微油点火技术在200MW贫煤机组的应用

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【摘 要】微油点火技术是用微量的油（20-40kg/h），通过专门设计的燃烧器，实现分级燃烧和能量逐级放大，最终引燃绝大多数煤粉。与传统启动点火方式比较，该技术的成功应用，大幅度降低了锅炉冷炉点火启动、锅炉停运及低负荷稳燃时的用油量，节油效果非常显著。另外，由于油枪油量小且气化燃烧完全，使得点火初期煤粉燃烬率高，能有效控制锅炉冷炉点火初期“冒黑烟”现象，而且在锅炉点火启动初期，就可投入电除尘，彻底解决了燃煤机组启动初期的污染物排放问题，因此还具有相当高的环保价值。

【关键词】微油点火技术 低负荷稳燃 油枪改造 节油降耗 环保

1 微油点火工作原理

1.1 微油点火气化燃烧的工作原理

利用机械雾化将燃料油挤压、撕裂，再用压缩空气喷射冲击进一步破碎雾化，产生超细油滴后通过高能点火器引燃，同时巧妙地利用燃烧产生的热量对燃油雾滴进行加热、扩容，使燃油在极短的时间内蒸发气化。由于燃油是在气化状态下燃烧，可以大大提高燃油火焰温度，并急剧缩短燃烧时间。气化燃烧后的火焰，正常呈蓝色，中心温度高达1500～2000℃，可作为高温火核，在煤粉燃烧器内直接点燃一级煤粉，从而实现电站锅炉启动、停止以及低负荷稳燃。

1.2 微油点火燃烧器的工作原理

微油气化油枪与高强度油燃烧室配合，燃烧后形成温度梯度很大的高温油火焰。高温油火焰引入煤粉燃烧器一级燃烧区（浓度较高的煤粉区），当浓相煤粉通过气化燃烧的高温火核时，煤粉颗粒的温度急剧升高、破裂粉碎，释放出大量的挥发份，并迅速着火燃烧；已着火燃烧的浓相煤粉在二次燃烧区内与稀相煤粉混合并点燃稀相煤粉，实现了煤粉的分级燃烧，燃烧能量逐级放大，达到点火并加速煤粉燃烧的目的，大大减少煤粉燃烧所需引燃能量。满足了锅炉启、停及低负荷稳燃的需求。

2 微油点火系统组成

微油点火系统主要由下面系统构成：（1）微油点火系统。（2）煤粉燃烧系统。（3）热工控制与保护系统。（4）辅助系统。

2.1 微油点火系统

（1）与微油点火装置相配套的燃油系统；（2）微油量气化油枪（带辅助气化油枪）；（3）高强度油燃烧室；（4）高能点火装置和火焰监视器；（5）压缩空气系统，为气化油枪提供雾化动力；（6）高压油配风系统，为油燃烧室提供冷却和氧量。

2.2 煤粉燃烧系统

（1）煤粉浓缩装置；（2）点火煤粉燃烧器；（3）燃烧器周界冷却风系统；（4）制粉系统和送粉系统。

2.3 控制保护系统

（1）DCS系统；（2）就地控制箱；（3）火检保护系统；（4）就地被控设备。

控制保护系统对点火系统、燃烧系统和制粉系统进行控制保护和过程参数监测，保证锅炉安全、稳定、可靠运行。

2.4 辅助系统

（1）燃烧器壁温监测系统；（2）冷炉制粉干燥剂油加热系统

3 微油点火装置的系统改造

本次微油点火技术改造，根据我厂锅炉燃用煤质的情况，经过详细的设计计算，将拆除#4炉#2、#5角上、中、下三层，共计6个煤粉燃烧器，安装上微油点火煤粉燃烧器。为保留原燃烧器的燃烧功能，经过改造后的喷口出口净面积与原喷口相比无变化，喷口一次风速维持原设计值。

其改造范围如下：

（1）利用原有的制粉系统和风道。

（2）将原有燃烧器改为微油点火燃烧器。

（3）利用原有燃油系统，由炉两侧原来燃油系统，引出2条新的分油管道（φ18×3钢管），并在分油管道上，增设了油截止阀、油过滤器、各角截止阀、气动球阀。然后由金属软管将燃油引入微油油枪中。

（4）利用电厂原有压缩空气源，用金属软管将压缩空气引入微油油枪中。

（5）在锅炉零米，增设2台高压风机，由高压风机出口向锅炉引一根Ф219×5钢管，然后在该钢管上，分别各引一根Ф159×3钢管到#2、5角，最后分别接入各燃烧器的主油枪、辅助油枪、火检等。

（6）在集控室加装火焰监视器，在DCS中增加操作画面。

从改动范围可以看到，微油燃烧技术中的燃油、制粉、压缩空气系统均可利用原有系统，现场改动工作量不大。

4 微油点火装置改造后的实际应用

4.1 冷态启动过程

我厂#4炉小修后，于2009年4月11日上午9：00点开始，首次进行微油点火启动试验。

9：00整，分别启动引风机和送风机全开二次风挡板，对炉膛进行吹扫。

9：10分，启动高压风机，调整风压为5KPa。

9：15分，启动#2磨煤机，投用#2角高温炉烟侧，微油点火系统主油枪（微油压力为2.0Mpa，油枪出力为40kg/h），微油一次点火成功；

9：23分，依次投入#2磨煤机上、中、下三层微油点火系统主油枪（微油压力为2.0Mpa，油枪出力为40kg/h）。

9：28分，从DCS监控系统反应情况来看，燃烧良好。因此，尝试性地少量增加燃煤量，煤粉瞬时点燃，微油燃烧器喷口出口火焰温度为665～845℃；考虑到启动初期风温和炉膛温度较低，不利于煤粉燃烬。

9：36分，投入高温炉烟侧2只辅助油枪（主枪和辅枪总出力约为120kg/h），并将给煤量提升至30%，喷口火焰温度可达到1000℃。

燃烧稳定之后，通过调整给煤量，来控制升温、升压过程。实际运行表明，微油燃烧的升温升压过程比使用大油枪更容易控制，曲线也更加平滑。

4月12日18：30～19：40应我厂要求，进行锅炉微油系统熄火后，重新点火试验，目的是使每个运行值的操作员，都能熟悉微油点火操作。期间，由于微油压缩空气电磁阀故障，微油点火未能正常启动，经厂家处理后，点火成功。

4.2 锅炉升温、升压

微油点火系统在升温升压过程中，和传统的大油枪相比有着非常大的优势。传统启动过程，由于油量无法灵活控制，每次大油枪的投运，都会带来机组燃料量的大幅变化，相应的汽温、汽压变化也较大，而微油点火启动，则可以通过对燃料量的调整，来控制相关运行参数，使得相应的汽温、汽压变化也较为平缓。此外，微油点火启动过程中，过、再热器壁温均未出现超温现象。

4.3 微油点火过程飞灰可燃物和燃烧器壁温

微油点火过程中，飞灰可燃物数值比较见下表1。

从上表1的数值分析可见，即使适当加大油量，飞灰可燃物在启动初期也只有28-34%。而且在使用微油过程中，燃烧器壁面温度也不高于500℃。

5 应用效果及存在问题

（1）我厂成功应用微油点火技术，取代了原有的大油枪启动方式。在锅炉点火启动、升温升压、汽机冲转、发电机并网等冷态启动过程中，安全平稳地完成了机组启动。此外，微油点火技术，还能够避免发生炉膛爆燃、尾部烟道二次燃烧、燃烧器结渣等事故。

（2）利用微油燃烧器启炉，投煤后煤粉能顺利点燃，火焰明亮，燃烧器喷口火焰温度始终保持在较高温度>1200℃，燃烧器壁温

（3）冷炉启动初期，飞灰含碳量较低，煤粉燃烬率高，有效控制了锅炉冷炉点火初期冒黑烟现象，实现在点火初期可以投入电除尘运行，解决了启动初期的环保问题。

（4）气化微油点火的煤种适应性广。通过优化设计和调节每支微油点火油枪的出力，微油点火系统可以实现机组在烟煤、贫煤和无烟煤等不同煤种下的冷炉启动和超低负荷稳燃。

（5）节油效果明显，经济效益巨大。微油系统的使用，可大幅度降低锅炉冷炉点火启动、锅炉停运及低负荷稳燃时的用油量。在锅炉燃烧不稳定和煤种变化较大的情况下，通过投入微油系统代替传统的大油枪（6支单支出力为2.吨/小时的启动油枪），实现锅炉的低负荷稳燃，从而提高锅炉的安全性和稳定性，节省了大量的燃油。

（6）从几次点火过程中看出，炉膛温度和煤粉细度很关键，对煤粉投入时的着火情况影响较大。另外由于微油系统的气动阀、电磁阀故障，对燃烧不利，使得炉膛燃烧扰动大，负压和水位波动大

6 效益分析

气化微油点火和超低负荷稳燃技术，实现了锅炉冷态点火并加速煤粉燃烧，大大减少煤粉燃烧所需引燃能量，满足了锅炉启、停及低负荷稳燃的需求。该技术大幅度减少了电厂锅炉点火启动和助燃用油，以煤代油，大大降低了发电成本，为企业创造巨大的经济效益。同时该技术符合国家政策，具有良好的社会效益。

6.1 经济效益

我厂#4炉成功应用气化微油点火技术实现了冷炉启动，为电厂节约了大量燃油，创造了巨大的经济效益。与未实施微油改造锅炉启动相比，经济效益非常明显。

表2为按照机组各项启动曲线及考虑机组实际情况，微油改造前后，机组估计启动用油量比较及节约费用（不考虑启动锅炉用油、不考虑过程中出现缺陷耽搁时间的油量消耗）。

表2备注：

多用煤量：为启动微油方式时，比原来大油枪，节省燃油所多消耗的煤粉量。

多用煤量计算方法：（1）节省燃油量x燃油发热量/燃煤的折算发热量；（2）燃煤的折算发热量=每kg燃煤发热量-每kg固定碳的发热量×煤灰分含量×飞灰可燃物

节省费用计算方法：节省燃油量×0.8（当前油价）-多用煤量×0.044（当前煤价）万元。

6.2 环保效益

按照常规的运行方式，机组在启动、停止及低负荷燃油稳燃运行时，锅炉必须采用油煤混烧方式。为避免未燃尽的油滴粘污电极，因此，锅炉电除尘器无法正常投入，造成大量烟尘直接排放到大气中，给环境带来严重的污染。同时烟气中的粉尘，也会对锅炉引风机叶片造成磨损，这些均给电厂带来间接的经济损失。而采用气化微油点火方式启动锅炉，由于油枪油量小且气化燃烧完全，使得启动初期，煤粉燃烬率高，能有效控制锅炉冷炉点火初期冒黑烟现象，大大减少粉尘及其他污染物的排放，避免了对环境污染，给电厂和社会带来显著的环保效益和社会效益。

7 结语

微油点火装置是近年来，在国内探索出来的新一代高效、经济、低污染的燃烧技术，而且得到了迅速的商业推广，并成为国内锅炉稳燃、助燃首选的高经济、低污染的新型技术。微油点火技术虽然开发时间不长，在国内，不论是理论研究，还是设计、制造以及运行方面都日渐成熟，虽然微油点火技术取得了初步成功，但是还需要不断探索、不断总结，使其真正达到安全、节能、环保的目的。

参考文献：

[1] 樊泉桂，阎维平.锅炉原理[M].中国电力出版社，2003.

[2] 黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整[M].中国电力出版社，2002.

[3] 华电富拉尔基发电厂气化微油点火系统说明书[z].北京世新伟业燃烧设备科技有限公司，2009

作者简介：张庆瑜（1982―），男，辽宁朝阳人，满族，热能动力专业，工学学士学位，助理工程师，现从事火力发电厂生产运行工作。