1000 MW超超临界机组微油点火系统调试及运行

2010-07-13陈文谢国鸿朱光明杨剑锋

湖南电力 2010年1期

陈文，谢国鸿，朱光明，杨剑锋

(湖南省电力公司试验研究院，湖南长沙410007)

大型工业煤粉锅炉的点火和稳燃一般都是采用燃烧重油或天然气等稀有燃料实现的，随着世界性的能源紧张尤其是石油能源形势日趋严峻，国务院及各级管理部门对火电厂节能工作提出了很高要求。在国家的各类科技专项计划当中，也将节油节电技术研发作为重点。《国家电力公司火电厂节约用油管理办法 (试行)》要求，应从电厂设计、设备选型、施工、检修及运行等全过程加强管理，并根据实际情况积极采用成熟、可靠的点火及稳燃技术对锅炉进行改造，大幅度降低火力发电厂用油。各火力发电厂从自身经济效益角度出发，大力引进节油新技术，或采用合适的节油设备和装置来减少耗油量。无油、微油点火技术不断地应用于火力发电机组，目前节油点火燃烧技术主要有等离子点火技术和微油小油枪点火及稳燃技术，已经在很多新建火电工程上得到了应用，徐州彭城电厂三期工程2×1000 MW超超临界机组采用微油点火系统，实现锅炉微油点火启动和低负荷稳燃，节能效益显著。

1 设备概况

1.1 系统概述

徐州彭城电厂三期工程2×1000 MW超超临界机组锅炉为上海锅炉厂引进先进技术设计的超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛塔式布置、一次中间再热、四角切向燃烧、摆动喷嘴调温、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊结构、露天布置。采用中速磨煤机正压直吹式制粉系统，5台磨运行带锅炉BMCR工况，1台磨备用，设计燃用烟煤。锅炉最大连续蒸发量3 044 t/h，过热器出口压力27.46 MPa，温度605℃，采用中速磨煤机一次风正压直吹式制粉系统，

1.2 燃烧系统

锅炉设计煤种是晋中烟煤，校核煤种是徐州混煤，煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动式燃烧器，采用典型的LNTFS燃烧器布置，自下而上分别是A，B，C，D，E，F，每个角6支油枪，每层4个燃烧器，每个燃烧器由2个煤粉燃烧器组成(由1根粉管在炉前经分配器一分为二而成)，每台磨煤机出口由4根煤粉管道接至同2层四角布置的煤粉燃烧器，共设有12层煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风 (周界风)。燃烧器风箱分成独立的3组，下面2组风箱各有6层煤粉喷嘴，对应3台磨煤机，在每相邻2层煤粉喷嘴之间布置有1层燃油辅助风喷嘴。每相邻2层煤粉喷嘴的上方布置了1个组合喷嘴，其中预置水平偏角的辅助风喷嘴 (CFS)和直吹风喷嘴各占约50%出口流通面积 (一、二次风喷嘴布置见图1)。在主风箱上部布置有SOFA燃烧器，包括6层可水平摆动的分离燃尽风 (SOFA)喷嘴 (见图2)。

图1 一、二次风喷嘴布置图

图2 分离燃尽风 (SOFA)喷嘴布置图

在煤粉燃烧器BⅠ，BⅡ (对应B磨)上安装了8套微油点火燃烧器，冷态启动时启磨热一次风的来源为风道燃烧器预热一次风的方式，风道燃烧器安装在A空预器出口热一次风管道上，2台轴流一次风机出口没有联络门。系统简图见图3。

图3 微油风烟系统简图

2 节油点火技术介绍

目前锅炉节油点火方面采用的技术比较多，像等离子体点火、电感应加热直接点火、激光加热点火、易燃气体直接点火、微油小油枪点火、高温热空气直接点火技术等，但在工程中实际应用较多的主要有3种:等离子点火;微油点火;热空气直接点燃煤粉。等离子点火最早开始运用，点火系统主要由等离子发生器 (及电源系统)、暖风器系统、空气系统、冷却水系统和监控系统组成，目前国内已经有300多台锅炉采用等离子点火装置。它主要是利用直流空气等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T＞5 000 K的梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在极短时间内内迅速释放出挥发物，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。

微油点火近些年开始在电厂出现，一般利用气化小油枪或者机械雾化小油枪直接点燃煤粉，已有100多台锅炉采用微油点火装置。热空气直接点燃煤粉装置利用高温空气作为煤粉气流的点火热源，至今有多台锅炉应用业绩。以上3种点火技术都是通过改造煤粉燃烧器为内燃烧室，在燃烧器内部将煤粉点燃，从而代替常规大油枪在炉膛内点燃煤粉。目前新建机组很多采用等离子点火或微油点火方式，既作为点火燃烧器，点火和稳燃用，又作为主燃烧器。节油点火技术在原有煤粉燃烧器喷嘴改造时，一般都采用了煤粉浓缩、火焰能量逐级放大等，只是其点火火源不同而已，其点火经济技术比较见表1。

表1 节油点火技术比较

3 本工程锅炉微油点火系统技术方案和特点

微油点火系统由双强煤粉燃烧器、双强油燃烧器、双强燃油及吹扫系统、双强油配风系统、燃烧器壁温在线监测系统、启磨风加热系统、控制系统等组成，燃油压力 1.0 MPa，每只小油枪出力150 kg/h，油燃烧器采用高能点火器点火，双强煤粉燃烧器有点火和低负荷稳燃作用，在锅炉正常运行时，可作为主燃烧器使用。

3.1 煤粉燃烧器

双强煤粉燃烧器 (图4)，采用环形浓淡分离和气膜冷却相结合，一次风粉经过环形浓淡器进行浓淡分离，浓相一次风进入煤粉强化燃烧室，淡相一次风进入淡相气膜风通道。浓相一次风在煤粉强化燃烧室被强化燃烧的高温油火焰迅速加热升温，挥发分迅速析出并燃烧，油的燃烧和挥发分的燃烧放出大量的热，持续对一次风进行加热，将其加热至远高于煤种的着火温度，将煤粉点燃后形成高温火炬喷入炉膛。淡相一次风一方面对煤粉强化燃烧室和煤粉燃烧器喷口进行冷却，另一方面提供浓相煤粉后续燃烧所需要的部分氧量，并在混合的过程中使淡相一次风中的超细煤粉燃烧，增大煤粉的燃尽率。同时根据煤种和燃烧器的结构等条件在燃烧器喷口处开设气膜窗口，引入二次风作为贴壁气膜冷却风，对喷口局部高温部位进行二次冷却，确保燃烧器不烧蚀、不结渣。

图4 煤粉燃烧器示意图

3.2 双强油燃烧器

主要由双强油枪、高能点火枪、油火检、燃烧筒、配风筒等组成，如图5所示。

图5 双强油燃烧器结构示意图

双强油枪采用简单机械雾化方式，油喷嘴主要由分油盘、旋流片、雾化片等组成。1 MPa压力的轻柴油经过分油盘后进入旋流片，产生高速强烈旋转，高速强烈旋转的油流通过雾化片喷孔，形成旋转的中空锥型油薄膜，油薄膜在离心力的作用下，进一步撕裂、破碎。双强燃烧筒的配风采用分级低压强制配风的方式，根据油雾逐步燃烧所需要的风量，分级逐步配风，燃油与风混合均匀、强烈，火焰燃烧剧烈、稳定性高，火焰中心温度高达1 800～2 000℃，燃尽率高达99%以上。同时，由于采用分级低压强制配风，助燃风在参与燃烧之前，在油燃烧筒内壁形成完整的气膜保护层，对燃烧筒进行充分的冷却，燃烧环境为一种绝热的环境状态，因此火焰温度极高，而油燃烧器筒壁却只有常温的温度。

3.3 双强燃油及吹扫系统

双强燃油采用母管制，燃油母管引自锅炉燃油平台进油快关阀后，双强燃油母管上配置有手动截止阀、过滤器 (一用一备)、压力表、自立式稳压阀等，将原油系统3.5 MPa的油压降至1.0 MPa，满足微油油燃烧器的使用。经过减压后的燃油分往各双强燃油支管，支管路配置手动截止阀、快关阀、过滤器、压力表、金属软管等。每路双强燃烧器配有压缩空气吹扫。

3.4 双强油配风系统

双强油配风设计有2路，一路取自一次风机出口的冷一次风管路，一路来自油配风风机，如图6所示。

图6 油配风系统图

3.5 燃烧器壁温在线监测系统

为在线监测运行时燃烧器的壁温，保护燃烧器不发生烧损现象，在每台燃烧器的高温位置加装2套测温热电偶。

3.6 启磨风加热系统

冷炉启磨热一次风的来源为在热一次风道上加装风道燃烧器预热一次风的方式。在热一次风一侧母管上安装风道燃烧器加热一次风，安装位置在一次风母管弯头处，沿宽度方向布置1台300 kg/h出力的油燃烧器。在冷炉状态时，通过风道燃烧器燃烧产生的热量加热一次风，当风温达到磨煤机入口温度要求时，即可启动磨煤机制粉并实现热风送粉。

3.7 控制系统

双强点火控制系统的设计主要包括双强点火程序的设计、系统保护逻辑及与DCS连接3部分。

微油点火系统特点

从系统设计上可以看出，微油点火系统的特点有:①新机组试运以及冷炉启动节油率 (以煤代油)，根据煤种不同可达75% ～90%以上。② 双强微油点火煤粉燃烧器在点火期间作为点火燃烧器使用，正常运行期间作为主燃烧器使用，不影响锅炉空气动力场和组织燃烧。③单只双强油燃烧器容量较小，在20～400 kg/h间，可点燃烟煤、褐煤、贫煤等，基本满足电厂常用煤种的需要。④双强油燃烧器燃尽率高，点火后即投粉，电除尘投入较早，减小了对环境的影响。

4 微油点火系统调试值得注意的问题

4.1 FSSS控制逻辑设计

由于采用双强点火系统启动锅炉，勿需大油枪助燃即可启动磨煤机，因此FSSS逻辑设计与锅炉通用逻辑不同。在FSSS设计中B磨煤机有“正常运行模式”与“少油点火运行模式”2种，并可相互切换，从而实现磨煤机FSSS逻辑切换功能。在“正常运行模式”下运行时，B磨煤机维持原有的FSSS逻辑。在“少油点火运行模式”运行时，B磨煤机FSSS启动条件中增加8套双强少油油枪运行正常的条件，略去大油枪点火能量支持。B磨煤机在“少油点火运行模式”下，当2只双强少油油枪装置工作故障时，联锁停该磨煤机 (2/8无火检，联锁跳闸磨煤机)。锅炉MFT时，双强少油油枪全部跳闸，并禁启。燃烧器壁温高退出微油运行(超过700℃时小油枪自动退出运行)。

4.2 升温升压控制的问题

因为用小油枪直接点燃燃烧器内的煤粉，对应磨煤机的最低出力 (受磨煤机最低出力的限制，在煤量小于30 t/h时磨煤机振动较大)直接影响到锅炉的升温升压速率，如果磨煤机的最低出力太大，冷态启动时点火初期进入炉膛的热值过高，引起锅炉升温速度太快，最后导致锅炉受热面金属热应力过大，缩短金属寿命。锅炉在使用微油点火时一定要先确认小油枪已经点燃，然后再投用一次风加热系统，这样可以避免B磨煤机内的剩余煤粉(如果有)在没有点燃的情况下直接喷人炉膛。无论微油点火系统是否投用，都要加强监视燃烧器的金属壁温，避免燃烧器过热、结焦及烧损。

4.3 油配风调整和控制

4个角8个小油枪的油配风速和风量由单独的手动挡板门根据实际需要进行调整，主要通过观察实际着火情况及监视燃烧器的2个壁温温升来确定调整开度。燃烧器的壁温正常情况下不超过400℃，正常运行时在150～300℃。从运行调整来看，点火初期四角风机出口母管上的风速控制在12～15 m/s，1，4号角手动挡板门开度在40%，2，3号角手动挡板门开度50% ～60%%，基本可以确保正常运行。在投运时，若油枪点燃后又熄灭，可以将手动挡板门关至30%左右，油枪已点燃且火检稳定后再开大手动挡板门的开度至50%左右。

4.4 启磨热风预加热系统调整和控制

在锅炉启动初期，热一次风温度较低，一次风粉温度偏低也很难保证微油点火系统的良好着火和燃烧、燃尽。启磨热风预热系统的运行需保证风道燃烧器的稳定运行，一方面需要保证启磨风机出口的风速合理，宜控制在25～30 m/s，空预器出口的热一次风压不高于12 kPa;另一方面需要确保火检的可靠运行，同时监视风道燃烧器的温度变化，正常运行时温度可以加热到300℃。油枪出力在300 kg/h时，磨煤机给煤量在35～40 t/h时，磨煤机出口的一次风粉温度可控制在60～90℃。当空预器进口的烟气温度达到150℃时，可以退出风道燃烧器运行，此时从冷态启动约1 h左右。

4.5 磨煤机通风量的控制

磨煤机设计的最低通风量为88.5 t/h，但实际运行的最低风量较实际值较高，一般在100 t/h左右。磨煤机通风量主要影响煤粉浓度及着火情况，不宜将通风量控制得过高，煤粉浓度降低和一次风速提高都会使点火初期的煤粉着火燃烧状况恶化。若通风量控制得较低，低于90 t/h时，发现微油点火燃烧器的内壁温度温升较快且不稳定，运行时最高达到420℃左右。