微油点火启炉过程中的问题探讨

李剑，李凤瑞，李江荣，石化彪，郑建平

（1.浙江省电力试验研究院，杭州310014；2.中国联合工程公司，杭州310022）

微油点火启炉过程中的问题探讨

李剑1，李凤瑞1，李江荣1，石化彪2，郑建平1

（1.浙江省电力试验研究院，杭州310014；2.中国联合工程公司，杭州310022）

分析了微油点火技术的原理和煤粉引燃燃烧的特点。针对微油点火应用中存在的问题，从启炉过程的煤粉燃烬率、炉膛传热、煤油混烧等方面进行研究分析，阐述其与传统大油枪点火启炉方式的区别，并给出了相应的运行建议。

微油点火；煤粉燃烬率；炉膛传热；煤油混烧

我国是一个多煤少油的国家，政策鼓励推广应用节油产品。无油或微油点火技术自应用以来，得到市场极大的认可，发展迅速，目前已成为烟煤发电机组的必配系统。

利用无油或微油点火技术进行锅炉点火启动或稳燃，相对以往采用大油枪的点火启炉方式，在锅炉传热、操作运行方式等方面都有所区别，加之有技术人员对该技术在认识上存在偏差，往往会造成微油点火技术在锅炉启炉运行中得不到充分利用，导致改造后机组运行节油效果不能充分发挥。本文就微油点火的原理和微油点火启动过程中碰到的问题进行深入分析，以加深相关技术人员对微油点火技术的认识，促进微油点火技术的应用。

1 微油点火原理

微油点火技术是采用煤粉浓缩技术将煤粉燃烧器内的煤粉气流浓缩成浓相和稀相，再利用少量燃油（20～80 kg/h·只）在油燃烧室内燃烧所产生的高温烟气（＞1 500℃）引燃少部分浓煤粉，根据能量逐级放大的原理，浓煤粉燃烧产生的热量再引燃后续进入燃烧室的煤粉，使煤粉在喷出燃烧器之前被引燃，实现锅炉启炉时以煤代油，达到节油效果。

微油点火系统一般由微油点火燃烧器、压缩空气系统、助燃风系统、燃油系统、一次风加热系统（直吹式制粉）、火检系统和相应的监测控制系统组成。

2 关键问题分析

2.1 煤粉燃烬

在利用微油点火进行冷炉点火初期，煤粉燃烬率会偏低，飞灰和大渣含碳量比运行时高很多，往往呈黑色。据此，电厂相关人员会认为煤粉没有完全燃烧，担心在尾部烟道引起自燃，对微油点火系统的引燃能力产生怀疑，从而限制了微油点火技术的充分应用。

利用微油点火技术进行锅炉冷炉启动，其煤粉燃烧的过程与正常运行时存在较大区别。锅炉正常运行时，从燃烧器喷入炉膛的煤粉通过卷吸炉膛内的高温烟气与其混合后被引燃，是一个逐步加强的燃烧过程。而微油点火启炉初期，煤粉在微油点火燃烧器内遇到高温火焰而被引燃，喷入炉内后，因炉内环境温度比较低，被引燃的煤粉在炉膛内是一个逐步熄灭的过程，整个燃烧过程经历时间也比正常运行时短。因此利用微油点火时的煤粉燃烬率会较正常运行时低。从以往改造应用微油点火技术的20多台机组的飞灰和大渣分析数据统计来看（见表1），燃用烟煤（Vad＞20%）的机组在微油点火启炉初期煤粉燃烬率η基本大于70%，高的超过95%，煤粉引燃良好，满足锅炉启动要求。随着锅炉升温升压，炉膛温度升高，煤粉燃烬率还会迅速提升。煤粉燃烬率η计算公式为[1]：

式中：ΔQ为单位质量燃煤所释放出的热量；Qnet，ar为单位质量燃煤的低位发热量。

从飞灰的成份化验分析来看（见表2），煤粉中的挥发份已基本燃尽，留在飞灰中的可燃成份几乎全是未完全燃烧的固定碳。即使煤粉燃烧率只有72.7%，飞灰中挥发份含量也只有6.10%，其燃烧特性已比无烟煤差很多。无烟煤的引燃要求是炉内环境温度大于1 000℃[2]，而在点火初期升温升压阶段，炉膛出口温度基本小于500℃，尾部烟道温度更低。因此，在微油点火启炉初期，只要保证空预器连续吹灰和省煤器灰斗、空预器灰斗、静电除尘器灰斗定时出灰，即可防止启炉初期未燃烬飞灰在尾部烟道或灰斗内自燃，也不会引起尾部烟道二次燃烧。

2.2 炉内传热

微油点火技术是在启炉时以煤代油提供热能，由于煤与油的燃烧特性不同，造成微油点火冷炉启动初期炉膛内的传热与大油枪启动有所不同。主要表现在：

（1）煤粉燃烬时间相对较长，煤粉燃烧的火焰比油的火焰长，特别在冷炉时，煤粉火焰长度一般大于5 m，因此利用微油点火启炉会使启炉初期的火焰中心上移。

表1 启炉初期煤粉燃烬率统计

表2 飞灰成份化验结果

（2）相对于油火焰，煤粉火焰的温度比较低，在利用微油点火启炉初期，燃烧器喷口处煤粉火焰温度虽可达1 000℃左右，但随着火焰向炉膛推进，火焰温度会逐渐下降，炉膛内煤粉整体火焰温度一般在500～850℃。

（3）利用微油点火启炉，在点火初期因为飞灰中未燃烬碳较多，加之此时炉内通风比较弱，飞灰充满炉膛，炉膛内比较浑浊，可见度差，而且飘浮在炉膛内的飞灰焦炭颗粒温度较低，且具有很强的辐射吸热能力，阻碍了煤粉火焰对炉壁的辐射传热。

根据炉膛的辐射传热公式，决定辐射强度的两个关键因素是火焰温度和传热系数。在进入炉内总热能相同的情况下，微油点火冷态启炉初期的火焰温度和传热系数都比传统大油枪启动低很多，因此微油启炉时煤粉对炉膛的辐射传热要比大油枪启炉时差很多，而炉膛水冷壁吸热有95%来自辐射[2]，致使煤粉燃烧释放的热量在炉膛内吸热较少，大部分进入锅炉的对流换热面进行传热。因此冷炉微油点火启动时，锅炉升压速度比大油枪启动慢，而蒸汽升温速率相对较快，某些机组出现了汽机冲转或并网时蒸汽参数跟不上，需加大煤粉的投入量才能适应机组运行的情况。这是微油点火以煤代油启炉与大油枪启炉时炉膛内传热过程不同造成的，属正常现象。电厂技术人员应深入认识微油点火技术，对启炉过程的运行配风和燃料投入进行适当调整，尽可能压低火焰中心，以满足机组启动的能量要求。

某300 MW机组的锅炉是上海锅炉厂生产的四角切圆燃烧锅炉。将B层燃烧器（从下往上第二层）改为微油点火燃烧器，改造后启炉升压较慢，加煤又引起升温过快，带负荷后汽压跟不住，有时还会出现屏式过热器超温现象，需投入减温水。A层燃烧器投煤粉运行后，情况有明显改善。起初电厂认为是微油点火燃烧器的引燃能力不够、煤粉燃烬率太低造成，但通过飞灰和炉底大渣取样分析，启炉初期煤粉燃烬率为85%，燃烬情况良好。其实从上述以煤代油启炉初期的传热情况分析可以看出，结合微油点火在B层燃烧器上的改造进一步加剧了启炉初期火焰中心的上移，炉膛辐射吸热偏少，蒸汽的蒸发量不足，而更多的热量输送到屏式过热器和水平烟道的对流换热面上，导致过热器吸热比屏式过热器大，壁温超温。因此，考虑到微油点火启炉初期传热过程与大油枪启动的差异，建议电厂调整启炉过程中的二次风配风方式，压低火焰中心，以减轻上述现象。另外，在下层燃烧器上进行微油点火改造也可改善该现象。

2.3 煤油混烧问题

微油点火技术具有的环保优势是在锅炉点火启动初期即可投入电除尘器，可以消除以往锅炉启动时冒黑烟的现象。由于微油点火系统中也使用了燃油，许多电厂担心煤油混烧会引起电除尘器沾油烧损，因此在启炉过程中不投运电除尘器。其实，采取微油点火时的燃油量一般在20～80 kg/h（烟煤炉），油量非常有限，而且燃油经过雾化后喷入特制的高温油燃烧室内迅速燃烧，产生超过1 500℃的高温烟气，在油燃烧室出口时已完全燃烧，因此在微油煤粉燃烧器内不存在煤油混烧的问题。

在实际运行中，要根据现场情况决定是否投用电除尘器。某600 MW机组将下层前墙4只燃烧器改为微油点火燃烧器，并利用微油点火进行冷炉启动。微油点火燃烧器投粉后，电除尘器即投入运行。启动初期对灰渣取样分析，煤粉燃烬率为87.5%，燃烧情况良好，但启炉过程中发现电除尘器A电场多块极板严重烧损变形。对启动过程进行分析发现：锅炉大修后酸洗采用大油枪点火烘炉，期间电除尘器也曾投入运行。另外，在正式启炉前，因大油枪故障，调试时间较长，有大量未燃烧的燃油进入锅炉。以上两方面的原因导致大量未燃烬油雾进入电除尘器并吸附到电极板上，在随后的微油点火启动过程中，没有充分燃烧的煤粉进入电除尘器并粘附在沾满油污的极板上，此类粘附粘性强，采用振打法很难使其脱落。当电厂运行人员发现极板短路、振打无效后，用熔断法处理，因油污的着火点较低，强电流引燃油污，从而致使电除尘器极板烧损。

因此，虽然单纯利用微油点火技术进行冷炉启动并不存在煤油混烧问题，可大胆投运电除尘器，但运行时还要看实际锅炉大油枪的投运情况，才能避免因煤油混烧引起的不利影响。

3 结论

（1）对于烟煤机组，微油点火启炉时煤粉燃烬率大于70%，高的可超过95%，煤粉引燃良好，燃煤中的挥发份基本已燃烧，留在飞灰中的可燃物以固定碳为主，周围环境温度需要在1 000℃以上才可使其燃烧，因此只要保证尾部烟道及时清灰，微油点火启炉时就不会引起尾部烟道二次燃烧。

（2）相对于传统大油枪启炉，微油点火启炉初期的炉膛吸热比率变小，对流换热面吸热比率变大，启炉时会产生升压较慢而升温变快的现象。因此启炉时应加强调整配风方式，以压低煤粉火焰。若现场条件许可，微油点火改造应尽可能在最下层燃烧器上进行。

（3）单纯用微油点火技术进行启炉时，炉膛内不会出现煤油混烧现象，启炉初期即可投运电除尘器。但在具体运行中，如有大油枪参与启炉运行，投运电除尘器应慎重。

[1]李剑，李江荣，方磊，等.前后墙对冲燃烧锅炉不投大油枪启动方式的应用研究[J].电站系统工程，2011，27（3）: 20-22.

[2]容銮恩，袁镇福，刘志敏，等.电站锅炉原理[M].北京：中国电力出版社，1997.

（本文编辑：徐晗）

Discussion on Problems of Tiny-oil Ignition Technology for Boiler Startup

LI Jian1，LI Feng-rui1，LI Jiang-rong1，SHI Hua-biao2，ZHENG Jian-ping1
（1.Zhejiang Electric Power Test and Research Institute，Hangzhou 310014，China；2.China United Engineering Corporation，Hangzhou 310022，China）

Through the analysis of the principles of tiny-oil ignition technology and the characteristics of pulverized coal combustion，the differences from starting with traditional fuel oil gun are studied in terms of pulverized coal burn-out rate，heat transfer in furnace and mixed combustion of coal and oil to deal with the problems in the technology application.And the proposals on the operation are provided.

tiny-oil ignition；pulverized coal burn-out rate；heat transfer in furnace；mixed combustion of coal and oil

TK227.1

：A

：1007-1881（2012）02-0031-03

2011-10-01

李剑（1977-），男，浙江永康人，工程师，主要从事火力发电厂锅炉试验和节能减排技术研究工作。