微油点火技术的改造及效果分析

孙国春

(合肥第二发电厂，安徽 合肥 231607)

1 机组和锅炉设备概况

合肥第二发电厂1 号炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-1156/17.4 YM1 型单汽包自然循环、悬吊∏型布置、全露天、煤粉炉。其主要参数如表1 所示。

表1 锅炉主要参数

锅炉有24 个燃烧器，分6 层布置，燃烧器采用大风箱结构，煤粉燃烧器总热容量为31.91×106kcal/h。1 号炉配有12 支油枪，分3层布置，每支油枪出力为2 000 kg/h。设计煤种为淮南花家湖烟煤，校核煤种为淮南烟煤(A)，淮北烟煤（B）。该炉采用正压直吹式制粉系统，配置3台SVEDALA12′6″Х18′0″型双进双出球磨机。

2 微油点火技术基本原理

2.1 微油气化燃烧原理

微油气化燃烧的工作原理是，利用机械雾化将燃料油挤压、撕裂、破碎，产生超细油滴后通过高能点火器引燃，同时巧妙地利用燃烧产生的热量对燃油进行加热、扩容，使燃油在极短的时间内蒸发气化。由于燃油是在气化状态下燃烧的，其火焰温度得到大大提高，燃烧时间急剧缩短，并且气化后的火焰呈蓝色，传播速度快，中心温度高达1 500～2 000 ℃，可作为高温火核在煤粉燃烧器内直接点燃一级煤粉，从而实现电站锅炉启动、停止以及低负荷稳燃。

2.2 冷炉微油点火燃烧器工作原理

冷炉微油点火燃烧器的工作原理是，微油气化油枪与高强度油燃烧室配合，燃烧后形成温度很高的油火焰，将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，释放出大量的挥发分，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，大大减少了煤粉燃烧所需引燃的能量。满足了锅炉启、停及低负荷稳燃的需求。

3 微油点火系统

微油点火系统由油燃烧系统、微油点火煤粉燃烧器、压力冷风系统、自动控制系统四大部分组成。在点火和稳燃状态下，微油点火煤粉燃烧器的出力可以在2 000 ～10 000 kg/h 煤粉时保持稳定燃烧。微油点火所有热工控制及显示信号，均由微油PLC 系统统一调控，能够满足就地手动控制和远程程序控制。

3.1 油燃烧系统

微油点火燃烧器油系统油压可根据该厂1 号炉燃油系统油压≤1.4 MPa 的实际情况进行设计，并且不影响原燃油系统的正常运行，保留原有的大油枪，保证大油枪可随时正常投用。

油系统的具体参数为：最低油压0.8 MPa；最高油压1.4 MPa；单支消耗量30 kg/h。

气化油枪配备有高能油燃烧室，高能点火器以及油火检系统等设备，燃烧温度可达1 800～2 000 ℃，为点燃煤粉创造了很好的条件。由于原燃油系统可能含有较多杂质，故采用2 级过滤，以保证不会有杂质堵塞微油高能气化油枪。

在设计系统时考虑到对煤质的适应性，在A层各角各加装1 根辅助气化油枪。辅助气化油枪的出力与主油枪一致，均为30 kg/h，并配有吹扫风，从而确保辅助油枪不积碳、不粘污。

3.2 微油煤粉燃烧器

根据该厂1 号炉燃用煤质的情况，将拆除该炉A1 层(最下层主燃烧器)原1～4 号角的煤粉燃烧器，将其改造成微油点火燃烧器，并将微油煤粉燃烧器设计成圆形结构，以保持煤粉风室流通面积与原一次风管面积一致。

微油煤粉燃烧器采用3 级放大引燃方式，当煤粉被流线型浓淡分离装置浓缩后，浓相煤粉通过1级燃烧室，受到高温油火焰的冲击加热，快速析出挥发分，并迅速引燃。第1 级引燃的煤粉再引燃第2 级和第3 级煤粉，从而达到在冷炉状态下，用微油点燃煤粉的目的。微油点火燃烧器不仅可以作为点火以及低负荷稳燃燃烧器使用，而且在正常运行时还可以作为主燃烧器使用。

微油燃烧系统主要参数如表2 所示。

表2 微油点火燃烧器主要设计参数

3.3 压力冷风系统

压力冷风的作用主要有以下3 个：

(1)为微油油枪提供充分燃烧的氧量；

(2)为气化油枪提供冷却；

(3)为高强度油燃烧室提供壁面冷却。

压力冷风系统的设计参数如表3 所示。

表3 压力冷风系统的设计参数

3.4 自动控制系统

自动控制系统与炉膛安全监视系统(FSSS)及分散控制系统(DCS)相接。

4 微油点火技术在运行中的实际运用

4.1 锅炉升温升压速率控制

根据锅炉运行规程，要严格控制锅炉的升温升压曲线，对于直吹式制粉系统，当其进行微油冷炉启动时，可以通过调整磨煤机出力对其进行控制。

锅炉进行冷态启动时，可使用4 台微油点火燃烧器代替原有的2根大油枪(2 000 kg/h)进行启动，根据能量相等原理，并考虑煤粉的燃烧效率，通过计算得出启动时所需的总粉量为11.4 t/h，折合每个角为2.85 t/h。根据温州电厂300 MW 机组的运行经验，并考虑点火初期煤粉燃烧效率不高的因素，将磨煤机的出力控制在15 t/h 左右，既可以满足锅炉升稳、升压的要求，又可以满足磨煤机最低出力的要求。

一次风管道的风速设计为22 m/s，经过计算得出此时一次风的煤粉浓度为0.344 kg/kg，完全符合微油点火的要求。锅炉启动后，由于给粉量通过磨煤机实现连续可调节，因此可以满足锅炉启动时的升温升压曲线。

4.2 微油点火燃烧器冷态启动程序

(1)按机组正常启动顺序，先投大油枪，当一次风温度达到启磨条件后，再投入A 磨煤机。

(2)A 磨具备启磨条件，投入微油油枪，然后制粉系统制粉，并根据着火情况，调整各参数至最佳值，当着火稳定后，逐步退出大油枪，调整容量风至适当出力运行。

(3)根据锅炉升温、升压曲线，逐渐调整磨煤机的容量风以调整出粉量，观察炉膛出口烟温和炉内燃烧情况，如燃烧稳定，则可继续增加磨煤机的出粉量，同时观察炉膛出口烟温是否超限。从而完成汽轮机冲转、定速，发电机并网等工作。

(4)在锅炉负荷超过30 %BMCR 后，可以视锅炉负荷情况逐次地投入主燃烧器，当达到不投油稳燃负荷时，再逐次将微油点火燃烧器退出运行，此时4 台微油点火燃烧器可以作为主燃烧器运行。

(5)逐次启动其他磨煤机，锅炉升负荷。

4.3 停炉程序

(1)机组降负荷，逐次停止上层对角燃烧器和对应的磨煤机运行。

(2)当机组负荷降至最低不投油稳燃负荷后，启动微油点火燃烧器。

(3)机组继续降负荷，逐次对角停用下2 层主燃烧器。

(4)机组降负荷，磨煤机调整容量风风量逐渐减小出力。

(5)下层燃烧器对应的磨煤机给煤量降至最低出力，根据需要，停用下层燃烧器对应的磨煤机，微油点火及超低负荷稳燃燃烧系统停用，锅炉灭火。

5 效果分析

5.1 节省燃料费用

1 号炉燃油按800 t/年计，燃油价格为0.58万元/t(市场价)，每个角微油枪出力为60 kg/h，大油枪平均出力为2 179 kg/h，由于点火初期需使用大油枪进行暖炉，大油枪使用时间约为2 h，因此，节油率比从冷态下投微油点火燃烧器略低，以90 %计算。则可得出：

节省燃油量为800×90 %=720 t，

燃油耗费为0.58×720=417.6 万元。

燃油的低位热值按4.187×104kJ/kg 计算，1号炉煤种按平均低位发热值21 000 kJ/kg 计算，到厂煤价按400 元/t 计算，则按发热量相等原则所需的原煤费用为：

4.187×104×720÷21000÷0.7×400÷10 000=82 万元

其中：0.7 为初始点火时煤粉燃烬率。

设计煤种发热量为21 000 kJ/kg，原煤消耗为4.187×104×720÷21 000÷0.7=2 050.8 t，制粉单耗按7.9 kWh/t，用电价格按0.4 元/kWh 计算，则耗电费用为2 050.8×7.9×0.4/10 000=0.65 万元。

经以上计算，1 台机组1年节油费为417.6－82-0.65=334.95 万元。

5.2 锅炉超低负荷运行

由于微油技术非常可靠，在机组设备出现问题时，可以在投用微油时保持锅炉超低负荷长时间运行，极大地提高和改善锅炉的稳燃性能，既可节省大量燃油费，又可提高锅炉低负荷运行的可靠性。

5.3 尾部二次燃烧问题

锅炉尾部烟道引起二次燃烧的主要原因是，由于大油枪燃烧不完全，使未燃烧的油滴进入尾部烟道，并积存在尾部烟道上，这些油滴受烟道内高温烟气的加热气化从而引起二次燃烧。微油点火不会发生尾部烟道二次燃烧，其主要原因如下。

(1)微油枪出力非常微小(单角60 kg/h)，燃烧非常充分，不存在剩余未燃烬的油滴进入尾部烟道的情况，因此尾部烟道不存在因为剩余的油滴气化而引起的二次燃烧。

(2)锅炉冷态微油点火进行启动时，煤粉燃烧效率只有70 %～80 %，剩余未燃烬的煤粉虽然进入了尾部烟道，但是由于煤粉的挥发分基本已燃烬（经实地测定飞灰中挥发分含量为2 %），因此进入锅炉尾部烟道的未燃烬的煤粉绝大部分是固定碳。固定碳的着火非常困难(着火点在1 000℃左右)，而尾部烟道达不到这么高的温度，因此没有引发二次燃烧的条件。此外，为了加强运行的安全性，在利用微油点火进行锅炉冷态启动时，可以增加尾部烟道吹扫的次数，来防止未燃烬煤粉的堆积量。微油改造实践也表明，进行微油改造后机组运行安全可靠，未发生任何二次燃烧和爆燃的事故。

5.4 环保效益

锅炉在启动和停炉过程中，因为担心未燃烬的燃油在电除尘器电极上沉积，对电除尘产生破坏，因此不投用电除尘。采用微油技术后，由于燃油量非常微小且燃烬率极高，不存在未燃烬的燃油在电除尘电极上沉积的问题，因此可提前投入电除尘。这样就大幅度减少了粉尘的排放，避免了环境污染，具有显著的社会效益和经济效益。