少油点火技术在600MW超临界W火焰锅炉上的应用优化研究

曾庆华， 宋华伟， 张　鑫， 李　凯， 刘鹏远， 石尚强（.贵州华电桐梓发电有限公司，贵州遵义56300；.华电电力科学研究院，浙江杭州30030）

少油点火技术在600MW超临界W火焰锅炉上的应用优化研究

曾庆华1， 宋华伟2， 张鑫2， 李凯2， 刘鹏远2， 石尚强1
（1.贵州华电桐梓发电有限公司，贵州遵义563200；2.华电电力科学研究院，浙江杭州310030）

介绍少油点火技术在600MW超临界W火焰锅炉上的应用情况，针对少油点火系统，在一次风、周界风及乏气挡板开度调整、投粉运行方式、撤大油枪等方面进行了一系列的优化试验。试验结果表明：少油点火技术在W炉上可以取得很显著的节油效果。

少油点火； W火焰； 优化试验

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.02.002

0　引言

随着我国经济建设的高速发展，对能源的需求越来越大，尤其是石油，消耗量增加很快，而我国的石油资源又相对匮乏，目前石油最终可采储量较低，人均占有量只10t，居世界第41位，仅相当于世界平均水平的11%，现阶段每年需要进口1亿5千万t，并且这一趋势在日趋严重，所以节约石油资源对我国非常重要。

采用传统点火方式的火力发电厂锅炉，其启、停过程及低负荷稳燃过程的用油量较大，尤其对于燃用劣质煤需要稳燃的机组以及需要经常性参与调峰的机组，其油耗情况不容乐观。200MW机组启动一次需要耗油50t；600MW机组锅炉点火和助燃的燃料油超过300t。应用少油技术可以改进锅炉机组的启、停及低负荷稳燃，降低火电机组的燃油消耗，对火力发电厂提高自身经济性有十分重要的意义。

1　设备概况

贵州华电桐梓电厂两台锅炉，锅炉型号为DG-1900/25.4-Ⅱ8型锅炉，其主要技术特征为超临界参数、“W型火焰”燃烧、垂直管圈水冷壁，变压直流锅炉。单炉膛Π型露天岛式布置，一次再热，平衡通风，固态排渣，全钢架吊结构。

锅炉配6台双进双出钢球磨煤机，煤粉细度R90≤6%，采用正压直吹冷一次风制粉系统。每台磨煤机带4只煤粉燃烧器，共配有24只双旋风煤粉燃烧器，双旋风煤粉燃烧器顺列布置在下炉膛的前后墙炉拱上，前、后墙各12只。在离炉拱上拐点5米处沿炉宽方向共布置26只燃尽风调风器，前、后墙各13只。磨煤机与燃烧器对应关系如图1所示。

图1　磨煤机与燃烧器的匹配关系

每只双旋风煤粉燃烧器配一支油枪，用于点火、暖炉和低负荷稳燃。前、后炉拱上各12只，全炉共24只。油枪紧靠煤粉喷嘴布置在拱上，设计总容量为30% B-MCR输入热量；点火及低负荷稳燃油枪采用机械雾化，单支油枪耗油量为1600 kg/h，燃用0号轻柴油，枪前供油压力为2.7 MPa。油枪采用高能点火器点火，并配有进退驱动装置，完全满足程控点火的要求。

2　少油点火系统的设计方案

针对该电厂的具体情况，对少油点火系统采用如下设计方案：

（1）保留原有的大油枪点火方式可用；将大油枪出力适当降低；

（2）将B、E磨对应的8只煤粉燃烧器改为旋风微油煤粉燃烧器；

（3）将B、E磨对应的8支出力为1600kg/h大油枪改为出力为1000kg/h油枪，既能满足冷态启炉所需燃烧温度，又能节省大量用油。

（4）每只微油点火燃烧器的浓分离器上安装四只少油枪（一只主油枪、三只辅助油枪），具体位置如图2，在微油煤粉燃烧器的每个燃烧室部分加装一主一辅两只少油油枪，油枪嘴口径为（主：Ф0.75mm，辅：Ф1.25mm）；在浓煤粉分离器下部，从外部斜插入1级燃烧室内，安装一侧向辅助油枪（喷口口径1.5mm）；在浓煤粉分离器的喷口位置加装一支口径为Ф2.0mm喷口辅助油枪。主油枪出力50kg/h，轴向辅助油枪出力100kg/h。侧向辅助油枪出力150kg/h。喷口处辅助油枪200kg/h。锅炉冷态启动时，根据燃烧情况新安装燃烧器的微油枪与改造后大油枪同时工作，炉膛达到一定温度时，逐步撤下大油枪。完全能够满足低温燃烧时升温升压的需求。

辅油煤粉燃烧器保留了原燃烧器的外型尺寸和主体结构基本不变，与原燃烧器的区别在于：将原有的实心消旋杆更换为消旋导杆；油枪从燃烧器侧面插入到燃烧器喷内；

该燃烧器的特点在于能够在保留原燃烧器对煤种的适应性的同时增加燃烧器低负荷稳燃能力。当锅炉处于低负荷运行时，用微量的燃油喷入炉膛，被炉膛自身的热量点燃。通过在主喷口处形成稳定油火焰。由于该火焰位于燃烧器喷口外的中心回流区，产生的高温烟气直接加热从喷口喷出的煤粉，在短时间内使得煤粉的挥发份析出、煤粉颗粒破碎、燃烧，为煤粉着火提供了稳定的点火热源，从而达到强化煤粉燃烧，以实现低负荷情况下稳燃目的。由于对主燃烧器原有结构改动量小，对正常燃烧低负荷稳燃无影响，安装方便，检修和维护工作量小。

图2　微油点火燃烧器上少油油枪位置分布

3　少油油枪性能试验

3.1油枪出力试验

根据国家计量检定规程JJG 667-1997《液体容积式流量计检定规程》，油管路流量标定试验方法有：标准容器法、容积法、称重法和标准表法。本次试验测量采用称重法测量来确定少油枪的实际出力大小。

选取#1炉前墙B4燃烧器对应的大油枪、少油主油枪和辅助油枪。在整个炉前油循环建立起来后，分别在2.5MPa、3.0MPa两种不同的供油压力工况下，抽出待测试油枪，测试在一定时间内的测试油枪的出油量。测试结果见表1。

表1　油枪出力测试结果

根据油枪出力的测试结果，可以看出原有的大油枪在设计供油压力3.0MPa下的出力1006.5t/h，与设计出力1000t/h基本相同。

少油主油枪在2.5MPa和3.0MPa下的实际出力为44.4kg/h、51.6kg/h，折算到设计出力2.7MPa下分别为46.1kg/h和49kg/h，主油枪实际出力基本能设计值50kg/h。而辅助油枪在2.5MPa和3.0MPa下的实际出力为434.4kg/h和483.6kg/h，折算到2.7MPa下分别为451.4kg/h和458.8kg/h，略高于设计值450kg/h。整体上少油油枪出力基本都能达到设计值要求。

3.2油枪雾化试验

由于现场条件限制，油枪雾化试验只做了一个工况。在2.5MPa供油压力下，少油主油枪喷嘴Φ=0.75mm雾化试验，油枪喷嘴雾化情况如图3所示。

从图中可以看出少油主油枪的雾化效果还是很明显的，有利于提高燃油的燃尽效率，避免燃烧初期烟囱冒黑烟的不良环境影响，从厂区外看，点火初期烟囱排烟的颜色呈白色。油枪喷嘴的雾化角φ在70°左右，雾化角大小对初期炉内流场有很大的影响。雾化角太小，中心回流区小，空气与油雾的混合推迟并变差；雾化角太大，中心回流区过大，油雾会穿过空气区，除造成混合不良外，油滴还容易喷洒到水冷壁上而出现结焦。一般雾化角应控制在75°左右。

图2　油枪雾化试验

4　少油油枪运行方式优化试验

在锅炉热态条件下，使用一根长热电偶通过拱上观火管插入炉膛，尽可能达到燃烧器出口附近［1，2］（如图4所示）。测量风量、粉量改变对燃烧器出口温度的影响特性。

4.1一次风速优化调整

一次风调整期间，为尽快达到启B磨机的参数要求，运行人员投A1、E1、E2、E4、B4五支大油枪，投大油枪对燃烧器出口温度会一定的影响，但总体趋势上影响不大。从图中可以看出，随着一次风速的增加，燃烧器出口温度呈逐渐降低的趋势。这主要是测温热电偶是顺着喷口方向插入，一次风速过大，出口动量大，刚性太强，会冷却燃烧器出口及热电偶测点温度。当风速在16m/s以下，燃烧器出口温度基本稳定在1000℃左右。

图4　热电偶测点位置

图5　热态时热电偶在燃烧器喷口

4.2周界风及乏气挡板优化调整

调整初期B3粉管出口一次风速21.6m/s，B3燃烧器对应的B挡板开度21°，乏气挡板开度15°，燃烧器出口温度920℃。周界风机乏气挡板调整对少油点火燃烧器出口温度的影响测试结果如表2

从表中可以看出，在标准工况下（B挡板21°，乏气挡板15°），燃烧器出口温度最高。整体上调节周界风和乏气挡板开度对少油油枪燃烧器出口温度的影响都不是很明显。

4.3锅炉冷态投粉试验

W火焰锅炉燃用无烟煤，无烟煤挥发分低，不易着火。且煤粉的燃烧为非均相燃烧，其着火条件差，点火所需热量一方面来自炉内辐射；另一方面来自极高温烟气的对流冲刷与掺混，故投煤粉的时间主要取决于炉膛温度水平［2］，达到相应的投粉条件后，才能投粉。

图6　一次风速对燃烧器出口温度的影响

表2　调整周界风及乏气挡板对燃烧器出口温度的影响

锅炉开始投粉时，投粉初态水冷壁出口温度118℃，B3粉管一次风速22m/s，燃烧器出口温度1040℃。21：31B磨出口风温偏低，B磨跳闸。21：36重启B磨，进行投粉。投粉后燃烧器出口温度急剧下降，22：20燃烧器出口温度660℃，此时一次风速20m/s。考虑投粉初期着火的稳定性，运行人员配合将一次风速调至19.6m/s，燃烧器出口温度升至710℃，之后出口一次风速保持在22m/s左右，燃烧器出口温度480～570℃之间。00：30燃烧器出口温度720°，调节B挡板关至10°，乏气挡板全关，燃烧器出口温度升至750°。观火孔观察炉内燃烧状况，火焰颜色暗黄色，燃烧温度偏低。

4.4撤大油枪试验

少油枪助燃投粉后，初期工况下需要采用大油枪协助助燃，随着炉膛温度的升高，煤粉的着火条件改善，可以逐渐停止大油枪助燃，完全采用少油枪助燃来保证煤粉的可靠着火。大油枪的及早撤出对降低启动油耗的贡献不言而喻，因此，在#2炉并网升负荷的过程中，进行了撤大油枪的试验。

在溶出时间为80 min、溶出温度为60 ℃、搅拌强度为400 r·min-1的条件下，考察液固比对铁溶出率的影响，结果如图2所示。

04：15汽轮机转速达3000r/min，入炉煤质开始变差。04：20启E磨，此时总燃料量78t/h，总风量1285t/h，氧量12.6%，稳燃的大油枪有E1、E3、B2、B3、B4，少油油枪有E1、E3、B2、B3。由于入炉煤质较差，为稳定炉内着火环境，运行加投三支大油枪。

04：36机组并网，开始升负荷。05：48负荷150MW，此时投入的油枪：四只少油油枪，八只大油枪，此时观察炉内火焰明亮，燃烧状况良好。随后负荷升至170MW、主汽压力8.08MPa、主汽温度514.4℃时，开始逐渐撤出大油枪。06：42，锅炉负荷升至300MW，摘油结束，此后燃烧非常稳定，火焰电视清晰可见。

需要特别指出的是，机组升负荷至150MW时，按当时的燃烧状况，就可以开始撤出大油枪，用四支少油油枪就可以协助煤粉稳定的燃烧，但运行人员从谨慎的角度出发，负荷170MW时才开始撤出大油枪。

通过撤油枪试验可以看出，锅炉负荷在150～180MW期间，完全具备撤大油枪的条件，只保留少油油枪即可。考虑到升负荷过程中煤质变差的影响，如果在启动时，煤质正常再加以燃烧调整，撤大油枪的负荷还可以进一步降低。

5　节油效果分析

5.1调试期间节油率

在不出现明显异常的启动过程的情况下，整个调试启动过程至168结束，调试计算油耗按4150t（两台炉平均调试计算油耗，含启动锅炉用油）选取，作为基本的考核依据。

#2炉整个调试期从2014年3月15日#2炉燃油管道充油至2014年5月27日168结束，首次启动至168结束累计耗油1222.608t。

#2炉整个调试期间的节油率70.5%，扣除#2炉168前屏过泄漏导致停炉异常情况油耗，#2炉调试期间实际节油率70.7%。由此可见#2炉节油效果十分明显，而#1炉调试期间用油量未统计。

5.2相对节油率

本次节油分析计算，以锅炉冷态启动到机组冲转作为计算节点。在锅炉启动过程中，整个炉膛的吸热量能够在一定程度上反映炉膛内的燃烧状况，而炉膛的吸热量则体现在水冷壁中工质的吸热量，因此计算水冷壁中的单位热量油耗进行比较，更具有客观性。

在计算时，把整个水冷壁看成一个大容器，并作为一个热力系统，如图，在选取的启动过程中，从时间t1到t2（对应状态为锅炉冷态启动到机组冲转），系统吸收的热量分为三部分，一部分热量是进出该系统工质焓增热量的积分值，第二部分热量是t1、t2状态的工质蓄热差，第三部分是t1、t2状态水冷壁金属壁上升的蓄热差。

图7　启动过程炉膛水冷壁系统吸热示意图

桐梓电厂#1炉及#2炉冷态启动过程中的单位热量油耗的计算结果见表3。

表3　单位热量油耗的计算结果

由上表的计算结果可知，#1炉冷态启动的单位热量油耗65.9kg/GJ，#2炉少油点火冷态启动的单位热量油耗为47.4kg/GJ。计算#2炉的相对节油率为28.1%。

6　结语

本文通过对桐梓电厂少油点火技术的研究，同时结合试验数据对少油油枪点火及其节油效果进行分析，说明少油点火技术在600MW超临界W火焰锅炉上的应用还是比较成功的。这不仅大幅度降低了锅炉的启动油耗，提高了机组运行的经济性，并且此工程的改造经验可为同类型机组的改造和运行提供参考。

［1］张广柱，程智海.600MW“W”型火焰锅炉微油点火的启动优化研究［J］.发电设备，2012，26（3）：180，181.

［2］刘鹏远，肖宏博.微油点火在超临界600MW机组W火焰锅炉中的应用［J］.热力发电，2012，41（11）：52，53.

［3］赵铁军，宋绍伟.W型火焰锅炉节油技术应用［J］.中国电力，2009，42 （9）：61～65.

Application Optimization of Micro-oil Ignition Technology on Down-fired Boiler of a Super-critical 600MW Unit

ZENG Qing-hua1， SONG Hua-wei2， ZHANG Xin2， LI Kai2， LIU Peng-yuan2， SHI Shang-qiang1
（1.Guizhou HuaDian Tongzi Power Plant，Guizhou Zunyi 563200，China；2.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

The application of micro-oil technology on a 600MW super-critical down-fired boiler was described.To conduct a series of optimization experiments on micro-oil technology system，such as the adjustment of baffles on the primary air，perimeter wind and the vent air，even the operation mode of casting coal powder and withdrawal of the main oil gun.Results showed that，the effect of reducing oil of the micro-oil technology on down-fired boiler was remarkable.

micro-oil ignition； down-fired boiler； optimization experiments

TK227.7

B

2095-3429（2015）02-0005-05

曾庆华（1967-），男，山东青岛人，本科，高级工程师，主要从事电厂生产管理工作。

2015-03-04

2015-04-17