300 MW燃煤机组锅炉油枪改造后节油效益分析

何畅宇，周林，黎兆锋

(云南华电昆明发电有限公司，云南 安宁 650308)

0 引言

云南华电昆明发电有限公司(以下简称昆明发电公司)锅炉为东方锅炉厂生产的DG1025/18.2-Ⅱ13型亚临界自然循环锅炉，采用四角切圆燃烧、百叶窗式直流水平摆动燃烧器。锅炉燃烧器二次风喷口AB，BC，DE层中布置油枪共12个，A层燃烧器喷口内布置4个小油枪，油枪均为简单的机械雾化油枪，燃料为#0轻柴油。油枪用于锅炉启动点火及低负荷稳燃。油燃烧器的总输入热量约为锅炉最大连续蒸发量的30%。单个大油枪出力为1.75 t/h，单个小油枪出力为0.08 t/h，机械雾化总出力为21.00 t/h。

近年来，随着云南清洁能源装机容量的增加，云南电网调度以消纳清洁能源为主导，电厂一直保持单机运行，在电网中主要担负调峰、调频作用，机组长期低负荷运行及频繁启停机。为此锅炉需耗用大量燃油，且锅炉长时间投油，油枪雾化效果差，燃油不完全燃烧，造成脱硫吸收塔浆液污染，致使脱硫效率降低，环保排放超标。为了节省燃油及环保，减小发电成本，昆明发电公司对锅炉油枪进行了改造，并取得了较好的经济效益。

1 原燃油系统及油枪

1.1 燃油系统介绍

供油系统管路分为供油和回油管路，回油管路装有调节阀调节系统油压，供油和回油管道均安装加热蒸汽伴管，用于低温时加热燃油。每一个油枪除了供油管路外并列安装一路蒸汽管路，用于油枪吹扫，防止结焦、堵塞，油枪吹扫蒸汽来自汽机辅助蒸汽。

1.2 机械雾化油枪存在的问题

锅炉原来安装的油枪为简单的机械压力雾化油枪，该油枪虽然结构简单，维护方便，在全国各大电厂被广泛使用[1]，但是随着运行时间增加，简单机械雾化油枪也显现出以下缺点。

(1)机械雾化油枪需用较高油压对油流进行剪切、撞击、旋转来达到雾化效果[2]，造成燃油泵电流过大，每年消耗大量电能。

(2)回油调节阀具有一定迟滞性，有时投油后油压下降，雾化效果差，燃烧恶化，达不到稳燃效果。

(3)锅炉点火初期油枪大量投入，油枪雾化效果差，雾化颗粒大，部分燃油未被完全燃烧，造成脱硫浆液油污且烟囱出口黑烟滚滚，污染环境。昆明发电公司曾发生机组启动投油时间过长，油严重污染脱硫浆液致使浆液中毒无法处理，脱硫效率低，环保排放超标，机组被迫停运事件。

(4)油枪在进行蒸汽吹扫时，影响了锅炉燃烧的稳定，甚至造成锅炉灭火。

(5)油枪雾化片存在转角，由于离心力的作用，油中的污物容易堵塞油枪，维护成本高。

(6)机械雾化油枪雾化效果差，燃烧不完全，燃油消耗大，火焰刚性较差，容易结焦堵塞。

针对以上问题，昆明发电公司决定对原来的油枪和燃油系统进行改造，使之更节能环保，而气泡雾化油枪的性能和特点正好满足需求。

2 气泡雾化油枪结构及特点

与常规油枪的雾化原理不同的是，气泡雾化技术是用气泡作为雾化的动力，它不是通过克服液体的黏性而是通过克服油表面张力来达到雾化目的的。气泡雾化油枪结构如图1所示：燃油和空气以不同的路径进入油枪，在进入气泡发生室前燃油与压缩空气对流碰撞破裂为雾状，然后在气泡发生室充分混合后经喷头进入炉膛燃烧。因此，气泡雾化喷嘴产生雾化所需的能量远小于常规喷嘴。

图1 气泡雾化油枪结构示意Fig.1 Schematic of the bubble atomizing oil gun

气泡雾化油枪的雾化颗粒索泰尔系数(SMD)≤25 μm，远好于现有的机械雾化和介质雾化油枪(SMD≤200 μm)，尺寸分布系数N>2，油雾基本接近为气态，远好于其他油枪的分布，因此油枪燃烧时，不需要太高的过量空气系数，只需要1.05即可。点火时，控制二次风量和压力为正常时的1/4～1/2，即可保证油枪很易点火。

气泡雾化油枪最佳运行油压控制在0.3～0.8 MPa即可，不需要很高的油压，可节约大量的输送能量。

采用空气雾化后雾化效果不受流量影响，油枪流量调节比可达 1∶5，最大可达 1∶10，油枪厂家提供的油枪p-qm性能曲线如图2所示。

图2 气泡雾化油枪p-qm性能曲线Fig.2 p-qm performance curve of bubble atomizing oil gun

3 改造方案

直接将气泡雾化油枪安装在原机械雾化油枪的位置，燃油管路不做改动。单个油枪的出力可以通过原来的进油手动门进行调整。

采用气泡雾化油枪后，原来的蒸汽吹扫系统不再使用，将原辅联到吹扫蒸汽管路封堵后分别从炉前仪用空气和检修用气母管接入两路压缩空气，并加装手动总阀及逆止阀，蒸汽吹扫管路变为压缩空气管路。正常运行使用检修用气，仪用空气备用。

本次油枪改造新增了自动吹扫管路，油枪雾化进气电磁阀改为雾化-吹扫一体化三通电磁阀，如图3所示。三通电磁阀的控制利用原蒸汽吹扫阀的分散控制系统(DCS)信号控制，充分利用原有设备，节约改造成本。投油时油枪进到位后联开雾化-吹扫三通电磁阀，雾化管路接通压缩空气用于雾化燃油。油枪退出后延时30 s关闭三通电磁阀，自动吹扫管路接通，压缩空气用于油枪吹扫，设计吹扫压缩空气耗气量为0.4 m3/min，防止油枪结焦堵塞，解决了油枪容易堵塞的问题，真正实现了油枪的免维护功能。

图3 油枪系统Fig.3 Oil gun system

4 油枪改造后效益分析

机械雾化油枪改为气泡雾化油枪后，吹扫雾化均用压缩空气，原来的蒸汽吹扫系统不再需要，简化了油枪操作；同时，油枪雾化用气来自厂区仪用和检修两路气源，不需增加其他设备。

机械雾化油枪的油压需要大于2.5 MPa才能完成雾化，而气泡雾化油枪只需要油压大于0.3 MPa就可以完成雾化，油枪改造后将炉前油压由原来的3.2 MPa降为1.0 MPa，大大降低了燃油系统泄漏的可能性，提高了燃油系统整体的运行安全系数。且供油泵运行电流降低50 A左右，每小时可节省电量约30 kW·h，一年可节约厂用电量262.8 MW·h。

由于气泡雾化油枪雾化效果好，燃烧充分而稳定，燃烧火焰温度比常规油枪要高300 ℃以上，燃烧效率达99%以上，可以实现锅炉升温提高，缩短用油使用时间；油枪点火后可立即投入电除尘、脱硫岛运行，烟囱不冒黑烟，因而提高了锅炉效率和减少了不完全燃烧物的排放，有利于节能和环保；最大限度降低了脱硫吸收塔浆液污染情况的发生，提高了脱硫效率。油枪改造后未发生因投油造成脱硫吸收塔浆液污染而导致机组非停的事件。#1脱硫吸收塔浆液油枪改造前后浆液对比见表1。

表1 #1脱硫吸收塔油枪改造前后浆液对比Tab.1 Comparison of slurry before and after the modification on the oil gun of No.1 desulfurization absorption tower

油枪改造完成运行近1年时间，未发生过油枪堵塞结焦的问题，降低了维护和人工成本。

改造后的油枪由于雾化效果好，用油量只需原来的一半左右就可以达到原机械雾化油枪燃烧效果，点火后就能投入煤粉运行，大大节省了用油量，缩短了机组启动时间，节约了机组启停成本。#1机组油枪改造前后启动时间及耗油量对比见表2。

表2 #1机组油枪改造前后启动时间及耗油量对比Tab.2 Comparison of start-up time and fuel consumption before and after the modification on the No.1 unit oil gun

通过第1次和第2次开机比较可知：相同的开机条件下，油枪改造以后，相比于原来节省近一半的用油。第2次和第3次比较可知：油枪改造完成后，全冷态开机也比使用原油枪温态开机所用的燃油要少，节油效果显著，达到了公司规定油耗，且开机时间大大缩短，节约了开机成本和时间。

5 油枪改造后存在问题分析

油枪改造完成以后，由于燃烧效率高，气泡雾化油枪的稳燃效果比原来机械雾化油枪好，运行人员在锅炉燃烧不稳定投油稳燃时，若遵循以前的操作理念多投油枪，会造成燃油大量消耗，因此需加强对运行人员的培训，熟练掌握气泡雾化油枪特性。

压缩空气压力大小直接影响油枪雾化效果，如压缩空气系统不能正常投运，将影响油枪正常使用。

6 结束语

气泡雾化油枪改造后，在机组启动过程中，可实现比改造前节油50%，大大节约了燃油成本。按昆明发电公司近年平均5次/a机组启动算，每年仅机组启动就可节约燃油约60 t。2017年发电原油耗为154.4 g/(MW·h)，同比下降16.5 g/(MW·h)，取得了较好的环境效益和经济效益。