气化油点火技术在火电厂的应用与节能效果

谭振武

作者通联：拜城发电厂生技部 新疆拜城县 842316

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一、概述

在煤粉锅炉冷态启动时，煤粉空气混合物在冷的燃烧室中很难稳定点燃，因此在燃烧设备启动时，在喷煤粉前总是先启动点火油枪，喷烧易于保持火焰稳定的燃料油，每小时的燃油量约为锅炉额定燃烧热量的30%，直至把锅炉各处加热至高温后，才将烧油切换至烧煤粉。燃烧低挥发分煤种或劣质煤的锅炉，其煤粉气流的着火性能和煤粉火焰在低负荷时的稳定性更差。我国煤炭资源虽然丰富，但分布极不均衡、且煤种多变、煤质较差，燃烧效果不好。低挥发分和劣质煤种占我国电厂动力用煤70%，为了提高这些可燃性较差的煤种的着火和低负荷时燃烧稳定性，常用的办法就是投入助燃用油。仅仅为了用于锅炉启动和低负荷下助燃，我国每年要消耗大量的燃料油。

火力发电厂煤粉锅炉的启动和低负荷稳燃要耗用大量的燃油，又由于电网调峰的要求，锅炉经常处于频繁启停和低负荷工况下运行，因此以煤代油，节约厂煤粉锅炉的启动和低负荷稳燃用油是一个亟待解决的问题。

发电厂8号锅炉为四川锅炉厂生产的CG-130/3.82-M6型的单汽包自然循环、炉型呈Π型布置，采用煤粉悬浮燃烧、固态排渣的中温中压蒸汽锅炉，燃烧设备采用四角布置，切圆燃烧的直流燃烧器；锅炉前部为炉膛，四周布满水冷壁，水平烟道布置有高、低温过热器；后部垂直烟道布置的有双级省煤器和双级空预器；制粉系统为中储式钢球磨煤机，锅炉制粉系统采用MG-250/320中速磨煤机正压直吹式制粉系统，每台磨煤机带8 只喷燃器采用两层布置。共配备有4 支油枪，点火油枪和稳燃油枪各2 支，每支出力分别为1500kg/h和800kg/h。燃油压力2.94MPa。8号锅炉主要参数见表1，煤质特性见表2。

二、气化油点火技术原理

1.气化小油枪燃烧器燃烧原理

利用压缩空气采用气泡雾化方式将燃料柴油雾化成超细油滴进行燃烧，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，从而大大提高燃烧效率及火焰温度。火焰以超音速速度传播、火焰呈完成透明状（根部为蓝色、中部及尾部为透明白色），火焰中心温度高达1400～1800℃，高温火核在煤粉燃烧器内直接点燃煤粉燃烧，从而实现电站锅炉启动、停止以及低负荷稳燃以煤代油的效果。

表2 8号锅炉煤质特性

2.气化小油枪直接点燃煤粉原理

气化小油枪燃烧形成的高温火焰和进入燃烧器的煤粉颗粒直接接触，使得煤粉特性发生变化，极高的加热速率使得挥发分析出速度大大加快，煤粉颗粒温度急剧生高、破裂燃烧，然后进入前部内风膜燃烧器逐步点燃剩余煤粉，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，大大减少煤粉燃烧所需引燃能量。满足了锅炉启、停及低负荷稳燃的需求。

3.气化小油枪稳燃原理

采用浓淡燃烧方式已经使煤粉在着火区域形成了高浓度、高温度、少空气、易着火的有利条件。投入小油枪后，轻油的烃类挥发使得煤粉着火区域的挥发份浓度和还原性气氛有了显著提高，着火热降低，火焰传播速度加快，其有利于着火和稳燃是显而易见的。

小油枪投入之后，大大改善了煤粉的着火条件，使得每支直流燃烧器形成了各自独立的燃烧小中心，同层燃烧组织此时具有了邻角互稳和单角自稳的双重稳燃条件，大大提高稳燃效果。煤粉中的挥发分在较低的截面热负荷下易造成析出不稳定，使得着火初期发生脉动性燃烧，随时间的延续，燃烧恶化。小油枪的投入，为煤粉燃烧提供了较为稳定、充足的可燃气体，燃烧脉动就会消失。

在更低负荷需投油稳燃时，通过气化小油枪的燃烧热提供煤粉着火区所需的局部高温、高燃源着火条件，并且遏制了煤粉着火随负荷降低而产生的波动（相当于一个稳定热源阻尼），保证了煤粉出口的着火稳燃要求，形成一种稳定的着火热源，从而实现整个炉膛煤粉稳燃要求的良性燃烧循环。

三、气化小油枪点火改造

（1）根据新疆拜城发电厂8号炉燃用煤质的情况，并依据：①当锅炉在低负荷运行时一般停上组燃烧器；②炉内有一层煤粉稳定着火将改善整个炉膛的着火稳定状态；③点燃小油枪后即可投煤粉，通过调节给粉机转数来满足锅炉升温升压需求；④可大量节约点火及助燃用油。经过详细的设计计算，将下层1、3号两只煤粉喷燃器改造为25kg/h 气化小油枪点火及稳燃燃烧器。改造不改变原一次风管走向、假想切圆直径及支架承点及二次风箱；不改变原下层煤粉燃烧器与炉膛的整体相关设计。气化小油枪燃烧器迎风易损面采用复合金属碳化钨材料，提高易损件寿命。

（2）气化小油枪由原燃油管供油。利用其他锅炉回油管由锅炉至油灌，同时在气化小油枪油系统上设有一套柴油过滤装置，防止小油枪堵塞，增加系统安全可靠性。

（3）在锅炉7m 层安装一台空气压缩机作为气化小油枪的压缩空气气源，系统安装滤水防尘压缩空气调节装置，保证空气品质，增加系统安全可靠性。

（4）从送风机出口至炉四角燃烧器安装冷却风管道，做气化小油枪及火检系统冷却风用，另外增设一套高压风，点火时强化燃烧，补充燃烧所需氧分。

（5）根据发电厂机组控制系统特点，自动点火控制系统就地操控点火设备的自动、单控运行，并给出工作状态信号，可以提供信号给远操监控并接受远操控制。系统程序可以将信号提供给FSSS 系统控制。也可采用西门子公司S7-200 PLC 作为控制核心实现远控要求。

四、改造后运行方式

如为冷炉点火，点火前应由邻炉送粉至3m 以上粉位，为有利于着火和提高点火期间的燃烧效率，应尽可能用较细的煤粉。如为计划性短时间停炉，应在停炉前为该炉下次启动存放细粉。如不能邻炉送粉，且粉仓无粉，则按电厂点火规程点火启动。

1.冷态启停

（1）启动吸送风机，调整点火燃烧器一次风压为正常运行值的一半左右，其他各一次门关闭。

（2）投入气化小油枪程序，将自动进入点火程序。如小油枪在半分钟内不着火时，油阀自动关闭，检查完毕，再重新投入，直至气化小油枪点火成功。

（3）气化小油枪着火后即可投粉，投粉前先调一次风压为正常稍低数值，然后投粉。煤粉着火后再调整一次风压为正常数值。

（4）点火燃烧器应尽量两角投入，粉量应逐渐加大。

（5）两个点火燃烧器带粉投入运行后，适当开下层二次风门，以补充燃烧空气。

（6）燃烧着火稳定后，根据升压升温的需要，用调整给粉机转速的方法来控制升温升压速度。

（7）两台点火燃烧器皆投入并且燃烧良好时，可根据升负荷的需要投入邻角火嘴。

2.热态有粉启动

启动送引风机后，打开下层两台气化小油枪点火开关，小油枪着火正常，可启动下层两台燃烧器相配套的给粉机，燃烧器带粉投入运行后，然后粉量逐渐加大，升温升压速度用调整给粉机转速的方法来控制，气化小油枪撤除。

五、应用效果

8号炉整个启动过程使用气化小油枪点火技术，累计年使用51h。和传统大油枪启动过程对比见表3。统计结果表明，8号炉使用微油点火技术比大油枪启动节约燃料费用62 万多元，经济效益可观。

表3 点火启动方式改造前后对比

通过此次开炉的实践表明，微油点火具有以下优点：①冷炉点火节油率高；②不增加飞灰可燃物，可在点火时，随时启动电除尘，起到良好的环境保护作用；③冷炉升炉过程中，平均燃烬率高；④不影响锅炉效率；⑤系统操作简单，维护方便，便于生产管理。