浅议微油点火技术在超临界锅炉中的应用

【摘要】微油燃烧技术由微油气化油枪和微油冷炉点火燃烧器组成。其工作原理是利用机械雾化和压缩空气的高速射流将燃料油挤压、撕 裂、破碎，产生超细油滴后通过高能点火器引燃，同时用燃烧...

摘 要：介绍了微油点火技术原理和特点，通过该技术在国电南宁发电厂660MW超临界锅炉上的应用，指出了微油点火技术在火力发电厂领域内，具有十分显著的节油效果。

关键词：微油点火；燃烧；节油

中图分类号：TK22 文献标识码：A

燃煤机组锅炉在开炉点火及低负荷稳燃过程中需要消耗大量的燃油，如何降低这部分成本，是火电厂节能降耗的关键因素。在燃煤机组锅炉中应用微油点火技术，成功的解决了该项难题。

一、微油技术原理及其特点

微油燃烧技术由微油气化油枪和微油冷炉点火燃烧器组成。其工作原理是利用机械雾化和压缩空气的高速射流将燃料油挤压、撕 裂、破碎，产生超细油滴后通过高能点火器引燃，同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热，扩容，后期加热，在极短的时间内完成油滴的蒸发气化，使油枪在正常燃烧过程中直接燃烧气体燃料，大大提高燃烧效率及火焰温度，中心温度高达1800～2000℃，作为高温火核在煤粉燃烧器内快速点燃一级煤粉。微油气化油枪产生的高温油火焰引入煤粉燃烧器一级燃烧区，当浓相煤粉通过气化燃烧高温火核时，煤粉温度急剧升高、破裂粉碎，释放出大量的挥发份，并迅速着火燃烧。已着火燃烧的浓相煤粉在二次室内与稀相煤粉混合并点燃稀相煤粉，实现了煤粉的分级燃烧，燃烧能量逐级放大，达到点火并加速煤粉燃烧的目的，大幅度减少煤粉燃烧所需的引燃能量，从而实现锅炉启动、停止以及低负荷稳燃。

二、设备概况

南宁电厂 660MW 超临界机组锅炉为东方锅炉厂生产的超临界双拱燃烧（“W”火焰）锅炉。锅炉型号：DG2141/25.4-II12，锅炉为超临界参数直流锅炉，W型火焰燃烧，一次再热，平衡通风，固态排渣，露天布置，全钢构架，全悬吊结构，尾部双烟道，“II”型直流锅炉。设计煤和校核煤均为着火稳定性较差、极难燃烬、磨损严重煤种。锅炉共配有 6 台双进双出一次风正压直吹式磨煤机，24 个双旋风分离煤粉浓缩型燃烧器如图1所示；每台磨煤机带4只煤粉燃烧器。24只燃烧器下射式布置在双拱绝热炉膛前后拱上，前墙12只、后墙12只，使火焰形成“W”形，使燃料颗粒在燃烧区内有足够行程和停留时间，可提高无烟煤的燃尽率和燃烧效率。每只煤粉燃烧器配置1只机械雾化油枪，前、后炉拱上各12只，总出力30%BMCR，单只油枪出力1600kg/h。

三、微油点火系统组成

南宁电厂微油技术改造方案主要在基建过程中实现微油点火改造，是将微油油枪分别加装在B、E磨机所对应的燃烧器中，共有微油油枪16支。B、E磨煤机进口一次风管道上分别加装有暖风器；微油系统与炉前燃油系统相连接。微油点火系统组成如下。

1 微油点火燃烧器

1）微油点火燃烧器的选择

采用单独设立的KZ型低质煤微油点火燃烧器，配合新型G型油枪，可以把Vdaf=13-16%的煤种点燃，该油枪出力约250kg/h。该油枪点火性能良好，点火初期在喷口折算风速14～18m/s，浓度0.4～0.6kg/kg（浓缩后达到0.7kg/kg）的条件下可以顺利点燃要求煤种，随着出力的增加，一次风口速度将逐渐提高。点火状态下磨煤机最大出力可以达到58t/h，该出力下，基本满足点火启动的需要。可以到到节油的目标。由于仅仅设立点火燃烧器，完成微油点火后，切换至正常运行模式，将不改变锅炉正常运行燃烧组织。

2）微油点火燃烧器的布置，如图2，图3所示。

此次所改造两台磨煤机对应的燃烧器，原燃烧器喷口不予任何变化，在该磨煤机一次粉管上布置煤粉分叉段，引出分叉煤粉管道，连接少油点火煤粉燃烧器，一只布置于原大油枪二次风位置，一只布置于观火孔位置。单台磨煤机对应8个微油点火燃烧器喷口，每个微油点火燃烧器布置一只小出力油枪250kg/h，待点火完成恢复正常运行状态后，油枪替换成单只1600kg/h的大油枪（油枪参数同小出力油枪），作为助燃用。分叉煤粉管道布置切换挡板，微油点火过程中，原主粉管挡板关闭，二次风挡板关闭；当微油退出后，原主粉管挡板、二次风挡板打开，分叉管挡板关闭，微油点火燃烧器内通二次风，以保持原来二次风不变。分离器出口增加均粉器，以保证8个喷口同时点燃和较好地燃烧。

2 一次风加热系统

两台磨煤机均单独设置以辅汽为热源的入口一次风暖风器，保证锅炉冷态启动时，磨煤机入口风温满足磨煤机启动要求。

3 微油点火辅助系统

1）微油油枪助燃风系统：微油枪强化燃烧助燃风采用从一次风机出口引出，助燃风压达 2kPa，助燃风管路加装手动调节风门及压力测量装置。前、后拱各引出一根助燃风母管，单根母管共8只油枪。

2）微油油枪供油及压缩空气系统：微油油管取自炉前油管路，工作油压1～1.5MPa；压缩空气为油枪雾化和吹扫介质，工作压力小于0.5MPa，雾化用量12Nm3/h，吹扫用量12Nm3/h。

3）微油火检冷却风系统：每台微油点火燃烧器均设置单独火检冷却风管路，火检冷却风压不小于3.5kPa，单只微油火检冷却风量25Nm3/h。

4）微油点火系统的控制系统：两台磨共设立4个就地控制箱与DCS系统联接，控制8套油枪，结合炉内火焰监视系统以及燃烧器壁温监测系统，将重要参数传输到锅炉FSSS保护系统。运行人员通过DCS系统内独立的操作画面启停，投退油枪可设定全自动完成。

四、微油点火系统改造效果

微油点火系统投运后，所带来的效益有：

1 直接经济效益

南宁电厂炉前油系统单只燃烧器所对应大油枪出力1600 kg/h，所对应微油油枪出力为2×250 kg/h =500 kg/h。锅炉点火大油枪一般都布置在二次风喷口内，原设计锅炉冷态启动时，首先点燃大油枪以提高炉膛烟气温度，高温烟气通过对流将热量传给一次风射流，这种高温烟气与一次风的对流换热，约为油枪燃烧产生热量的20%。原设计正常冷炉启动需要投入油枪总数不少于12只，二次风温大于200℃，一次风温度大于200℃，方可投入第一套制粉系统。而微油点火煤粉燃烧器是将油枪布置在一次风喷口内，由于这种油枪布置方式，可提前投入磨煤机暖风器，将磨煤机入口风温加热至200℃，便可在微油枪投用后即投入煤粉，最多只用大油枪的30%油量来点燃煤粉，所以可节约近70%的燃油。在冷炉启动后1小时，煤粉燃烧效率达到79%；随着运行时间的增加、炉膛温度及一、二次风温的提高，煤粉燃烧效率逐步提高到84.33%，煤粉燃烧效率的变化十分明显，经济效益非常可观。

南宁电厂从首次点火、吹管、整套调试、至168小时试运行结束1号炉调试总共耗油1443吨（含启动锅炉用油）。对于类似机组试运，用油量约4500吨，燃油费用约4000万。采用微油点火设备，节油率在60% 以上，节约燃油2500吨，节约燃油费2000万，去除燃煤费约200万左右，总节约费用可达1800万以上。正常运行后，机组冷态开机耗油量年均值由120吨/次下降到了75吨/次，每年燃油量600吨左右，按照节油60%计算，每年节约燃油费250万左右。

2 间接经济效益

南宁电厂“W”型火焰锅炉因设计掺烧劣质煤种原因，要求炉膛拱下区域燃烧强度较为集中，在投运大油枪期间，由于火焰行程难以调节，导致锅炉下部水冷壁超温较严重。使用微油点火技术后，可通过调整一次风速，二次风门开度，煤粉气流刚性等手段，灵活调节燃烧器区域的火焰角度和强度，使火焰远离水冷壁，下压火焰中心，有力的减轻开炉时期下部水冷壁超温的现象。

同时，微油冷炉点火燃烧器升温升压速率控制比大油枪具有更大的优势。大油枪油量无法灵活控制，主要还是通过投运油枪的数量控制锅炉燃烧出力，每次投运都会带来机组燃料量的大幅变化，汽温、汽压变化也较大；而微油点火启动后可直接通过调整磨煤机出力以实现燃料量的平稳增加，汽温、汽压变化也会变得比较平缓。

机组在点火及低负荷运行期间，锅炉烧油或油煤混烧，未燃烬的燃油在电除尘器电极上沉积，对电除尘产生破坏，所以锅炉电除尘器无法正常投入，大量烟尘直接排放到大气中，同时烟气中的粉尘对锅炉空预器换热元件，引风机叶片造成磨损和积灰，容易造成空预器卡涩，引风机处理不足，锅炉尾部烟道二次燃烧等事故。在机组进行微油点火系统改造后，由于燃油量非常微小且燃烬率极高，电除尘器可以在锅炉启动及低负荷期间正常投入，这大幅度减少了粉尘的排放，避免了环境污染；同时，避免了未燃尽油滴粘附在锅炉尾部换热元件上而发生存积自燃现象，大大提高了锅炉运行的安全稳定性。

结语

实践表明，采用微油点火技术，在冷炉状态下可以方便、快速、稳定地点燃煤粉，实现以煤代油，节油率达到60%。微油点火系统具有节油率高、系统简单、使用安全可靠等一系列优点，经济效益非常可观，在火电企业推广使用这项技术，可以大幅提升节油效果，降低发电成本。

参考文献

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