气化小油枪点火技术在张家口发电厂的应用研究

赵璐

关键词：气化小油枪 点火 控制 节油

1 前言

中国是一个能源消费大国，一次能源煤多油少，其中火电机组是燃油消耗大户。据统计，火电机组每年消耗至少1 800万吨燃油，其中约900万吨燃油通过锅炉点火和低负荷稳燃消耗[1]。面对如此严峻的形式，积极开发和推广电站节油技术，降本增效已成为当前我国火力发电机组的迫切需要。

气化小油枪点火技术具有初期投资少、煤种适应广、操作简单、维护方便、节油环保等突出优点，已在大型火电机组中得到了广泛应用，而且符合国家节能减排的政策，具有良好的经济效益和社会效益。

本文以张家口发电厂#1机组锅炉点火系统改造为依托，在广泛调研国内外主流节油点火技术的基础上，提出了应用气化小油枪点火技术进行改造的方案，并对改造后在运行中出现的问题进行了研究，对320 MW燃煤发电机组的微油改造工程具有一定的借鉴意义。

2 点火系统概况

2.1 设备概况

1号机组锅炉采用的是由东方锅炉厂生产设计的DG1025/18.2-Ⅱ4 型锅炉，属于亚临界参数、自然循环汽包炉。制粉系统为6台ZGM95型变加载磨煤机，采用中速碗式磨、冷一次风、正压直吹式系统。煤粉燃烧器采用四角布置，切圆燃烧。分成上、下两组，每组三层。油燃烧器也分上下两层布置，A层布置在第三层二次风喷口内，B层布置在第五层二次风喷口内。

2.2 存在主要问题

（1）锅炉煤粉燃烧器采用一二次风间隔布置，而油燃烧器独立布置在两层煤粉燃烧器中间，煤粉气流与油火焰不直接接触，二者混合效果差，煤粉燃烬率低，尤其是在冷炉点火启动阶段，常需消耗大量燃油。

（2）在机组负荷低于130 MW时需投大油枪稳燃，油枪出力大，投运时间长，且采用简单机械雾化技术，燃油颗粒度大，雾化效果差，燃烧不完全导致烟囱冒黑烟现象较为严重。

3 气化小油枪点火技术原理

3.1氣化小油枪点火原理

先利用压缩空气的高速射流将燃油直接击碎，雾化成超细油滴进行燃烧，同时用燃烧产生的热量对燃油进行初期加热、扩容，在极短的时间内完成油滴的蒸发、气化、燃烧，使油枪在整体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。气化燃烧后的火焰刚性极强，其传播速度极快超过声速，可作为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中以煤代油的目的[2]。

3.2燃料逐级燃烧能量逐级放大原理

安装于主煤粉燃烧器上的气化小油枪燃烧形成的火焰，在煤粉燃烧器内形成温度梯度极大的局部高温火核，使进入一次室的浓相煤粉颗粒温度急剧升高、破裂粉碎，并释放出大量的挥发份迅速着火燃烧，然后由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和能量逐级放大，达到了点火并加速煤粉燃烧的目的[3]。

4 改造方案

气化小油枪点火系统由微油点火燃烧器、气化小油枪系统、高压助燃风系统、燃烧器壁温监测系统、图像火检系统及小油枪点火控制系统等组成。根据我厂1号机组锅炉及燃煤特点，为保证改造效果，设计将锅炉底层1号制粉系统对应的4只煤粉燃烧器拆除，更换为可安装气化小油枪（2×60 kg/h）的相对浓淡型煤粉燃烧器。

4.1微油点火燃烧器

新型微油点火燃烧器轴向上配套安装两支气化小油枪。燃烧器内部有煤粉浓缩和浓淡分离装置。浓缩装置将一次风粉气流分成内、外两股，并保证中心气流有合适的速度和浓度。气化小油枪在燃烧器中部燃烧产生的强燃火焰点燃浓相煤粉，在一次风的带动下逐级进入各级燃烧室参与燃烧。燃烧器出口位置增加扰流齿，扩大一次风管的煤粉和空气的接触面积，有利单角燃烧器的稳定燃烧。在锅炉正常运行阶段，气化小油枪停止工作，该燃烧器可作为普通的煤粉燃烧器使用。

4.2气化小油枪及点火枪

气化小油枪及点火枪以斜插方式安装在燃烧器中部的燃烧筒内，位置固定后无需推进、退出。油枪喷头里含有气泡雾化发生器，燃油与雾化空气通过该装置时会充分混合并产生大量气泡（即油包气），在喷头出口处受内外压差作用产生爆破式雾化。雾化后的油雾燃烧形成可靠稳定的高强度火焰，为点火初期的煤粉燃烧提供了点火能量。

4.3助燃风系统

助燃风为气化小油枪后期的燃烧提供充足的氧气，并对小油枪和油燃烧室进行冷却防止其过热。当气化小油枪系统退出运行后，助燃风作为流动气源可以保持油燃烧室的清洁，防止管道中的煤粉堵塞油孔。助燃风气源取自一次风母管，经总碟阀后沿锅炉四周环型布置，再通过分路碟阀引至各气化小油枪燃烧筒内。

4.4智能火焰检测系统

智能火焰检测系统通过智能分析火焰的闪烁和亮度变化，从而判断出燃料的燃烧情况。它由CCD摄像机、同轴电缆、智能火焰检测仪、四画面合成器、大屏幕LCD显示屏等组成。

4.5燃烧器壁温监测系统

为实时监测燃烧器壁面温度，设计在每个微油燃烧器距喷口350 mm的壁面位置上安装一支K型铠装热电偶。当燃烧器壁温升高时系统会发出声光报警信号提醒运行人员注意。燃烧器设计壁温<500 ℃。

4.6小油枪点火控制系统

小油枪点火控制系统包括对燃油系统、压缩空气系统、灭火保护等的控制。在就地配置就地点火控制柜以就地控制各阀门、点火器的动作，同时可就地/远程切换。在 DCS 中增加控制画面，将所有热工信号直接送至 DCS，由 DCS 统一调度控制，所有操作和保护均通过 DCS 实现。

5 运行中存在问题

张家口发电厂1号机组采用气化小油枪点火技术改造后，锅炉冷态点火一次成功，节油效果十分显著。但在实际应用中也暴露出一些问题。为使用好这项新技术，充分发挥它的作用，对1号机组正常运行中出现的问题进行了分析和探讨。

5.1燃油不着火

小油枪由于结构原因，枪头较细，燃油流量较小。尤其当煤质恶化导致燃烧不完全时，容易使小油枪枪头积碳而影响正常点火。因此投运小油枪点火系统前应对小油枪本体进行检查，疏通喷油孔、清除表面积碳后再进行点火。

5.2燃油着火不完全

着火不完全主要体现在形不成有效火焰或者火焰长度较短、亮度不够、火星较多等情况，这些情况的发生与燃油雾化效果有直接关系。因此出现上述问题时应及时调整雾化压力，并依据小油枪冷态标定结果使之与燃油流量相匹配，使燃油达到更好的雾化效果。

5.3燃油火焰强度不够

气化小油枪点火技术的关键在于依靠气化小油枪在燃烧器中部燃烧产生的高温、高强度火焰点燃流过的一次风粉气流，火焰的的强度和刚度决定了煤粉燃烧的效果。因此当小油枪点燃后，应及时通过CRT画面和就地观火孔判断燃烧是否良好，并通过减压阀调整助燃风压力，以保证燃油火焰拥有合适的着火距离和燃烧强度。

6 结论

张家口发电厂1号机组应用气化小油枪点火技术后，经济效益显著，达到并超过了预期要求。在使用气化小油枪点火系统几个月内未发生燃烧器结焦现象及炉内灭火打炮现象。在锅炉启、停炉及低负荷稳燃过程中气化小油枪点火系统投切自如、迅速，满足了机组安全、经济运行的各项要求。

参考文献

[1] 武强， 涂坤. 我国发展面临能源与环境的双重约束分析及对策思考[J]. 科学通报， 2019， 64（15）： 1535-1544.

[2] 张斌. 微油点火技术在200MW锅炉中的应用研究[D]. 华北电力大学（北京）， 2016.

[3] 洪涛， 韩忠凯. 气化少油点火系统在超临界燃煤机组的应用[J]. 华北电力技术， 2009（06）： 26-29.