600MW机组“W”型火焰锅炉小油枪节能改造技术应用

600MW机组“W”型火焰锅炉小油枪节能改造技术应用

华能云南分公司 梁正川 任礼刚

本文介绍了小油枪的技术原理，以及在600MW机组“W”型火焰锅炉上的应用情况。主要包括小油枪的雾化原理和技术特点，并对安装、运行、维护注意要点进行了说明，电厂技术人员通过不断试验，摸索出了一套较好的小油枪应用方法，取得了良好的经济效益。

“W”型火焰；锅炉；油枪；点火；烟煤；无烟煤；燃油量

0 前言

W型火焰锅炉一般都是为燃用低挥发性无烟煤而设计，其燃用的无烟煤为极难着火的煤种，目前国内外对此煤种的点火均没有很好的办法。现在国内主流的等离子点火、微油点火等节油技术在“W”型锅炉上应用基本都不成功，即使勉强成功的，付出的代价也不菲，可以说是为了节油而节油，经济性较差。

某火力发电厂在其600MW机组“W”型火焰锅炉上采用小油枪替代原有固定出力机械雾化油枪来点火及助燃，从冷炉点火到并网断油，耗油量从原来的130吨，降到45吨左右，实现了节油65%的重大突破，这为燃用无烟煤“W”型火焰锅炉机组甚至其他燃煤锅炉点火节油开辟了一条新的出路。

1 小油枪气体爆炸雾化的原理

小油枪为气泡油枪，是在消化美国科学家提出的气泡雾化理论基础上，替代现有机械雾化和气动雾化油枪的新型技术。常规油枪的雾化是通过油的高速运动来克服液体的粘性而撕裂成微小油颗粒实现雾化的，而小气泡雾化油枪其雾化原理则完全不同，它利用的气泡雾化技术是用气泡作为雾化的动力，气泡由压缩空气、蒸汽及其他气体在油枪的气泡发生器中产生，并形成带压“油包气”的气泡流，气泡在克服了包裹在气泡四周的燃油油膜的表面张力后爆炸破裂，从而将油膜撕碎形成非常细小的液雾。它是通过克服油表面张力来达到雾化目的，因此，小气泡雾化喷嘴产生雾化所需的能量远小于常规喷嘴。

2 小油枪的技术特点

小油枪的雾化颗粒索太尔系数SMD≤25μm，尺寸分布系数N＞2，颗粒均匀，高于油枪雾化颗粒SMD≤120μm的平均水平近5倍。小油枪的油雾为锥体形实体的团雾，不同于其他油枪的锥面形空心雾，且油雾基本接近为气态，因此，点火较其他油枪容易很多，且燃烧时，不需要过高的过量空气系数，只需要1.05即可完全燃烧。极细的雾化颗粒保证了小油枪的燃烧效率可达99.5%以上，基本是完全燃烧。在锅炉冷态状态下点火，其燃烧效率也能保证≥99.5%，炉膛火焰明亮通透，火焰颜色为麦金色，烟囱出口无烟、无味，烟尘排放黑度小于林格曼1级，优于国家环保要求。

图1 小油枪结构示意图

小油枪的运行油压在0.3～1.0Mpa之间，可提高燃油系统的安全性和经济性。小油枪雾化原理是气泡雾化，不似机械雾化油枪，故油压不是雾化效果保证，仅是输送油和调整油量的需要，所需油压比其他类型油枪低。小油枪的雾化气源可以是空气，也可以是微过热蒸汽，气源压力只需控制在0.4～0.8Mpa。

图2 小油枪在“W”型锅炉冷态点火燃烧图

小油枪最佳调节比范围是1：4，负荷调节范围大，且在调节范围内雾化质量不受影响,高于其他类型油枪1:2的调节比,这个特点非常适合机组启动过程中使用。且油枪出力、火焰长度、刚度还可根据进行特殊设计,出力最小可以到15Kg/h,最大可以到4000Kg/h。小油枪对油粘度的适应范围广泛，仅要求油粘度小于150mm2/s，可适用于轻油、重油、渣油的燃烧，且雾化效果不受油种的变化而变化，一只油枪燃用多种燃油。

图3 油枪系统示意图

3 小油枪的典型技术参数

4 小油枪安装、维护注意要点

4.1 新装油系统、吹扫系统及雾化气系统，必须采用氩弧焊进行焊接，焊接前要将管道内的杂质全部清理干净，同时将软管接头与油枪脱开，使用压缩空气，采取多次吹扫的方式，逐根对油枪的软管至少吹扫5分钟以上，确保系统内的杂质被全部吹扫干净。

4.2 雾化气系统安装时，要确保母管的流量富裕，原则上4只以下的油枪配DN50的母管，12只以下的油枪配DN60的母管。母管安装时，应留有0.5%的坡度，并在最低点安装DN20以上的疏水管道及阀门，以便母管疏水。

4.3 小油枪安装定位，将油枪推到位后，枪头伸出稳燃器口30mm固定，高能点火枪到位后，点火枪头超出油枪头100mm并固定。小油枪安装就位并固定好后，在就地使用推进装置进行反复的推进、退出试验，试验5次以上无卡涩现象为合格。软管连接好后，应采用吹扫气源对油枪的各个接头进行认真查漏，确认无泄漏后方可移交运行。

4.4 小油枪拆卸清理及维护时，应先敲击喷头丝扣位置，使丝扣松动便于拆卸，严禁使用加力杠强行拆卸喷头，安装喷头时，同样严禁使用加力杠。由于小油枪内仅有一个油气分配器零件，安装、清洗非常简单，但仍需要注意油气分配器上密封紫铜垫的安装，有条件时，最好将油枪立起来安装喷头，这样可完全避免油气分配器在喷头内发生翻转。

5 小油枪点火步骤及注意要点

5.1 疏水

投运小油枪前，应先疏干净雾化气管道内的积水，如果是蒸汽气源，还应该多开疏水门，使母管的温度超过200℃以上时方可投运油枪。

5.2 检查油枪堵塞情况及查漏

投运油枪前，应检查油阀、气（汽）阀有无内漏现象及外漏痕迹，如发现漏泄应及时通知维修人员处理；如没有漏泄现象，应按常规对油枪先进行吹扫，然后才可以投运油枪。

5.3 假点火

接到点火通知后，有条件的，应尽早关闭所有油枪进油手动门，在满足点火条件的情况下，对每只油枪进行“假点火”试验，试验时，应该派人到炉膛看火孔去观察打火枪在炉内是否有电火花。通过这样的“假点火”试验，可以检查油枪各个部位工作是否正常，提前发现缺陷。

5.4 风门调整

小油枪宜采用小风量点火，投运小油枪前，应调整好二次风门至20%以下，风速以不高于10m/s为好，确保油枪火焰不被吹灭，火焰不脱火。油枪点着后，再根据油枪火焰的亮度及燃烧状况，适当增减风门，确保燃烧完全，烟囱不冒黑烟。

5.5 雾化气压的调整

小油枪点火时，雾化气（汽）压应维持在0.5Mpa以上为宜，且不用再调整；雾化气量原则上不用调整，但当出现气源气压过高达到0.8Mpa时，可以采用关小雾化气手动门方式进行微调。调整时，手动打开雾化气电磁阀，观看油压表，关小手动阀直至压力低于0.15Mpa。此方法也适用于油枪点火困难及脱火时的调整。

5.6 油压的调整

小油枪点火时，油压宜控制在0.5Mpa为好，这样点火将会非常的容易和顺利。点火前，调整好炉前油母管的压力在0.8Mpa左右为佳。小油枪运行油压的调整，应严格控制在0.3～1.0Mpa的范围内，增加油压前，先增加风量；反之，降低油压后，才能减风量。

5.7 小油枪出力的调整

由于小油枪的调节性能优越，锅炉点火宜采用尽量多投油枪根数的运行方式，有利于炉膛热负荷均匀性。炉膛热负荷采用整体调整油枪的供油压力来实现，根据需要整体调大出力或整体调小出力运行。这样，不仅方便了运行人员的调整，也大大的提高了调整的精度和均匀性，可以实现30～60%的节油。

5.8 投煤粉时机

由于小油枪雾化颗粒为25μm，而煤粉颗粒为90μm，油粉混烧时，不可能形成“油包粉”而产生油焦的燃烧问题。再加上小油枪的极高的燃烧效率，其火焰中心温度比常规油枪要高，有利于煤粉着火燃烧。因此，采用小油枪点火，尽早制粉、投粉，实现多烧煤粉、少烧油，降低点火油耗。

6 某电厂小油枪点火应用实例

某火力发电厂4×600MW机组锅炉采用的是北京巴威公司生产的亚临界、单炉膛、“W”火焰燃烧方式、中间一次再热、自然循环、平衡通风、固态排渣、露天布置的全钢架结构悬吊式燃煤汽包炉。制粉系统是正压直吹冷一次风机制粉系统，配6台双进双出筒式钢球磨煤机；锅炉燃烧系统由浓缩型EI-XCL燃烧器、乏气管、分级风管、二次风箱和分级风风箱、高能点火器、简单机械雾化点火油枪、贴壁风风箱、火焰检测器等组成。该炉型特点是锅炉较宽，油枪、火嘴间距离较远，点火初期油枪、火嘴之间火焰无法互相支持。简单机械雾化油枪每支油枪额定出力1.7吨/小时，燃用轻柴油，雾化效果差，燃尽度最低只能达到82.4%。

图4 小油枪P-Q性能曲线图

2014年7月该电厂利用停炉检修机会，将2号炉A、B、E、F磨煤机对应16支油枪改造气泡雾化小油枪。8月5日根据调度安排机组准备恢复运行，启动前在E磨煤机两原煤仓各上烟煤60余吨，点火初期投入14支新改造小油枪，锅炉点火3小时后空预器出口二次风温达到150℃后启动E磨煤机，E磨煤机出力20吨/小时，到汽轮机暖机结束共消耗燃油70吨；发电机并网到机组负荷200MW时消耗燃油11.5吨；此次2号机组从锅炉点火到油枪全部撤出共消耗燃油92.7吨。

在2号炉小油枪配合烟煤启动成功后，该电厂随后在2015年将2号炉剩下的C、D磨煤机对应八支油枪改为小油枪。电厂生产技术人员通过不断试验，燃用更高挥发份的烟煤，机组冷态启动用油不断得到降低。在2016年6月21日3号机组冷态启动时，将点火用的烟煤挥发份提高至40%，机组冷态启动用油进一步降低到44.85吨。

小油枪改造后，锅炉燃烧不同煤种启动试验及耗油量计算如下：

6.1 挥发份25%的烟煤启动油枪控制及启动各阶段耗油情况

6.1.1 锅炉点火至2.5小时（二次风温150℃，汽包压力0.5MPa），此阶段按照投入12支油枪计算，每支油枪进口压力调至0.5MPa，油枪出力0.75吨，该阶段耗油22.5吨。

6.1.2 磨煤机启动至汽轮机冲转定速阶段需要2小时，启动磨煤机对应油枪进口油压调至0.6MPa，每支油枪对应出力0.8吨/小时，4支油枪在此阶段需要消耗燃油6.4吨；其它改造8支小油枪进口油压调至0.3MPa，每支油枪对应出力0.3吨/小时，8支油枪在此阶段需要消耗燃油4.8吨，所以此阶段共消耗燃油11.2吨。

表1 点火时燃烧不同煤种成本节约情况

6.1.3 汽轮机暖机阶段按照4小时控制，油枪每小时出力与上阶段一致，该阶段需要消耗燃油22.4吨。

6.1.4 发电机并网阶段，发电机并网后1小时，保持16支油枪，每支油枪油压调至0.6MPa，出力控制在0.8吨/小时，该阶段需要消耗燃油12.8吨。

6.1.5 并网后1小时至油枪全部撤出阶段，该阶段0.5小时，保持8支油枪，油枪出力整体调整至0.4MPa，油枪出力0.4吨/小时，该阶段需要消耗燃油3.2吨。

6.1.6 挥发份25%的烟煤点火上述几个阶段消耗燃油：22.5+11.2+22.4+12.8+3.2=72.1吨。

6.2 无烟煤启动油枪控制及启动各阶段耗油量情况

6.2.1 由于磨煤机上无烟煤，点火后由于煤粉燃尽度的影响，造成锅炉屏过壁温大面积超温，所以点火后到并网前阶段无法启动磨煤机，所以该阶段每小时耗油量与上烟煤点火后至磨煤机启动前阶段耗油量一致，每小时12吨，考虑小油枪改造后出力减小，点火到并网阶段时间会更长，按照8小时计算，该阶段需要消耗燃油96吨。

6.2.2 并网后与25%烟煤启动时一致，按照1.5小时计算，共消耗燃油16吨。

6.2.3 合计无烟煤启动共消耗燃油：96+16=112吨。

6.3 挥发份40%的烟煤启动油枪控制及启动各阶段耗油情况

6.3.1 锅炉点火至1.5小时（点火正常后立即启动密封风机、一次风机进行暖磨至磨煤机出口温度达到70℃），此阶段按照投入10支油枪，每支油枪进口压力调至0.5MPa，油枪出力0.75吨/小时，该阶段耗油11.25吨。

6.3.2 磨煤机启动至汽轮机开始冲转阶段需要3.5小时，启动磨煤机对应4支油枪进口油压调至0.4MPa，每支油枪对应出力0.7吨/小时，所以此阶段共消耗燃油9.8吨。

6.3.3 汽轮机冲转至汽轮机暖机结束升速至3000rpm阶段按照4小时控制，油枪每小时出力与上阶段一致，该阶段需要消耗燃油11.2吨。

6.3.4 发电机并网阶段：发电机并网后1小时，每支油枪油压调至0.5MPa，出力控制在0.7吨/小时，投入油枪数量14支，该阶段需要消耗燃油9.8吨。

6.3.5 并网后1小时至油枪全部撤出阶段：该阶段0.5小时，油枪出力整体调整至0.4MPa，油枪出力0.4吨/小时，该阶段需要消耗燃油2.8吨。

6.3.6 挥发份40%的烟煤点火上述几个阶段消耗燃油：11.25+9.8+11.2+9.8+2.8=44.85吨。

7 结论

通过上述计算可知，“W”型火焰锅炉改用小油枪后，对比改造前机组冷态启动燃油130吨左右，燃用挥发份25%的烟煤可节省燃油55吨左右，燃用挥发份40%的烟煤可节省燃油85吨左右，采用无烟煤启动可节约燃油18吨左右。

在机组正常运行稳燃方面，油枪改造前每年锅炉稳燃用油和设备检修用油在200吨左右，改用小油枪后每支油枪出力调整为0.6吨/小时，每支油枪节约燃油1.1吨/小时，节油率约为65%，全年稳燃用油可节约129吨，节约成本129＊6654=85.84万元。所以电厂四台机组在进行小油枪改造后，通过机组启动节油和稳燃节油每年可节约资金591.44万元左右。

电厂通过不断的总结和技术创新工作，扎实开展各项锅炉节能管理措施，提高了节油管理的实效性和针对性，提升了节油管理的工作水平，做到以技术改造为依托，研究节油新技术，最大限度减少机组燃油。本文介绍了一些机组节油管理创新的新技术，以期与各方共同探讨。

「1」运行规程，华能滇东电厂，2014

「2」B&WB-2028/17.4-M型锅炉说明书、热力计算书及图纸，北京巴布科克·威尔科克斯有限公司