微油点火及稳燃技术在1000MW机组塔式炉上的应用

王国红

【摘要】：介绍了铜山华润电力有限公司2×1000MW超超临界机组塔式炉燃油系统的配置情况。微油点火及稳燃技术是一项在2000t/h及以下等级的锅炉上成熟运行的典型节油技术，通过对机械雾化微油点火装置的工作原理及系统组成的分析，从点火前的汽水系统的升温准备、原煤加仓的优化及微油系统的准备、微油油枪的启动及停止参数调整、微油煤粉燃烧器的投运、水冷壁合理温升中应力的控制等方面系统阐述了微油点火装置在1000MW机组塔式炉上的应用技术。介绍了微油点火系统在锅炉冲管、冷态启动、低负荷稳燃等典型工况下的应用的经济效益。微油点火及稳燃技术在超超临界塔式炉上取得了非常好的节油效果，获得了显著的经济效益和社会效益。

【关键词】：塔式炉微油系统点火稳燃经济分析

引言

我国是一个石油消耗和进口大国。国家发改委在“节能中长期专项规划”中明确提出：“十一五”期间，电力等行业节约和替代燃料油的目标是3800万吨。

在我们现阶段燃煤电厂的锅炉生产中，如何降低燃油消耗成为越来越重要的话题。近几年来，微油点火和微油稳燃技术在很多电厂得到了广泛的运用[1]。

1微油系统概况

铜山华润电力有限公司2×1000MW机组配套使用上海锅炉厂生产的超超临界参数变压运行螺旋管圈、四角切圆燃烧、固态排渣塔式炉。锅炉型号：SG-3044/27.46-M53X。

锅炉配置直吹式制粉系统。磨煤机型号为ZGM133N，设计满负荷运行时五运一备用。基建后期，根据微油系统在300MW机组的成熟应用，决定加装微油系统，系统组成如下。

1.1减压系统

为了保证微油系统运行的稳定性，防止炉前油系统工况变化影响微油运行，同时节约基建成本，微油系统的供油从炉前进油快关阀前引出。微油供油设置两路减压装置，每路减压装置各由一个机械减压阀及其前后手动截止阀组成，通过减压装置后将炉前燃油母管的油压由3.1MPa左右降低到1.0～1.2MPa，汇总到炉前微油母管，然后独立送到B磨8个微油燃烧器对应的油角阀处。在减压阀后的微油母管上单独引一路至一侧（A侧）空预器热一次风门管道上，用于锅炉点火后加速提高一次风风温，满足启B磨要求。

1.2燃烧装置

油燃烧装置主要由组合式气动推进器、安装支架、稳焰器、油枪和点火枪等组成。燃烧装置将点火枪、油枪组合在一起，由组合式气动推进器统一控制，因而结构紧凑、安装方便、动作协调、性能可靠。四角油枪前各配置一个手动截止阀及气动角阀，便于有效隔离小油枪及快速切断燃油。考虑到一次风道空间小、位置隐蔽，漏油后危险性大，启磨小油枪前配置一个手动截止阀及两个串联的气动角阀。该系统与灭火保护系统及就地程控系统配合，可自动完成点火枪、油枪的进、退和点火、燃烧。

1.3配风系统

为了保证微油系统运行的稳定性，减少配风系统受锅炉风烟系统的影响，单独配置了油配风系统及启磨风系统。油配风系统由油配风机及相应的风门挡板组成。油配风母管环绕锅炉一周，每个小油枪单独设置一个配风支管，在进入微油燃烧器前均设置调节阀门，便于在微油点火及燃烧过程中合理配风。启磨风系统则为启磨燃烧器稳定运行提供独立的配风，由启磨风机及相应的风门挡板组成，在进入微油燃烧器前也设置调节阀门，便于点火时调节风速，确保一次风道的运行安全。

1.4控制、监测系统

控制与监测系统完成微油系统所有设备关联的状态、指令等信号接入到DCS，通过DCS完成微油点火系统的启停程控、故障报警、联锁保护等。主要有就地点火控制柜、风机运行控制柜、DCS远程控制、可见光火检、壁温监测、风速检测系统等。

2微油技术燃烧原理及特点

微油燃烧方式国内典型的有机械雾化的微油系统及压缩空气雾化的气化油枪系统，其基本原理略有差异。铜山华润采用了机械雾化的微油系统。

2.1微油点火原理

微油燃烧系统主要由微油点火系统、微油小油枪、配风系统和配套的煤粉燃烧器组成。其工作原理如下：具有一定压力（1.0～1.2MPa）的燃料油通过分油器进入雾化旋流片，在雾化旋流片的切向槽中转变为高速旋转液流，离开喷嘴出口处即形成一股中空的锥体状高速旋转薄膜流，该薄膜流被油配风的空气流冲击、撕裂、破碎后进一步雾化成边前进边扩容的油雾。油雾被高能点火枪点燃后，在油枪内部稳焰罩的小空间内初步燃烧，同时使尚未燃烧的油雾加热、扩容，在极短的时间内促使这部分油雾蒸发、气化，并将其进一步链接点燃。油雾燃烧率瞬间迅速提高，温度急剧上升，形成中心温度高达1500℃以上的锥体状高速火核。火核冲出稳焰罩后进入到中空的煤粉燃烧器内，将部分热量加热稳焰罩外的煤粉，使煤粉完成初次加热。在煤粉燃烧器出口处，火核前进中对煤粉燃烧器内喷出的煤粉冲击、卷吸，完成一级点燃，形成一级煤粉燃烧区。油雾、煤粉共同燃烧产生的高温烟气与邻近煤粉进一步混合，一级燃烧释放的热量使邻近的混合后的煤粉迅速升温，并将其中挥发分瞬间大量析出，在高温环境下燃烧，形成了煤粉的分级燃烧。燃烧产生的能量逐级放大，远超过煤粉燃烧所需要的着火热，于是煤粉持续点燃、燃烧、扩散，形成煤粉的稳定燃烧。小油枪结构如图1所示。小油枪冷态下直接点燃煤粉的现场图如图2。

图1机械雾化小油枪结构示意图 图2小油枪冷态下直接点燃煤粉的现场图

2.2微油点火特点

微油小油枪点燃煤粉是在煤粉燃烧器内部完成，具备以下几个特点。一、粉包火。煤粉燃烧器里中心区是高温火核，周边是煤粉，既有利于煤粉的点燃，又有利于保护燃烧器，防止燃燒器被烧坏。二、煤粉燃烧是逐级点燃、逐级放大的过程，形成燃烧的链接反应过程。三、油雾燃烧产生的热量全被煤粉吸收并直接点燃煤粉，大大降低了点燃煤粉所需要的燃油量。

3微油点火在运行中的应用技术

微油点火在理论上可以点燃任何参数的煤粉，并可以与任意参数的磨组配套使用。但是在实际运行中，一方面要保证燃烧系统自身安全稳定，另一方面更要和机组启动过程的汽水升温升压等要求相匹配。因而给微油系统的正常投运设置了一定的边界条件，具备了自己独特的应用技术。

3.1入炉煤的参数选择

影响微油点火正常稳定运行的煤质参数除全水分Mt外，主要有入炉煤低位发热量Qnet、空干基挥发分Vad及硫分St，ad三个典型指标。入炉煤低位发热量Qnet越高，煤粉越容易着火并燃烧，但是根据300MW机组微油运行经验，热值大于5500kcal/kg后，在点火五、六个小时后燃烧器喷口很容易结焦，严重时甚至烧塌燃烧器。热值偏低则不易着火也不易燃尽。空干基挥发分Vad对着火及燃烧的影响与低位发热量的情况相似。硫分St，ad越高，越易着火同时也很容易造成喷口结焦甚至焦块堵死喷口。燃油及煤粉燃烧器可靠运行的煤质参数为：全水Mt≤10%；22%≤空干基挥发分Vad≤30%；4600kcal/kg≤低位发热量Qnet≤5000kcal/kg；全硫St，ad%≤1.0%。

3.2小油枪运行参数的选择

由于微油燃烧器在点火及助燃过程中，稳定着火时要满足自身的特定条件。小油枪点火前，除了要及时清除油枪内的杂质以提高雾化效果外，点火前要注意调整油枪前的油压在1.0～1.2MPa，油配风机出口调节挡板的开度置于30～35%，油配风母管风压控制在0.14～0.17kPa，风速调整为13～16m/s，四个角8支小油枪对应的风门开度为45%～55%，具体调整时发现点火不成功，一般在就地将风门开度关小至30%～35%后即有显著效果，点燃后再将风门开度开大至45%～55%。启磨风机出口调节挡板的开度置于55～60%，风道小油枪的油配风母管风压控制在0.21～0.26kPa，风速调整为24～28m/s为宜。

3.3磨组参数的选择

由于微油燃烧器安装在煤粉燃烧器内，使得煤粉燃烧器在运行时阻力相应较大。磨组一次风量较高时可以确保喷口的安全，但是会导致煤粉燃烧率显著下降；一次风量较低时有助于煤粉燃烧但是在炉膛冒正压、制粉系统扰动等情况下，易造成煤粉因动力不足而脱落，严重时造成燃烧器喷口结焦。磨煤机分离器转速越高，磨制的煤粉越细越有利于煤粉的点燃和燃尽，但是易造成磨组因磨辊打滑而间断性振动。启磨时磨的出口风温高，有利于煤粉燃烧，但是投油加热的时间要延长，导致耗油量增加。此外，由于刚投粉时炉膛内需要的热负荷较低，为了控制汽水温升速度要严格控制煤量，但是煤量低极易造成磨组振动大，而液压加载力的下限值不能下调，否则易导致磨组的损坏，此时要注意加仓颗粒多的煤种。

通常情况下，投运微油点火的磨组时，该磨组的进口风温（冷风调门全关）达到145℃可以启动磨组并稳定运行。给煤量初始值在26～30t/h左右，磨组的一次风量调整范围为98～105t/h，磨组的出口温度控制在60～95℃范围内、旋转分离器转速降低到110～180rpm内即可（若磨组振动很小，可以增加分离器转速）。

3.4冷态启动过程的关键控制技术

由于塔式炉水冷壁管使用T23钢材，钢材的特殊性决定水冷壁管的温升速度不宜太大。据较为成熟的现场经验，整个启动过程中水冷壁管的温升速率不宜超过2.0℃/min，短时速度不宜超过3.5℃/min，否则易出现管材硬度增加、管壁间应力超限导致启动后水冷壁泄漏的事件发生。通过对汽水系统的调整、燃料的投运调整即可取得满意的效果。

3.4.1通过优化冷态清洗，提高炉水温度

目前除外高桥三厂及少数技改后的塔式炉使用邻炉加热外，其他大多数电厂均没有配置邻炉加热系统，但是现场运行中可以通过调节除氧器水温达到显著提高炉膛温度的目的。

锅炉完成上水后，即开始进行冷态清洗。通常上水温度控制在100～107℃，经过高压加热器、给水管道、省煤器后，进入水冷壁的水温通常约45～50℃。在进行冷态清洗过程中，大量不合格的炉水被排放掉。持续不断的水冷壁清洗过程，其实也是不断提高壁温的过程。在这个过程的中后阶段，通过提高本机高压辅汽联箱的压力至0.7～0.8MPa左右，可以缓慢提高给水温度至165℃左右。完成冷态清洗后，水冷壁出口炉水温度可以提升至115℃左右，锅炉已经起压。

3.4.2大油枪暖炉，小油枪点燃煤粉

完成冷态清洗后，炉膛温度一般在120℃左右，此时尽快启动送引风机完成炉膛吹扫。由于炉膛吹扫过程是高温水冷壁冷却的过程，炉膛吹扫期间即启动油配风机及启磨风机。完成吹扫后立即点燃一层B磨或C磨的大油枪暖炉。打通B磨通风通道，启动对应的一台一次风机，开始投运热一次风道内的启磨小油枪及B磨对应的8支小油枪。大油枪暖炉约1小时，启磨小油枪运行时间超过40分钟后，B磨的进口风温约提高至150℃左右，可以启动B磨。B磨给煤量加至26t/h左右，撤掉2支大油枪，控制住热负荷，然加煤至30t/h左右，撤掉另外2支大油枪。在撤大油枪过程中，严密注意煤量和大油枪的匹配，可以控制水冷壁管溫升<3～3.5℃/min。给煤量加至35～40t/h左右时，水冷壁管温升速度约0.7～1℃/min，控制效果与单独投用大油枪的温升速率相媲美。

在冷态清洗甚至更早的时候就要进行各小油枪的带油试投，确保点火时能顺利投运。

投油期间可以进一步提高高压辅汽联箱的汽压至0.85～0.9MPa左右（通过邻机冷再提压），并进一步提高给水温度。本炉主汽压升高至0.9MPa以上时，控制高旁减温水流量，利用高旁排汽投运#2高压加热器，此时可以进一步提高给水温度20℃左右，有助于炉膛温度的进一步提升。

4结论

1000MW机组塔式炉炉内容积大，采用微油点火及稳燃技术后，通过预提炉内温度、大油枪暖炉、小油枪点粉等技术，可以有效控制能量的释放速度，与水冷壁钢材T23的温升要求完美匹配，从而大幅度降低燃油费用及其他费用，具有优越的的经济效益。该技术对其它机组极具有推广价值和借鉴意义。

参考文献

[1]郑文广，思顺勇，朱良松等.1000MW机组启停节油技术研究.中国电力，2014，47（4）：38-43

[2]张人超.等离子点火技术与微油点火技术在1000MW机组应用的技术性和经济性比较.广东电力，2013，26（3）：113-117.