0.5Mpa以上為宜，且不用再調整；霧化氣量原則上不用調整，但當出現(xiàn)氣源氣壓過高達到0.8Mpa時，可以采用關小霧化氣手動門方式進行微調。調整時，手動打開霧化氣電磁閥，觀看油壓表，關小手動閥直至壓力低于0.15Mpa。此方法也適用于油槍點火困難及脫火時的調整。

5.6 油壓的調整

小油槍點火時，油壓宜控制在0.5Mpa為好，這樣點火將會非常的容易和順利。點火前，調整好爐前油母管的壓力在0.8Mpa左右為佳。小油槍運行油壓的調整，應嚴格控制在0.3～1.0Mpa的范圍內，增加油壓前，先增加風量；反之，降低油壓后，才能減風量。

5.7 小油槍出力的調整

由于小油槍的調節(jié)性能優(yōu)越，鍋爐點火宜采用盡量多投油槍根數(shù)的運行方式，有利于爐膛熱負荷均勻性。爐膛熱負荷采用整體調整油槍的供油壓力來實現(xiàn)，根據(jù)需要整體調大出力或整體調小出力運行。這樣，不僅方便了運行人員的調整，也大大的提高了調整的精度和均勻性，可以實現(xiàn)30～60%的節(jié)油。

5.8 投煤粉時機

由于小油槍霧化顆粒為25μm，而煤粉顆粒為90μm，油粉混燒時，不可能形成“油包粉”而產(chǎn)生油焦的燃燒問題。再加上小油槍的極高的燃燒效率，其火焰中心溫度比常規(guī)油槍要高，有利于煤粉著火燃燒。因此，采用小油槍點火，盡早制粉、投粉，實現(xiàn)多燒煤粉、少燒油，降低點火油耗。

6 某電廠小油槍點火應用實例

某火力發(fā)電廠4×600MW機組鍋爐采用的是北京巴威公司生產(chǎn)的亞臨界、單爐膛、“W”火焰燃燒方式、中間一次再熱、自然循環(huán)、平衡通風、固態(tài)排渣、露天布置的全鋼架結構懸吊式燃煤汽包爐。制粉系統(tǒng)是正壓直吹冷一次風機制粉系統(tǒng)，配6臺雙進雙出筒式鋼球磨煤機；鍋爐燃燒系統(tǒng)由濃縮型EI-XCL燃燒器、乏氣管、分級風管、二次風箱和分級風風箱、高能點火器、簡單機械霧化點火油槍、貼壁風風箱、火焰檢測器等組成。該爐型特點是鍋爐較寬，油槍、火嘴間距離較遠，點火初期油槍、火嘴之間火焰無法互相支持。簡單機械霧化油槍每支油槍額定出力1.7噸/小時，燃用輕柴油，霧化效果差，燃盡度最低只能達到82.4%。

圖4 小油槍P-Q性能曲線圖

2014年7月該電廠利用停爐檢修機會，將2號爐A、B、E、F磨煤機對應16支油槍改造氣泡霧化小油槍。8月5日根據(jù)調度安排機組準備恢復運行，啟動前在E磨煤機兩原煤倉各上煙煤60余噸，點火初期投入14支新改造小油槍，鍋爐點火3小時后空預器出口二次風溫達到150℃后啟動E磨煤機，E磨煤機出力20噸/小時，到汽輪機暖機結束共消耗燃油70噸；發(fā)電機并網(wǎng)到機組負荷200MW時消耗燃油11.5噸；此次2號機組從鍋爐點火到油槍全部撤出共消耗燃油92.7噸。

在2號爐小油槍配合煙煤啟動成功后，該電廠隨后在2015年將2號爐剩下的C、D磨煤機對應八支油槍改為小油槍。電廠生產(chǎn)技術人員通過不斷試驗，燃用更高揮發(fā)份的煙煤，機組冷態(tài)啟動用油不斷得到降低。在2016年6月21日3號機組冷態(tài)啟動時，將點火用的煙煤揮發(fā)份提高至40%，機組冷態(tài)啟動用油進一步降低到44.85噸。

小油槍改造后，鍋爐燃燒不同煤種啟動試驗及耗油量計算如下：

6.1 揮發(fā)份25%的煙煤啟動油槍控制及啟動各階段耗油情況

6.1.1 鍋爐點火至2.5小時（二次風溫150℃，汽包壓力0.5MPa），此階段按照投入12支油槍計算，每支油槍進口壓力調至0.5MPa，油槍出力0.75噸，該階段耗油22.5噸。

6.1.2 磨煤機啟動至汽輪機沖轉定速階段需要2小時，啟動磨煤機對應油槍進口油壓調至0.6MPa，每支油槍對應出力0.8噸/小時，4支油槍在此階段需要消耗燃油6.4噸；其它改造8支小油槍進口油壓調至0.3MPa，每支油槍對應出力0.3噸/小時，8支油槍在此階段需要消耗燃油4.8噸，所以此階段共消耗燃油11.2噸。

表1 點火時燃燒不同煤種成本節(jié)約情況

6.1.3 汽輪機暖機階段按照4小時控制，油槍每小時出力與上階段一致，該階段需要消耗燃油22.4噸。

6.1.4 發(fā)電機并網(wǎng)階段，發(fā)電機并網(wǎng)后1小時，保持16支油槍，每支油槍油壓調至0.6MPa，出力控制在0.8噸/小時，該階段需要消耗燃油12.8噸。

6.1.5 并網(wǎng)后1小時至油槍全部撤出階段，該階段0.5小時，保持8支油槍，油槍出力整體調整至0.4MPa，油槍出力0.4噸/小時，該階段需要消耗燃油3.2噸。

6.1.6 揮發(fā)份25%的煙煤點火上述幾個階段消耗燃油：22.5+11.2+22.4+12.8+3.2=72.1噸。

6.2 無煙煤啟動油槍控制及啟動各階段耗油量情況

6.2.1 由于磨煤機上無煙煤，點火后由于煤粉燃盡度的影響，造成鍋爐屏過壁溫大面積超溫，所以點火后到并網(wǎng)前階段無法啟動磨煤機，所以該階段每小時耗油量與上煙煤點火后至磨煤機啟動前階段耗油量一致，每小時12噸，考慮小油槍改造后出力減小，點火到并網(wǎng)階段時間會更長，按照8小時計算，該階段需要消耗燃油96噸。

6.2.2 并網(wǎng)后與25%煙煤啟動時一致，按照1.5小時計算，共消耗燃油16噸。

6.2.3 合計無煙煤啟動共消耗燃油：96+16=112噸。

6.3 揮發(fā)份40%的煙煤啟動油槍控制及啟動各階段耗油情況

6.3.1 鍋爐點火至1.5小時（點火正常后立即啟動密封風機、一次風機進行暖磨至磨煤機出口溫度達到70℃），此階段按照投入10支油槍，每支油槍進口壓力調至0.5MPa，油槍出力0.75噸/小時，該階段耗油11.25噸。

6.3.2 磨煤機啟動至汽輪機開始沖轉階段需要3.5小時，啟動磨煤機對應4支油槍進口油壓調至0.4MPa，每支油槍對應出力0.7噸/小時，所以此階段共消耗燃油9.8噸。

6.3.3 汽輪機沖轉至汽輪機暖機結束升速至3000rpm階段按照4小時控制，油槍每小時出力與上階段一致，該階段需要消耗燃油11.2噸。

6.3.4 發(fā)電機并網(wǎng)階段：發(fā)電機并網(wǎng)后1小時，每支油槍油壓調至0.5MPa，出力控制在0.7噸/小時，投入油槍數(shù)量14支，該階段需要消耗燃油9.8噸。

6.3.5 并網(wǎng)后1小時至油槍全部撤出階段：該階段0.5小時，油槍出力整體調整至0.4MPa，油槍出力0.4噸/小時，該階段需要消耗燃油2.8噸。

6.3.6 揮發(fā)份40%的煙煤點火上述幾個階段消耗燃油：11.25+9.8+11.2+9.8+2.8=44.85噸。

7 結論

通過上述計算可知，“W”型火焰鍋爐改用小油槍后，對比改造前機組冷態(tài)啟動燃油130噸左右，燃用揮發(fā)份25%的煙煤可節(jié)省燃油55噸左右，燃用揮發(fā)份40%的煙煤可節(jié)省燃油85噸左右，采用無煙煤啟動可節(jié)約燃油18噸左右。

在機組正常運行穩(wěn)燃方面，油槍改造前每年鍋爐穩(wěn)燃用油和設備檢修用油在200噸左右，改用小油槍后每支油槍出力調整為0.6噸/小時，每支油槍節(jié)約燃油1.1噸/小時，節(jié)油率約為65%，全年穩(wěn)燃用油可節(jié)約129噸，節(jié)約成本129＊6654=85.84萬元。所以電廠四臺機組在進行小油槍改造后，通過機組啟動節(jié)油和穩(wěn)燃節(jié)油每年可節(jié)約資金591.44萬元左右。

電廠通過不斷的總結和技術創(chuàng)新工作，扎實開展各項鍋爐節(jié)能管理措施，提高了節(jié)油管理的實效性和針對性，提升了節(jié)油管理的工作水平，做到以技術改造為依托，研究節(jié)油新技術，最大限度減少機組燃油。本文介紹了一些機組節(jié)油管理創(chuàng)新的新技術，以期與各方共同探討。

「1」運行規(guī)程，華能滇東電廠，2014

「2」B&WB-2028/17.4-M型鍋爐說明書、熱力計算書及圖紙，北京巴布科克·威爾科克斯有限公司