600MW鍋爐（對沖爐）純氧點火節(jié)油技術應用介紹

徐運濤

摘? 要：通過對純氧點火節(jié)油技術（簡稱純氧點火）技術原理、特點及投運后實際取得效益的介紹，提出了600MW機組鍋爐點火方式的新選擇。

關鍵詞：純氧點火節(jié)油技術;燃盡度;低負荷穩(wěn)燃性能

一、項目背景

2013年前，國電成都金堂發(fā)電有限公司#62機組冷態(tài)啟動耗油量平均約60噸左右，若檢修后啟動過程中需進行規(guī)定的試驗項目導致啟動時間延長，耗油量最大超過200噸，發(fā)電油耗率遠高于《中國國電集團公司火電機組分等級類型成本費用定額標準》。為降低#62機組啟動用油，2013年8月--10月#62機組C修期間，國電成都金堂發(fā)電有限公司對#62鍋爐C層5臺燃燒器進行了純氧點火節(jié)油技術改造，這是純氧點火節(jié)油技術在600MW機組（對沖爐）上的首次應用。純氧點火節(jié)油技術利用了燃油在純氧條件下充分燃燒所產生的火焰，使穿過該火焰的已呈富氧狀態(tài)的煤粉流得到了快速的熱解燃燒，進而再由該部分煤粉燃燒所產生熱量，充分引燃噴入的全部煤粉，實現“以煤代油，以氧助燃”的效果，大幅度地降低了燃油消耗量。改造后，我廠#62鍋爐啟動用油節(jié)約90%以上。本文介紹了金堂電廠一期2×600MW燃煤機組燃燒器、點火系統設備狀況、方案選擇和改造后的運行情況等。

二、設備概況

國電成都金堂電廠2×600MW機組鍋爐燃燒器采用前后墻對沖燃燒方式，制粉系統為中速磨正壓直吹式系統，磨煤機為HP1003型中速輥式磨煤機，共6臺，其中一臺備用。煤粉細度為R90=16%。設有兩臺50%容量的一次軸流式風機輸送煤粉。

鍋爐共配有30只低NOx旋流式煤粉燃燒器，30只燃燒器分三層分別布置在鍋爐前后墻水冷壁上（每層各有10只燃燒器），燃燒器的投、停與磨煤機的投、停同步。燃燒器上部布置有燃盡風調風器，10只燃盡風風口分別布置在前后墻上，每面墻各五只，布置成一排。

2013年前鍋爐采用兩級點火，即：#62爐爐膛前墻下層（C磨）為微油點火，單只油槍出力為150 kg/h，采用雜用空氣霧化。由于#62鍋爐微油點火系統設計問題，無法滿足#62鍋爐點火啟動條件，2013年前#62鍋爐啟動被迫使用大油槍點火，單支油槍出力為1350kg/h。點火裝置的設計總容量為30%BMCR的鍋爐熱輸入量，并滿足點火、暖爐及低負荷助燃的要求。

（1）燃燒器性能數據

三、純氧點火節(jié)油技術介紹

3.1 純氧點火節(jié)油技術的機理

（1）采用“以煤代油，以氧助燃”的方式，即在富氧微油燃燒器小空間內利用純氧與燃油充分預混燃燒產生高溫火核，富氧煤粉流穿過該高溫火核，分級點燃整個一次風煤粉流，使一次風煤粉流提前著火燃燒后進入爐膛，煤粉燃燒釋放的熱值等價與原大油槍的熱值，以煤燃燒代替大油槍燃燒啟動鍋爐，從而達到大幅度降低鍋爐冷態(tài)啟動的耗油。

（2）在鍋爐運行中，如爐內燃燒呈不穩(wěn)定狀態(tài)時，僅需在燃燒器內通入與此時一次風粉溫度大致一致的氧氣流（該氧氣流可用微油加熱），從而在氧氣流流經區(qū)域的煤粉，著火熱顯著降低，燃燒速度大大加快，燃燒溫度明顯提高，達到一次風粉的穩(wěn)燃狀態(tài)，節(jié)約鍋爐穩(wěn)燃用油。

3.2 純氧點火節(jié)油技術的優(yōu)勢

（1）不改變燃燒器性能，不改變爐內燃燒特性

純氧點火節(jié)油技術僅對一次風筒進行局部改造，整套系統獨立于鍋爐設備之外，并保持原一次風燃燒器外部尺寸不變，改造后燃燒器內部結構形成的氣阻在鍋爐所波動的范圍內，同時不改變原燃燒器二次風系統;

改造后的純氧點火節(jié)油裝置在點火過程能起到等熱值替換鍋爐內原大油槍點火、穩(wěn)燃作用，因此改造后可確保不改變燃燒器性能，不改變爐內燃燒特性。

（2）節(jié)油率高，達到90%以上

純氧點火節(jié)油技術利用純氧強化燃油的燃燒，強化煤粉的燃燒，應用“以煤代油，以氧助燃”的原理，采用廉價的燃料“煤”替代昂貴的燃料“油”，在燃燒器中噴入氧氣后，使煤粉的著火點下降，在運行人員用少量的油點燃煤粉后就不需要大量地噴油，煤粉就能穩(wěn)定燃燒，達到大幅度節(jié)約鍋爐點火、停運、穩(wěn)燃、調試耗油的目的。

（3）大幅度提高機組煤種適應性

純氧點火節(jié)油技術改造后，可實現自動智能調控噴入富氧微油燃燒器的氧量、油量等參數，充分利用純氧特性，在強化煤粉揮發(fā)份燃燒同時，強化煤粉固碳的燃燒，對煤種揮發(fā)分的含量不作要求，適用于煙煤、貧煤、無煙煤、煤矸石等所有煤種，同時冷態(tài)點火初期，煤粉燃盡率高（≥90%），可有效杜絕鍋爐尾部二次爆燃，從而提高鍋爐的安全性。避免了對脫硝催化劑、電塵以及布袋的影響，達到了從鍋爐點火開始除塵系統全程投運的條件，整個啟動過程煙囪不冒黑煙。

（4）不產生油污，確保環(huán)保設備全程安全、高效運行

純氧點火節(jié)油技術采用“以煤代油、以氧助燃”的方式進行鍋爐啟停、穩(wěn)燃、調試，燃油消耗量低，且燃油在純氧中充分燃燒，其燃燼率高（≥99%），不產生油污，在鍋爐取消煙氣旁路后能夠確保電除塵等環(huán)保裝置安全、可靠運行。

（5）安全、可控、零維護

純氧點火節(jié)油技術，其系統獨立于鍋爐系統之外，完全實現獨立、自動、精確監(jiān)控，對整個鍋爐的控制沒有任何影響，保證了爐內燃燒穩(wěn)定與燃燒設備的安全，且所耗油、氧量小，更加利于管控;長期實際應用表明，該技術運行安全、可控、零維護。

3.3 純氧點火節(jié)油技術的組成

系統主要由富氧微油燃燒器、供氧裝置、燃油預處理裝置、控制保護系統、壓縮空氣裝置、高壓風裝置、輔助系統等組成。

四、純氧點火節(jié)油技術改造方案的實施及介紹

本介紹以我廠62#機組進行純氧點火節(jié)油技術改造為例，該鍋爐為600MW亞臨界參數、前后墻對沖燃燒方式，共配有30只低NOx旋流式煤粉燃燒器，分三層（每層5只）布置在前后墻水冷壁上，前墻由下往上按C、D、E，后墻由下往上按A、B、F排列，其具體改造方式如下：

4.1富氧微油燃燒器的改造

（1）取出 C 層原微油燃燒器內部結構，在一次風粉噴口前端內壁均布焊接三塊 U 型定位槽。

（2）從一次風粉噴口后方依次裝入：二級燃燒室、一級燃燒室，并旋轉一級燃燒室使其筋板與二級燃燒室筋板在同一平面上;取出一級燃燒室時，僅需取下一級室壁溫元件，使一級燃燒室無定位，進而取出二級燃燒室。

（3）在一級燃燒室后方的一次風粉噴口內壁焊接一塊定位板，并在濃縮環(huán)外壁開一個定位槽，使其與定位板配合，安裝時將濃縮環(huán)推移到定位板處，并用銷釘鎖定。

（4）在一級室上安裝熱電偶，布置在單層套管內，沿燃燒器環(huán)壁穿過一級燃燒室筋板對應孔位，并用螺栓與外層套管固定;在燃燒器噴口處安裝熱電偶，布置在單層套管內，套管穿過燃燒器外壁環(huán)縫，焊接在燃燒器噴口上。

（5）復合型富氧微油槍、點火槍、火檢布置在同一通道內，通道焊接在彎

頭上，保證復合型富氧微油槍軸線、一級燃燒室軸線與燃燒器軸線在同一軸心線上，并且復合型富氧微油槍、點火槍均采用氣動推進器實現獨立進退。

（6）用螺栓將一次風粉彎頭法蘭盤與燃燒器法蘭盤固定，待彎頭位置調校準確后，把彎頭與法蘭盤焊接固定。

（7）最后，在一次風粉彎頭上安裝復合型富氧微油槍、點火槍推進器，并用卡子將其與對應復合型富氧微油槍、點火槍連接。

4.2 安裝供氧系統

（1）供氧系統由超低溫真空智能儲罐、氧氣控制器組成;

①超低溫真空智能儲罐的作用在于儲存液氧，為富氧燃燒裝置提供所需的氧氣，設備采用真空層隔離，確保液氧的長期儲存;超低溫真空智能儲罐整體操作簡單、方便、安全可靠，其附帶的智能控制系統可根據液氧儲罐內壓力反饋，智能調節(jié)儲罐內壓力，維持超低溫真空智能儲罐內部壓力的穩(wěn)定;

②氧氣控制器的作用在于將液氧轉化為氣態(tài)氧氣，可根據富氧燃燒裝置實時耗氧量將超低溫真空智能儲罐內的液態(tài)氧氣進行汽化，對供氧進行智能調控，保證氧氣供給“及時性、大量性、穩(wěn)定性”，保證系統安全可控。

（1）爐前供氧管線氧氣由主管線從氧站引至鍋爐 C 層平臺氧氣分配氣包內，然后引五根分支，每根分支管道上安裝截止閥，再在每根分支管線上引兩根分支，對應兩根分支管道上安裝電動調節(jié)閥、流量計、手動截止閥和相關儀表，最后經金屬軟管引至純氧點火節(jié)油穩(wěn)燃器處。供氧管線兩法蘭之間采用紫銅材質的法蘭跨接線連接。

4.3安裝燃油預處理系統

為確保富氧微油燃燒器用油及時響應、穩(wěn)定工作，在爐前燃燒平臺安裝一套燃油預處理裝置，該裝置保證了鍋爐點火、穩(wěn)燃時燃油能足量、穩(wěn)定、及時供給。具體安裝方式為從鍋爐燃油母管線上引出燃油預處理裝置的主管線，燃油主管線流經燃油預處理裝置后，將燃油送至富氧燃燒器處，最終燃油主管線與鍋爐回油母管相連并在管線上安裝相應的閥門及流量計。

從鍋爐爐前進油母管引出純氧燃油系統母管，用不銹鋼管接入電廠鍋爐燃油回油母管，并在純氧回油管上安裝燃油調節(jié)閥;引出的系統母管上依次安裝燃油預處理裝置、流量計后，由五根分支管線引至各純氧點火節(jié)油穩(wěn)燃器處;沿途管線設備連接口都采用焊接。

4.4? 壓縮空氣系統

取廠內雜用壓縮空氣作為油槍油嘴吹掃，儀用壓縮空氣作為推進器氣源，系統根據現場情況布置。壓縮空氣經母管引五根分支，每根分支管道上安裝電磁閥、止回閥、手動球閥，最后與爐前燃油管線相連。

4.5? 高壓風系統

取廠內高壓風作為油槍氧噴口吹掃和裝置氣封保護氣源，系統根據現場情況布置。高壓風經母管引十根分支，每根分支管道上安裝電磁閥、止回閥、手動球閥，最后與爐前氧氣管線相連或由金屬軟管引至各純氧點火節(jié)油穩(wěn)燃器處。

4.6? 控制系統

純氧點火節(jié)油穩(wěn)燃控制系統與電廠 DCS 系統完全兼容，有可靠的物理和邏輯連接，可實現電廠 DCS 遠程啟停和 PLC 就地操作（正常運行方式為電廠 DCS 遠程操作），數據均可在 DCS 上實時顯示。選用 AB 冗余 ControlLogix 系列 PLC，主干網絡采用冗余的 Modbus485 通訊;PLC 系統機柜（電源柜及程控柜）：600*800*2200mm 標準機柜，內設冗余電源，PLC 系統機柜安裝在 C 層平臺上，并達到 IP67 標準。

4.7? 輔助系統

（1）紅外線火焰檢測系統

（2）壁溫監(jiān)測系統

每支純氧點火節(jié)油穩(wěn)燃器壁溫監(jiān)測系統由四支鎧裝熱電偶組成，其中兩支安裝在一級燃燒室，兩支安裝在燃燒器噴口;同一位置的兩支熱電偶設置為冗余測點，并能確保在運行期間對損壞元件進行在線更換。

五、項目改造后取得的效益

5.1直接經濟效益

（1）2013年10月22日至2013年10月24日，#62機組C修后首次冷態(tài)啟動（擴大性C修后啟動，啟動過程涵蓋大量試驗項目，且試驗多處于汽輪機沖轉和機組并網初期）純氧微油點火系統總計運行44h，累計耗油13.5t（#0輕柴油市場價：8600元/噸），耗液氧36m3（液氧市場價：855元/ m3）。如未進行純氧點火節(jié)油技術改造，使用大油槍（1350kg/h，5只）啟動，將耗油：1350×5×44=297噸。節(jié)約費用：

（297-13.5）×8600-36×855=2407320≈241萬元

（2）2013年11月20日#62機組C修后第二次冷態(tài)啟動14小時耗油4.6噸，液氧20m3（2013年5月#62機組C修前，冷態(tài)啟動14小時耗油61噸）。節(jié)約費用：

（61-4.6）×8600-20×855=467940≈47萬元。

根據改造前后鍋爐啟動耗油對比，使用純氧微油點火系統每年可節(jié)約啟動用油90%以上。

5.2間接經濟效益

由于燃油在純氧狀態(tài)下的充分燃燒且能直接點燃煤粉大量減少了鍋爐啟動初期的油煙排放，從而實現機組啟動提前投入電除塵和脫硫設備運行，提高除塵脫硫設備投入率，達到節(jié)能環(huán)保目的，同時有益環(huán)保，減少排污，具有良好的環(huán)境和社會效益。

目前國電成都金堂發(fā)電有限公司#62機組已進行電袋除塵器、脫硫增容改造，啟動初期電袋除塵器、脫硫系統即投入運行，使用純氧點火節(jié)油技術，減少了油煙對布袋及脫硫漿液的污染，提高了布袋的使用壽命，降低了漿液的排污率。

六、結論

（1）提高鍋爐對煤種的適應性：通過自動調節(jié)噴入燃燒器的氧量，能保證煙煤、貧煤、無煙煤等各種煤種都能穩(wěn)定地、充分地燃燒，因此極大地提高了鍋爐對煤種的適應能力。

（2）節(jié)油效果更顯著：復合型富氧微油槍在冷態(tài)啟動中，單只耗油50-80kg/h，與小油槍相比，小油槍單只耗油300kg/h，節(jié)約燃油80%以上;與大油槍相比，大油槍單只耗油1350kg/h，節(jié)約燃油90%以上。

（3）有助脫硫系統去掉旁路，確保環(huán)保裝置及時投入：在點火初期燃油燃燒時，油火焰端部沒有黑煙，煤粉燃燒狀況較好，整個爐膛內部充滿了火光，證明純氧微油點火技術提高了燃油、煤粉的燃燼率，使鍋爐在冷態(tài)啟動時極大減少油煙，從而避免除塵器被大量污染無法投運的問題，并且能減少脫硫系統的漿液污染，降低排污率。

（4）可靈活的調整運行參數，確保機組全程按升溫升壓曲線穩(wěn)定運行，適應鍋爐的實時工況。

（5）有效防止鍋爐二次爆燃：由于在冷態(tài)啟動時有純氧點火節(jié)油技術，使煤粉有很高的燃燼率，因此能可靠地防止鍋爐尾部二次爆燃，從而提高鍋爐的安全性。