微油点火技术在望亭发电厂的应用

2012-06-12胡隆

综合智慧能源 2012年1期

胡隆

(望亭发电厂，江苏苏州 215155)

0 引言

煤的燃烧过程是包括一次风粉混合物升温、水分蒸发、热解挥发、挥发分着火燃烧、挥发分和焦炭共同燃烧以及焦炭燃烧的过程。锅炉燃煤的本质要求是燃用劣质煤，但低挥发分煤种或劣质煤种的煤粉气流的着火性能和煤粉火焰在低负荷时的稳定性很差，在燃煤锅炉启动初期，煤粉空气混合物在冷的燃烧室中难以稳定点燃。

电厂煤粉燃烧器原设计采用2级及以上的点火模式，即在点燃煤粉前先启动点火枪或发火器点燃油枪燃烧器，喷烧易于保持火焰稳定的轻油(一级点火)，再用轻油点燃重油(二级点火)，等把炉膛烧热后才投入煤粉(三级点火)。在进行油煤混烧时，机组负荷到最低断油负荷才能断油全烧煤。在机组启动(尤其是机组冷态启动)过程中，加上汽轮机、电气系统的多项试验，燃油耗量高达100～200 t。

国际原油价格不断攀升，价格最高时每桶已突破140美元，尽管目前油价大幅度下跌，但仍维持在每桶70美元左右。燃煤电厂锅炉启动耗油量占机组年耗油量的80%以上，控制锅炉启动燃油消耗已成为各燃煤电厂面对的现实问题，传统的2级及以上点火模式已不能适应日益高涨的石油价格形势需要，各种节油点火技术不断涌现，为电厂节油、提高经济效益打下了基础。

1 节油点火技术

节油点火技术是利用节油点火器(如等离子炬或油燃烧器)将送入燃烧器的全部或部分一次风粉气流加热到着火温度，挥发分首先着火燃烧，随后焦炭燃烧。燃烧的火炬送入炉膛，就可以实现在锅炉启动初期即投入煤粉点火，以煤代油启动锅炉，以节省锅炉启动耗油。

(1)小油枪节油点火技术。该技术是在煤粉燃烧器喷口处插入小油枪(每个小油枪的出油量为300～500 kg/h)，从煤粉燃烧器中心点燃煤粉，但该点火技术仍需要大油枪助燃。

(2)等离子节油点火技术。该技术的原理:空气在电弧的作用下被电离为高温等离子体进入燃烧器，利用高温等离子体作为煤粉燃烧器的点火源，首先点燃一级燃烧筒内浓缩的煤粉气流，进而逐级点燃二级、三级风粉混合物，以达到冷炉直接投粉的目的。

(3)双强少油点火技术。该技术源自航空发动机技术也称煤粉的内燃技术，火焰温度最高达1800℃，可将通过煤粉燃烧器的一次风粉混合物瞬间加热到煤粉的着火温度使其着火燃烧。

(4)微油节油点火技术。该技术是使用微油气化油枪(根据燃用煤种不同、着火温度不同，燃油量可在10～200 kg/h调整)与高强度燃烧室配合，利用机械雾化的高速射流将燃油挤压、撕裂和破碎，产生超细油滴后，通过高能点火器引燃，同时，利用燃烧产生的热量对燃油进行加热和扩容，使燃油在极短的时间内蒸发并气化。由于燃油是在气化状态下燃烧，大大提高了燃油火焰温度，急剧缩短燃烧时间及气化后的火焰传播速度，火焰中心温度高达1500～2000℃，燃烧后形成温度很高的油火焰。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燃油火核时，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级燃烧器内与稀相煤粉混合并点燃稀相煤粉，实现了煤粉分级燃烧，燃烧能量逐级放大，最终实现微量燃油直接点燃大量煤粉的目的，以煤粉燃烧的热量代替大油枪燃油产生的热量，满足锅炉升温、升压要求，大大减少了原来使用大油枪所消耗的燃油量。

2 微油点火系统

望亭发电厂2008年利用机组检修机会，引入微油点火技术，先后对#14，#11锅炉的磨煤机A燃烧器进行了改造。

微油枪点火系统由微油供油系统、微油枪雾化空气系统、微油枪助燃风系统、磨煤机A暖风器系统、微油枪点火及热控控制系统等部分组成。

2.1 微油供油系统

微油从锅炉燃油系统快关阀后引出，流经微油手动隔绝阀、微油快关阀、微油进油阀、微油过滤器进入串联的2个微油储油罐，再由其下方的出口引到微油环管至各角，分别经手动隔绝阀、进油阀进入2支一起投停的微油枪。

微油系统靠储油罐上方引入的压缩空气(雾化空气)降低燃油压力并稳定在雾化空气压力0.6 MPa左右，同时亦保证了微油枪出力稳定，微油系统及其雾化空气系统如图1所示。

图1 微油系统及其雾化空气系统

在分散控制系统(DCS)上，微油快关阀、进油阀操作是同一个操作指令且是长信号，即在DCS发出了开启指令后，如果现场控制柜判断当时尚不具备开启条件，则开启指令保留，待开启条件满足后再行开启，避免了微油系统断油的可能性。

在微油枪在投运过程中，若发生2s火检功能丧失，高能发火器可自动连续发火15 s以重新点燃微油枪。若在15s内火检恢复，则发火器及时退出;若在15s后微油枪仍未着火，则关闭微油枪的进油阀，吹扫30 s后关闭雾化气门，微油枪退出运行。

2.2 微油枪雾化空气系统

该微油点火技术的微油枪雾化空气系统有2个作用:一个是正常供微油枪雾化;另一个是通过将雾化空气引入微油储油罐来稳定微油系统压力，以达到保证微油枪出力稳定之目的。

2.3 微油枪助燃风系统

从锅炉两侧冷一次风母管接出，作为微油枪点燃后期补充风，而停用时主要作用是对微油枪进行吹扫冷却，以防止微油枪过热烧坏。在微油枪投运时，其压力控制在1.0 kPa，而停用时压力则可降至0.6 kPa。

2.4 磨煤机A暖风器系统

由于磨煤机出口风温需达到65℃后才能启动给煤机，故在磨煤机A加装有暖风器系统，利用全厂四抽母管的蒸汽来加热机组启动初期还是冷的热一次风。

暖风器投运时，必须注意先风后气的次序，严禁发生暖风器尚未进风就涌入大量高温蒸汽的情况。

2.5 热控控制系统

微油点火热控控制系统由点火控制、火焰检测、自动保护等组成，该系统可实现就地和远方控制。

图像火焰监测，由油、煤火焰双重检测，对点火系统和送粉系统进行控制。检测火检摄像头用冷却风引自锅炉的冷却风母管。

设置了微油枪的点火保护模式以及正常保护模式。在机组并网前，作为需要使用微油点火系统点火的磨煤机A自动进入冷态保护模式:给煤机A启动2 min后，当磨煤机A的火检与微油枪的火检发生同一角丧失5 s，或发生磨煤机A有2个角的火检丧失2 s，或发生微油枪有2个角的火检丧失5 s时，磨煤机A跳闸，同时联跳给煤机A;在机组并网后，磨煤机A的火焰支持保护逻辑将自动恢复原来的火焰支持保护逻辑。

2.6 磨煤机A燃烧器改进

磨煤机A的4台燃烧器改造成可安装气化微油枪的浓缩型内风膜(由周界风引入)式煤粉燃烧器，在每一内风膜式煤粉燃烧器上安装2支气化微油枪，其方式为:微油枪在燃烧器中部直接点燃浓煤粉，内浓外淡、分级燃烧。微油枪固定在每台燃烧器的中部，无需推进、退出，同时在燃烧器设有壁温监测、微油火检，磨煤机A燃烧器结构如图2所示。

改造后的煤粉燃烧器采用内风膜技术，燃烧器内形成了风在外、粉在内的“风包粉”燃烧方式，在燃烧器内壁壁面形成一层风膜，防止未燃尽煤粉粒子贴壁及壁面附近的还原性气氛的出现而导致结渣和高温腐蚀。

改造后的煤粉燃烧器出口一次风气流与原设计相同(与其他燃烧器相匹配)，并未改变炉内原设计动力工况，既保证了锅炉满负荷连续运行的要求，又满足锅炉冷态启动曲线的要求。