中儲式制粉系統燃用神華煙煤微油點火燃燒器改造試驗研究

張衛星

摘要：通過對燃用高揮發分煙煤的微油點火燃燒器進行研究和分析，發現點火過程中存在噴口超溫和設備燒損等問題的主要原因是燃燒器內著火點過于提前、設計風速偏低和金屬壁面的冷卻風量不足，研究工作和現場試驗表明通過縮短油槍點火距離，適當提高噴筒內一次風速和增加冷卻風風量、改進噴口結構、防止煤粉回流等措施，可以有效解決微油點火燃燒器存在超溫、燒損等相關問題，為類似工程問題的解決提供了有益借鑒。

關鍵詞：微油點火；高揮發分；煙煤；燃燒器；超溫；燒損

1 引言

煤粉電站鍋爐是我國電力供應的主要來源，鍋爐點火和穩燃階段需要投用大量燃油助燃，在保證機組正常投運的情況下節省燃油是火電機組需要研究的重要課題。微油點火技術因其具有節油效果好，煤種適應性廣，設備適應性強等優點，而被廣泛應用在不同類型煤粉電站鍋爐上。

微油點火燃燒器的設計主要依據設計煤種的煤質特性參數、燃燒特性和鍋爐燃燒設備特點進行設計，微油點火燃燒器的投運效果與對微油點火燃燒器內的空氣動力場特性、煤粉流動特性、油槍流量、油槍布置方式和燃油霧化方式及效果等都具有很大關系。另一方面，我國地域遼闊，燃煤礦藏種類繁多，鍋爐入爐煤種變化也比較頻繁，實際點火用煤與原設計煤種煤質差異較大也會對微油點火燃燒器的點火效果產生很大影響。故微油點火燃燒器在實際應用中仍然存在不少問題，其中點火過程中出現的燃燒器結焦和噴口燒損問題不僅造成的設備損壞，危害鍋爐安全，還會造成對應燃燒器無法正常投運，影響鍋爐帶負荷能力，是鍋爐點火過程中需要亟需解決的問題。

本文以某燃用高揮發煙煤的330MW中間倉儲式制粉系統切圓燃燒鍋爐為對象，針對其點火過程中頻繁出現的微油點火燃燒器金屬壁溫超限，造成的微油點火燃燒器被迫退出和噴口燒損等問題開展研究，分析了成因并提出解決方案。

2 設備概況

本文研究對象鍋爐由東方鍋爐廠設計制造型號為DG1025/18.3-Ⅱ5亞臨界壓力、一次中間再熱、自然循環、單爐膛、四角切圓燃燒燃煤汽包爐，投產日期1996年12月。鍋爐采用單爐膛、尾部雙豎井煙道，Π型布置。爐膛寬度12801.6mm，深度12219.4mm，高度55000mm。爐膛截面為深寬比為1：1.05的近似正方形。鍋爐原設計燃用貧煤和無煙煤的混煤，由于近年來國內動力用煤市場發生很大變化，鍋爐采用爐煙干燥乏氣熱風復合送粉系統進行改造，鍋爐適燒煤種由原貧煤、無煙煤及其混煤轉變為神華煙煤。

鍋爐采用的微油點火燃燒器是針對原低揮發分設計煤質進行設計的相關結構和尺寸參數，其結構示意圖如圖1所示。點火用油采用輕質原油，油槍采用機械霧化，油槍流量為150kg/h。

3 存在的問題

當前燃用煙煤條件下，鍋爐點火過程中頻繁發生壁溫嚴重超溫情況，易出現積粉自燃、燃燒器內結焦、風箱箱殼燒損等情況。嚴重時噴口和噴筒被燒壞，造成該燃燒器無法投用。對鍋爐點火過程的安全和正常帶負荷造成嚴重危害。

圖2所示為一次典型的微油點火燃燒器點火過程中，出現的壁溫超限引起設備燒損的過程曲線。此次點火的過程曲線顯示，油槍投用后，給粉機正常投用，一次風速約26m/s，隨之微油點火燃燒器噴口和噴筒壁溫開始迅速升高，約半小時后壁溫超過500℃，隨即啟用壁溫高處置程序，停運給粉機和油槍，但微油點火壁溫最高仍然升至729.6℃。經現場對微油點火燃燒器檢查，發現多處設備出現不同程度燒損，噴口內套筒局部已燒化，外部爐墻板鋼板已燒通。

4 原因分析

該層微油點火燃燒器在煤質變化后多次發生噴口超溫或燒損情況，經分析主要是該微油點火燃燒器的結構不適應當前燃用的高揮發分煙煤所致。主要表現在如下方面：

1）油槍距離噴口過遠。油槍位置距離噴口約2m，距離太長，預燃室內煤粉燃盡時間太長，易導致微油點火燃燒器內放熱過多，引起結焦和壁溫過高

2）稀相冷卻風量不足。預燃室外的冷卻風風道太窄，風量過小，噴筒及噴口冷卻風量不足，易導致壁溫過高；

3）噴筒內一次風速過低。微油點火燃燒器噴筒截面外徑尺寸約為600mm，而一次風管直徑為480mm，通流面積擴大約30%，噴筒內一次風速明顯降低，易造成噴筒內煤粉火焰結焦，堵塞噴口；

4）氣膜風失效。噴筒內一次風著火劇烈，壓力較高，氣膜風風源取自二次風，點火階段風箱壓力較低，較高的一次風煤粉火焰易從氣膜風噴口倒灌至二次風箱殼，導致箱殼燒損。

5）周界風冷卻不足。微油點火一次風對應周界風噴口過窄，周界風風量偏低，導致一次風噴口冷卻效果不好。

5 技術改造

5.1 設備本體

微油點火燃燒器本體改造的結構如圖5所示，具體措施主要針對上一章節出現的五點存在的問題對微油點火燃燒器內的動力場等相關結構進行重新設計。主要包括將油槍噴口和一級內噴筒前移，縮小內噴筒外徑并配合對外噴筒的煤粉濃縮喉口進行改造，提高內噴筒內的風速和稀相冷卻風風量，增加對噴口和噴管的防超溫保護。取消氣膜冷卻風，防止一次風火焰躥入二次風箱殼，另一方面加大周界風噴口面積，增強二次風對噴口的冷卻。改造同時為了增加點火的可靠性、降低點火難度，將點火器能量提高50%。

5.2 控制邏輯

點火用煤為煙煤，應控制送粉風溫不超過180℃。

（1）一次風速度低于26m/s，發一級報警；風速低于25m/s時60秒后跳給粉機。

（2）微油點噴口火溫度或噴口溫度高于500℃，跳對應給粉機。

（3）微油點噴口火溫度或噴口溫度高于650℃，跳對應油槍。

6 應用實效

6.1 冷態試驗

為檢驗改造后的空氣動力場情況，在冷態試驗期間，對該層微油點火燃燒器進行了火花示蹤試驗，示蹤結果見圖6。

火花示蹤結果顯示該層燃燒器出口氣流風速均勻，火焰無偏斜，爐內切圓大小合適，爐內空氣動力場合理，為鍋爐點火后的正常燃燒創造了有利條件。

6.2 熱態試驗

熱態點火期間，項目相關人員對微油點火過程進行了跟蹤調試，調試結果顯示各層噴口正常投運，投運全程噴口無超溫，給粉機轉速可在200～500r/min正常調節，噴口最高溫度僅317℃，點火過程順利，機組在升、停爐過程中未發生超溫、燒損現象，經過近一年的使用，取得良好效果，表明改造成功，解決了點火過程中微油點火燃燒器噴口溫度超溫、燒損問題，取得了預期成效。

7 結論

通過本課題的分析研究和現場試驗工作可以得到如下結論：

（1）燃用高揮發分煙煤的微油點火燃燒器，在點火過程中易出現的噴口超溫和設備燒損等問題，主要原因是燃燒器內著火點過于提前、設計風速過低和噴口壁面的冷卻風量不足，造成燃燒器內釋放熱量過多，金屬壁面得不到有效冷卻降溫所致。

（2）通過縮短油槍點火距離，適當提高噴筒內一次風速和增加冷卻風風量等措施，可以有效解決微油點火燃燒器存在的噴口燒損等問題。

參考文獻

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（作者單位：安徽馬鞍山萬能達發電有限責任公司）