W型火焰锅炉气泡雾化油枪改造

焦传宝

(大唐阳城发电有限责任公司，山西 阳城 048102)

气泡雾化理论是20世纪80年代提出的，基于该理论的点火油枪出现在20世纪90年代[1]。经过多年的发展，气泡雾化油枪技术已经比较成熟，在电站锅炉中逐渐得到应用。随着国家节能减排和环境保护政策要求的日趋严苛，传统的机械雾化式油枪由于存在雾化效果差，颗粒尺寸大，燃烧不充分，火焰温度低，耗油量大等缺点，正逐步被气泡雾化技术的油枪取代。

1 设备概况

某燃煤电站配置两台由东方锅炉集团公司引进,美国福斯特·惠勒公司技术设计制造的DG2060/17.6-II3型锅炉，该锅炉为亚临界压力，中间一次再热自然循环锅炉，双拱形单炉膛,“W”型火焰燃烧方式，固态排渣，全钢结构，全悬吊结构，平衡通风，露天布置。

脱硝系统采用选择性催化还原(SCR)脱硝技术，催化剂按照2+2(2层运行，2层备用)布置；脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫技术。

点火油枪采用美国Forney公司的产品，每台机组36套Q87油燃烧器作为点火装置，Q87点火器采用机械雾化油枪，燃油进口压力为2.7 MPa，单只出力为1 150 kg/h，调节比为1.5∶1。

2 改造背景

W型火焰锅炉设计煤种为难燃烧的低挥发分无烟煤，机组启动时需要投运大量油枪以点燃煤粉，平均每次启动消耗燃油约60 t。近年来，由于环保部门对燃煤锅炉污染物排放要求的日趋严格，要求机组在点火启动阶段也必须实现粉尘和二氧化硫(SO2)的达标排放。因此，机组点火后必须投运脱硫和除尘系统。采用传统的机械雾化油枪点火时，由于雾化效果不理想，燃油燃尽程度低，导致烟气中含有一定量的未燃尽油滴。油滴经过电除尘时会附着在电除尘极板上，造成电除尘效率降低甚至失效；进入脱硫吸收塔，会污染石灰石浆液，造成浆液起泡，导致脱硫效率大幅下降。因此，进行油枪改造对于当前燃煤锅炉来说势在必行。

3 改造方案的制定与实施

改造方案编制的原则：首先，选用技术成熟、运行可靠的气泡雾化油枪；其次，充分利用现有设备和系统，以尽量小的设备系统改动，实现燃油系统的可靠、高效运行，彻底解决锅炉在启动阶段油耗高、影响电除尘、脱硫系统等环保设备安全运行的难题。

3.1 油枪选型

在油枪选型方面，本文选用了某公司生产的SQ型气体爆炸雾化油枪，即气泡雾化油枪。该油枪与传统机械雾化或气动雾化油枪的区别在于：它利用气泡作为雾化动力，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；当气泡克服了包裹在气泡周围燃油油膜的表面张力后，通过爆炸破裂将油膜撕碎，并形成非常细小的液雾，且这种通过克服燃油表面张力来达到雾化目的[2]雾化燃油所需的能量远小于常规喷嘴，其结构图如图1所示，技术参数如表1所示。

图1 SQ气泡雾化油枪结构图

表1 SQ型气泡雾化油枪技术规范

3.2 燃油点火系统的改造

系统流程图见图2(先介绍一下气泡雾化抢的工艺流程，再写相关的设备改造)，燃油点火系统设备改造的具体内容如下：

(1)保留原有的环形燃油管道，但将燃油供应压力由原来的3.0 MPa降至1.5 MPa；

(2)点火装置不变，利用原设计的HESI高能点火器点火；

(3)油枪推进装置不变，利用原来的压缩空气推动气缸，带动油枪进退；

(4)将油枪枪管和喷头更换为SQ型气泡雾化油枪专用枪杆和喷头；

(5)原有的蒸汽吹扫系统改为压缩空气系统，提供油枪所需的雾化空气和吹扫空气；

(6)原有的燃油和吹扫蒸汽快关阀不变，分别控制改造后系统的燃油和压缩空气，但在压缩空气快关阀后增加一个三通，分别作为油枪雾化气源和管路吹扫气源，同时在供油快关阀后增加一个调节阀，用于调节油枪燃油的流量，以控制油枪的出力。

图2 气泡雾化油枪工艺流程图

3.3 油枪控制

3.3.1 油枪投运

检查系统备用良好，启动油枪投运程序，按照以下步序进行(以A组第一支油枪A1为例)：

第1步：将A1油枪C挡板开启至点火位(>60%)；

第2步：A1油枪推进；

第3步：A1油枪打火枪推进；

第4步：开启A1油枪吹扫电磁阀，等待时间10 s；

第5步：关闭A1油枪吹扫电磁阀；

第6步：开启A1油枪供油电磁阀，打火变压器打火，等待时间20 s；

第7步：打火杆退出；

第8步：结束。

3.3.2 油枪退出

确认锅炉不需要油枪时，启动油枪退出程序，自动执行以下步序：

第1步：关闭A1油阀；

第2步：A1油枪打火杆投入；

第3步：检查A1油枪投入；

第4步：开启A1油枪吹扫阀、打火杆打火；

第5步：退出A1油枪打火枪；

第6步：关闭A1油枪吹扫阀、退出A1油枪；

第7步：关闭A1油枪油阀；

第8步：A1油枪子组停运结束。

4 气泡雾化油枪的运行与调整

4.1 油枪投退检查

(1)投油枪前就地检查压缩空气供气母管压力正常，压力表显示大于0.5 MPa。

(2)检查油枪供油手动门、供气手动门开启，油枪软管连接完好，无漏油现象。

(3)油枪投入后就地检查供油针型调节阀后油压0.4～0.5 MPa，否则进行调整。

(4)通过油枪看火孔检查油枪着火正常，否则立即退出油枪。

(5)油枪退出后检查退出到位，电磁阀动作位置正确。

(6)手动开启压缩空气吹扫针型调节阀，吹扫2 min后关闭压缩空气吹扫针型调节阀。

4.2 运行调整

(1)根据油枪投运数量及燃油消耗量，调整供油泵供油压力，保持炉前供油母管压力1.0～1.2 MPa。

(2)油枪投运后，根据油枪火焰及燃油流量，调整油枪供油调节阀，调节油枪出力适当，一般点火初期调整油枪出力在0.5～0.6 t/h,以尽快提高炉膛温度。制粉系统启动后，逐渐调整油枪出力至0.3～0.5 t/h，在满足助燃要求的情况下，减小燃油消耗。

(3)油枪投运后，根据火焰情况，及时调整油枪供风挡板(C挡板)开度，保证燃烧充分，火焰稳定。

5 改造效果及效益

5.1 运行效果分析

对于大型电站煤粉锅炉，油枪的主要作用是冷态启动时点燃煤粉。特别是对于设计煤种为无烟煤的W型火焰锅炉来说，因无烟煤挥发分低，难以着火，点火油枪的燃烧效果直接影响到锅炉冷态启动时间和燃油消耗量。

对于点火油枪，点火效果好坏主要体现在火焰温度和燃尽程度。火焰温度越高，越利于煤粉的燃烧，可以提前点燃煤粉，加快升温升压速度，缩短启动时间。在相同燃油消耗量工况下，燃尽程度的提高，有利于燃油释放更多的热量，提高火焰温度，节省锅炉点火阶段的耗油量[3-5]；同时减轻未燃尽油滴对下游烟道受热面、电除尘和脱硫系统的不利影响。

气泡雾化油枪较传统的机械雾化油枪可以形成更小颗粒度的液滴。SQ气泡油枪的雾化颗粒索太尔系数SMD≤25 μm，尺寸分布系数N>2,而传统油枪的雾化颗粒索太尔系数SMD≤120 μm。根据液体燃料燃烧的直径平方-直线定律：

τ=(δ02-δ2)/κ

(1)

当雾化颗粒燃尽时，即δ=0，则

τ=δ02/κ

(2)

式中：τ为燃烧时间，s；δ0为液体燃料雾化颗粒初始直径，mm；δ为燃烧τ秒后，液体燃料雾化颗粒的直径，mm；κ为燃烧速度常数，mm2/s。即液体燃料雾化颗粒的燃尽时间与其直径的平方成正比[6-7]。

因此，雾化颗粒越小，燃料液滴的燃烧越快，单位时间释放的热量越多，温度越高，点燃煤粉的能力越强。通过对比油枪改造后的火焰情况(见图3)可以看出，改造后油枪火焰亮度增大，黑烟减少。

图3 改造前后油枪火焰对比

从机组实际启动中的效果来看，油枪改造后，从锅炉点火至制粉系统启动时间减少1～1.5 h，机组升温升压至冲转时间缩短2 h。主要原因是油枪的点火效果好，磨煤机启动时可以选择更低的炉膛温度、更低的一次风温度，从而缩短了点火后的升温时间。

另外，由于油枪燃尽性能好，电除尘极板上未出现积油，脱硫系统浆液中也未出现漂油花现象，明显改善了浆液的启泡现象，确保了环保设备的可靠运行。

5.2 经济效益分析

油枪的改造使锅炉的启动耗油量大幅下降，平均单台次机组冷态启动耗油约20 t，较改造前减少40 t，按照两台机组每年启动10台次计算，可节省燃油400 t，节约燃油费240万元。同时供油压力由原来的3.0 MPa降至目前的1.5 MPa，燃油泵电流由原来的200 A降至目前的40 A，年节约厂用电720 MW·h,节约成本21.6万元。此外，油枪改造后还避免了启动时脱硫系统浆液受未燃尽燃油的影响，节省了大量浆液置换和石灰石消耗。

6 结论及建议

在当前节能降耗及环保排放政策日趋严格的背景下，锅炉油枪采用更先进的油枪雾化技术可以大幅降低燃油消耗，并提高环保设施运行的可靠性，确保锅炉烟气连续、可靠、达标排放，避免了机组启动中的环境污染和政府处罚。特别是针对设计煤种为低挥发分难燃烧的无烟煤锅炉，油枪的改造更是势在必行。