渣油燃烧器脱火的原因分析及处理

高 松

(黑龙江省电力科学研究院,哈尔滨 150030)



渣油燃烧器脱火的原因分析及处理

高 松

(黑龙江省电力科学研究院,哈尔滨 150030)

针对某电厂渣油燃烧器在调试过程中出现燃烧脱火、无法稳定燃烧等问题,笔者根据燃烧学相关理论,分析了该厂渣油燃烧器脱火的主要原因,提出加装蒸汽旋流片、优化运行方式、改善配风等切实可行的改造措施。结果表明,油枪雾化效果差,缺乏良好的火焰锋面是渣油燃烧器脱火的主要原因。该厂锅炉燃油加热系统经过改造后,优化了油系统运行方式,改善了配风,提高了燃油温度、炉膛温度,消灭了渣油燃烧器脱火现象,确保了该厂锅炉稳定燃烧。

燃油燃烧器;燃烧脱火;油雾化;配风

某电厂锅炉点火及稳燃用油采用大庆减压渣油,每只燃烧器共设有三层油点火燃烧器,作为锅炉启动时暖炉、煤粉喷嘴点火和低负荷稳燃之用。但是,在该电厂锅炉调试过程中,出现了渣油燃烧器脱火、无法稳定燃烧等问题。本文根据燃烧学相关理论分析了该厂渣油燃烧器产生的脱火原因,并采取相应解决办法，保证了该厂锅炉燃油加热系统安全经济运行。

1 油枪点火难的原因分析

某电厂锅炉四角三层12只油枪的热功率为锅炉最大连续负荷时燃料总放热量的25%,单只油枪热功率16.41 MW。油枪采用简单机械雾化,设计单只油枪额定出力为1400 kg/h,油枪入口油压力为2.94 MPa;油点火装置中设有可伸缩的高能点火器,可直接点燃燃油。

1.1 缺乏良好的火焰锋面

燃油在炉膛燃烧时,需使燃烧器出口的油雾有一个合适的着火位置或者着火前沿。此前沿过早会烧坏喷口,过晚则不利于燃烧稳定,甚至灭火,因此需要确定合适的风速。当出口的风速与火焰传播速度相等时,火焰就在该处稳定下来。

在锅炉试运过程中,采用不同的配风方式组织燃烧,机械雾化下油系统试运相关参数如表1所示,其中OA为油枪层二次风挡板,A为紧挨油枪下二次风挡板,B为紧挨油枪上二次风挡板。

该炉油枪在试验工况中始终脱火,无法实现稳定燃烧,分析其原因为火焰传播速度很低,缺乏良好的火焰锋面。

层流火焰传播速度[1-2]为

(1)

式中:a为气体导温系数;Q为可燃混合物的反应热;W为反应速率;Ta为反应的理论燃烧温度;T0为可燃混合物初温;E为燃料活化能;R为摩尔气体常数。

表1 机械雾化下油系统试运相关参数

大尺度强湍流动下的火焰传播速度为

(2)

式中W′为湍流脉动速度。

由式(1)、式(2)可知,层流、湍流对火焰传播速度的影响很大。但是,现场的客观条件显示,油雾反应速度为火焰传播速度最大的影响因素。油雾反应速度增加,层流、湍流火焰传播速度增加;反之,火焰传播速度降低。

经过现场观测,发现油的燃烧反应极不稳定,没有形成良好的火焰锋面,火焰传播速度很低。究其原因为油雾燃烧反应速率W很低,油雾化效果差。

1.2 雾化效果差

油雾化的原理:液体扩展成薄膜或很细的射流,在运动过程中受到不同性质力的作用,形成雾化[3-4]。液体受到不同性质的力按照其对雾化的不同作用分为两种:1)表面张力和粘性力(内摩擦力)使液体保持原有的形状;2)外来作用力(包括液体惯性力和气动力)通过破坏液体的力平衡状态,导致液体逐渐失稳破碎,使其成为大小不同的液滴。

根据液体雾化原理,要使液体从整体状态全部分散成液滴状态，必须经历2个物理过程:1)将液体扩散为很薄的液膜或很细的液束;2)将液膜(或液束)破碎为各种尺寸的液滴群。这是确定雾化结构时应遵循的基本原理。雾化粒度d与液膜厚度t之间的关系[5-6]为

d∝t0.55

(3)

由式(3)可知,在第一阶段形成的液膜越薄或液束越细,越容易得到较细的雾化粒度。应用机械雾化方式的雾化片如图1所示。

图1 雾化片示意图

燃油经过旋流片时,虽然形成旋转运动的薄液束,但老厂燃油加热系统最大能力是把油温提高到120 ℃,始终低于设计值130～150 ℃。燃油实际运行时的粘度远大于设计粘度,油温度低,其粘性力大,油液束流经雾化片时无法有效破碎成更细的液滴群,雾化效果变差,以致燃烧难度增加,不能形成良好的火焰锋面,出现脱火、淌油等问题。

1.3 系统设计

在燃油系统设计时,4号角油枪的进油管比2号角油管路长,所以沿途阻力大,管道的节流、散热损失大,造成了燃油温度下降、粘度增加,循环效果变差,燃油优先在近路(如2号角)循环。虽然老厂加热系统大幅度提升了油温,但是4号角油温变化并不显著,燃油也没有形成有效的循环,以致4号角油枪在实际试运过程中的雾化效果最差。

1.4 油枪堵塞

油枪管道经过吹扫,仍有部分残屑存留,堵塞油枪的分油嘴,直接影响到油的雾化效果。

2 改造方案

2.1 加装蒸汽旋流片

由于某电厂锅炉燃油加热系统机械雾化方式无法达到理想的雾化效果,因此,在油枪机械雾化的基础上,在油喷嘴外面加1个蒸汽旋流片。这样经旋流片喷出的蒸汽,可以起到加热油滴、改善油雾化效果的作用。

旋流片的旋流角度对油枪的稳燃有很大的影响。若进入油雾化角的蒸汽过多,则油不易点燃,很容易熄火;反之,蒸汽偏离油雾化角很远,其对油稳燃的作用也不大。通过反复试验,得出试验结果:在蒸汽喷出油枪后,要尽可能贴近油雾化角,以保证锅炉稳定运行;根据雾化蒸汽的压力和温度,调节雾化蒸汽的流量,即喷出的蒸汽能使喷嘴出口的燃油得到有效加热,同时蒸汽在膨胀时,可以将蒸汽附近的油进一步破碎为更细的油雾。

2.2 优化油系统运行方式

1) 当锅炉处于低负荷、燃烧不稳定需要油进行助燃时,燃油系统的循环状态为四角循环。

2) 锅炉处于正常燃烧状态、燃料为煤粉、油枪作为备用时,可将燃油系统转至油母管循环,并利用油枪进油管与油枪的蒸汽吹扫管对炉前燃油系统供、回油管道进行吹扫。

3) 机组需要油助燃时,将燃油系统转至炉前四角循环,这样能有效防止炉前油管的重油凝结。

通过反复试运表明:锅炉冷态投入油枪时,宜先投入1、3号角的油枪,再投入4号角油枪,能保证较高的点火成功率。通过各种工况比对,得到油的燃烧状态最佳运行工况,如表2所示。

表2 油系统改造后试运相关参数

从表2可以看到,OA层开度初始时设定为24%,逐步调整风门开度,火焰稳定时的开度为55%。

2.3 提高燃油温度和炉膛温度

在机组启动之前,要求油区尽力提高供油温度,同时提前24 h,提高炉前燃油系统伴热蒸汽的压力和温度,开大燃油伴热的蒸汽量;适当提高油压,加大燃油循环量,以提高循环效率、建立良好的油循环。

在锅炉点火前,投入炉底加热系统,以提升炉膛的出口温度到100 ℃以上,减小了水冷壁冷辐射对油燃烧时的影响,有利于油枪的点火及稳燃。

2.4 改善配风

配风对油滴粒径影响很小,对雾化锥的形态影响很大,过多的配风会使多余的冷空气进入燃烧区域而带走热量,降低燃烧的稳定性。

通过增加稳燃罩出口风的旋转强度和加装稳燃环,提高旋转气流中心负压,卷吸周围更多的高温烟气回流,形成稳定的点火源。同时,避免配风过大,出现脱火、熄火现象。通过不同工况下的试验,得出最佳配风。

2.5 加强维护

在油枪点火前,加大油枪管的吹扫,保持油枪内部干净,投油前检查油枪的清洁度。

3 改造后的效果

通过对该炉燃油加热系统进行改造后,油枪雾化效果理想,脱火现象消失,燃油能实现稳定的燃烧,成功解决了该炉燃油加热系统油枪脱火问题。同时,建议改造老厂燃油加热系统,使油温提高到设计值,改善渣油的燃烧状况。

4 结 论

1) 油枪雾化效果差,缺乏良好的火焰锋面是某电厂锅炉渣油燃烧器脱火的主要原因。

2) 火焰前锋和风速的合理搭配才能实现火焰稳定燃烧。

3) 通过加装蒸汽旋流片,改善油的雾化效果,优化了油系统运行方式,改善了配风,提高了燃油温度、炉膛温度,解决了油燃烧器的脱火问题。

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(责任编辑 侯世春)

Cause analysis and treatments of residual oil burner flameout

GAO Song

(Heilongjiang Electric Power Research Institute, Harbin 150030, China)

Aiming at the problems of the residual oil burner taking place during debugging in a power plant, such as combustion flameout, unsteady combustion and so on, the author analyzed the main causes according to the related combustion theories, and proposed the feasible reform plan, including the installation of steam swirl plate, the optimization of operation mode and the improvement of air distribution. The result shows that the main reasons for residual oil burner flameout are ineffective atomization of oil gun and flame front. After the reform of boiler oil heating system, the steady combustion of the boiler is guaranteed with optimized operation mode of oil system, improved air distribution, and increased temperature of oil and furnace without flameout.

oil burner; combustion flameout; oil atomization; air distribution

2015-08-18。

高 松(1986—),男,硕士研究生,从事锅炉燃烧研究工作。

TK223.23

A

2095-6843(2016)02-0182-03