超超临界机组配套启动锅炉性能提升优化升级技术研究

1 基本情况

芜湖发电有限责任公司现有2×660MW燃煤发电机组，机组启动辅助蒸汽由一台35t/h的快装燃油启动锅炉供应，启动锅炉出口蒸汽参数为1.274MPa，350℃。该启动炉由杭州华电华源环境工程有限公司制造，同步配备意大利欧保EBR12G燃烧器，于2010年12月投产使用。

随着国家环保排放标准的提高，该锅炉面临无法通过环保年检的可能。

2 存在问题及原因分析

2.1 油枪燃烧效果较差，排烟烟色不达标

该燃烧器的两级油枪都为机械雾化油枪，雾化效果较差，无法实现完全燃烧。尤其是主油枪投用时，燃烧不完全导致烟囱浓烟滚滚，造成严重环境污染和油料浪费。启动锅炉采用两级点火方式，第一级点火先由高压点火枪点燃机械雾化小油枪，第二级点火再由小油枪引燃主油枪，两级油枪都为机械雾化油枪，雾化效果不好，尤其是大油枪是带回油调节的机械雾化油枪，雾化更糟糕，每当小油枪引燃主油枪时，烟囱浓烟滚滚，严重污染环境、还费油，更有引起启动锅炉爆燃放炮及尾部烟道积碳引起二次燃烧的巨大安全风险，亟待升级改造。

2.2 点火成功率较低，燃爆风险较大

该点火系统在实际使用过程可靠性较差，经常出现点不着火，或者点火多次才能成功的情况，难以满足启动炉紧急备用功能。同时由于多次点火失败，燃烧室内存留大量燃油，一旦达到爆炸限值，极易形成燃爆，造成设备损毁、人身伤亡事故。同时不完全燃烧造成的尾部烟道积碳严重，也极易引起二次燃烧风险。因此设备存在较大安全隐患。

锅炉内部壁面积碳严重如图1、图2所示。

图1 启动锅炉内部换热管道壁面积碳严重

图2 启动锅炉内部炉墙积碳严重

2.3 燃烧不稳定，容易熄火

启动炉点火、燃烧过程中，点火小油枪经常燃烧几秒钟后自动熄灭，无法引燃大油枪。大油枪燃烧过程中，燃烧火焰波动较大，燃烧状况较差，无法达到正常稳定燃烧效果。

2.4 出力无法达到额定设计值

启动锅炉自基建投产就从来没有在额定出力35t/h情况下运行过，基本只能达到22～25t/h的出力，负荷率仅仅只有70%左右，还有黑烟产生，而且随着时间推移逐渐严重，根本无法满负荷运行，从冒黑烟的情况看，微提高运行负荷都将是极其困难的，同样亟待通过改造优化为高效油枪及优化风烟系统实现设计负荷运行。

3 具体措施

3.1 改造方案研究

①改造点火油枪和主油枪为高效气爆雾化油枪。

按现有的机械雾化油枪的外形尺寸，设计气爆雾化油枪和高能点火器。新型高效气爆雾化油枪采用气泡雾化技术，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的，因此泡雾化喷嘴产生雾化所需的能量远小于常规喷嘴。气爆雾化颗粒度能够达到SMD≤25μm，使燃烧效率≥99.5%。同步将小油枪的高压点火器改造为高能点火器，优化升级油压调节装置，提高点火成功率。

②设计气爆雾化油枪所需的压缩空气系统，同步设计调节、隔离装置和配油、配风控制阀。

③检查风烟系统的阻力及积碳，设计燃油系统的控制方式，对风烟系统、燃油系统进行整体优化调整。

3.2 具体实施

①气爆雾化主油枪、点火小油枪的改造设计、供货、安装及性能试验。

包括：气爆雾化主油枪的设计、制造、安装及调试，气爆雾化点火小油枪的设计、制造、安装及调试，油枪辅助设备的设计及安装。新型油枪喷嘴采用多孔雾化设计，实物图如图3、图4所示。

图3 气爆雾化油枪喷口

图4 气爆雾化油枪雾化组件

②雾化系统的计算校核、系统设计。

包括：雾化气管道和阀门的设计、制造、安装及调试。雾化气快关电磁的采购及安装、调试。

③点火器升级改造。

将现有高压点火器升级改造为高能点火器，提高点火成功率。

④燃烧系统及附件的检查、优化调整。

包括风烟系统设备、燃烧系统设备、燃油系统设备的检查、清灰及修理、风门挡板行程的校核，风油配比装置重新优化、调整风油配比阀的行程，保证风量与燃油量的同步，提高燃烧工况稳定性、提高燃烧效率，消除冒黑烟现象。

优化点火时间与主油枪的开阀时间的重叠度，提高点火的成功率，杜绝点火油枪已经熄火而主油枪油阀还未打开的局面发生。

优化点火油压，采用低油压点火，防止锅炉爆燃冲击。点火油压定值修改为0.3~0.5MPa（以实际试验调试数值为准）。

3.3 系统调试

3.3.1 启动锅炉调试范围

对启动锅炉进行15%负荷点火启动的调试试验；50%负荷的风油比调试试验，100%负荷风油比的调试试验。

3.3.2 启动锅炉调试应具备的条件

涉及启动锅炉的所有工作票全部终结；油、气管道、阀门密封性试验合格，无泄漏点；进油、进气各电磁阀冷态通电试验动着正常；高能点火器打火正常；风油比例调节阀调试正常，带油调试送风挡板0～75%开度油压变化正常（0.15～0.9MPa）；送、引风机通风吹扫正常且完成；锅炉上水，汽包水位正常；调试的组织工作已落实，人员到位，职责明确，工器具（如F扳手、活动扳手、对讲机等）准备到位；调试方案已经完成审核批准。

3.3.3 调试程序和技术措施

3.3.3 .1 调试程序

①锅炉吹扫：启动送、引风机，并将挡板开大至少开至75%以上，对炉膛进行强力吹扫，吹扫时间不少于10分钟。记录送、引风机各开度段电流。

②燃油循环：开启进回油总门，并开启再循环手动门对炉前油系统进行大循环，如有可能调节弹簧自动调压阀后的压力至1.5MPa，如弹簧调节阀失效不能调整压力，则应用回油手动调整门进行调节，保持适当流量的情况下，维持阀后压力1.8MPa。并记录燃油循环流量。

③雾化气试验：开启雾化气总阀，并手动开启电磁阀通气试验正常，记录雾化气压力≥0.4MPa。

④点火程序试验：在控制室按一键启动按钮，一键程控启动锅炉，观察顺序启动步骤及着火情况是否正常。按一键启动按钮启动燃烧器后，如点火油枪着火正常、主油枪着火正常，立即检查主油枪的油压是否在0.15MPa，如偏离迅速用手动阀来调整正常。

稳定燃烧5分钟观察烟囱的烟色是否有黑烟，如有黑烟则进一步调低油压直至黑烟消失。如发小火焰发白刺眼，则表明过氧燃烧，风门开大了，在风油比例调节阀上调小风门，直至火焰为金黄色。至此，低负荷启动点风油配比调节合格。记录好风门开大、油压、油流量及比例调节阀开度。

⑤升负荷试验：分别开送粉挡板至40%、75%处，让锅炉带50%、90%以上的负荷，观察燃烧情况及各油压、气压、蒸汽流量、蒸汽压力、送、引风机电缆等参数。

当开大送风门至40%，观察炉膛燃烧状况、烟囱烟色，如烟囱有黑烟，在风油比例调节阀上调大送风门开度，直至黑烟消失；如火焰发白刺眼，则应调小风门，直至火焰为金色。记录油压、油流量、风门开度，送、引风机电流，至此，风油比例调节阀的中负荷完成调节。调试过程中，应始终注意汽包水位等参数。

如有条件将送风门开启至75%，观察炉膛燃烧状况、烟囱烟色，如烟囱有黑烟，在风油比例调节阀上调大送风门开度，直至黑烟消失；如火焰发白刺眼，则应调小风门，直至火焰为金色。记录油压、油流量、风门开度，送、引风机电流。调试过程中，应始终注意汽包水位等参数。至此，锅炉满负荷风油比例调节阀调试完成。锅炉蒸汽流量如未达到35t，则手动增加风油比例调节阀的油侧行程，增加负荷，直至达到满负荷为止。

⑥降负荷试验：缓慢降负荷至挡板开度40%点，观察并记录负荷、送引风机电流、油压等参数，观察炉膛燃烧情况与升负荷时的燃烧状况进行对比，如没有明显的燃烧变化和参数飘移，则升负荷、降负荷负荷中点合格。

继续降负荷至挡板开度20%，观察并记录负荷、送引风机电流、油压等参数，观察炉膛燃烧情况与升负荷时的燃烧状况进行对比，如没有明显的燃烧变化和参数飘移，则升负荷、降负荷负荷低点合格。

有条件时，再升负荷、降负荷一次，如各参数点燃烧没有变化，则整个调试合格。整个升负荷、降负荷过程中，烟囱始终不得有明显黑烟产生。

3.3.3 .2 技术措施

①确保吹扫时间及吹扫流量：启动锅炉的燃料为轻柴油，如炉膛内有残留的燃油及积碳，如不及时地吹扫干净就点火，极易形成爆燃，危及设备及人身安全。吹扫的技术措施一就是要保证吹扫时间足够，一般不少于10分钟；二就是送、引风机挡板开度要足够大，一般不能低于75%，在此开度下进行大流量的吹扫。

②确保低负荷点火：启动锅炉炉膛容积有限，点火启动时，如果油枪出力过大，炉膛将会在点燃的瞬间产生爆燃，危害锅炉设备的安全及人身安全。低负荷点火的油压设置不应大于0.15MPa。

3.3.4 调试要点

3.3.4 .1 低负荷点火油压的设定

低负荷油压的设定按20%燃油出力即550kg/h来设定，对应油压为0.15MPa，点火枪出力按80kg/h来设定，对应油压0.7MPa，送风机挡板风门开度15%。

3.3.4 .2 风、油比例调节阀各负荷点的匹配

启动锅炉的风、油调节采用的是比例调节阀调节，风门开度联动油阀对应开度，风、油联动的最佳比例当然是直线线性关系最好，但事实上往往不可能是直线的线性关系，这就需要现场逐点地校核反复调整，以不冒黑烟也不过氧燃烧为最佳。

3.3.5 调试质量的检验方法与合格标准

3.3.5 .1 性能质量标准

①检验方法：15%负荷点火启动的调试试验；50%负荷的风油比调试试验，100%负荷风油比的调试试验。

②合格标准：点火正常；风、油联动正常；启动锅炉可达到设计出力水平（35t/h）。

3.3.5 .2 环保质量标准

①检验方法：全程目测烟囱黑烟情况，或烟色检测仪检测。

②合格标准：任何工况下目测烟囱完全无黑烟，烟色检测仪（如有）检测烟囱的林格曼度数≤1度。

4 取得成效

4.1 项目主要的完成情况

主油枪改造：将主油枪由机械雾化方式改造为高效的SQ2500气爆雾化油枪，并配套安装压缩空气雾化管道、阀门、电控等设备，通过改变雾化方式来达到提高燃烧效率的目的，解决了冒黑烟的问题。

点火油枪改造：将点火油枪同步改造为高效的SQ150气爆雾化油枪，并同步将原高压点火方式改造未高能点火，大幅度提高了点火成功率。

4.2 项目形成的主要成果

在环保监督部门要求的时间内，成功地完成了启动炉燃油系统优化升级改造工程所有相关工作。改造后启动锅炉一键启动、程控自动点火，点火初始流量约为250kg/h，炉内燃烧稳定未见爆燃现象，排烟烟色经环保检测机构检测小于林格曼1度，达到环保监督要求指标。提高了启动锅炉点火成功率及燃烧安全稳定性，确保了排烟环保性。

①点火及燃烧过程中排烟烟色达到国家标准，排烟林格曼黑度小于1度。第三方检测现场实际图片如图5所示：②提高点火成功率达到100%，可靠性大大提高。如图6所示。③提高燃烧稳定性，点火油枪和主油枪燃烧过程中的熄火率降低为0。④减少尾部烟道积碳情况，消除燃爆、二次燃烧风险。

图5 现场检测验收图片（各参数运行正常，燃烧稳定）

图6 一键启动，顺利点火成功

5 结论

启动锅炉采用两级点火方式，第一级点火先由高压点火枪点燃机械雾化小油枪，第二级点火再由小油枪引燃主油枪，改造前经常出现点火失败、燃烧不稳定、燃烧时排烟烟色不达标等问题，还存在严重燃爆风险。改造后的气爆雾化油枪气爆雾化颗粒度能够达到SMD≤25μm，使燃烧效率≥99.5%，同步将小油枪的高压点火器改造为高能点火器，优化升级油压调节装置，提高点火成功率。改造后点火成功率大大提高，炉内燃烧稳定，爆燃现象消失，燃烧后排烟烟色可达到林格曼黑度1级标准。改造前油枪出力不可调节，燃烧费油且锅炉汽水参数控制困难，改造后油枪可变负荷出力，节省大量燃油且锅炉汽水参数易于控制。整改改造效果明显，系统优化成果显著，为具有同样或类似问题的单位或有关技术人员提供优化升级参考。