李秀忠

(華電國際萊城發(fā)電廠，山東萊蕪271113)

純氧點(diǎn)火新技術(shù)在鍋爐運(yùn)行中的應(yīng)用

A new technology application of pure oxygen ignition in boiler operation

李秀忠

(華電國際萊城發(fā)電廠，山東萊蕪271113)

結(jié)合萊陽電廠4臺鍋爐的純氧點(diǎn)火改造，介紹純氧點(diǎn)火的應(yīng)用原理，給出燃煤鍋爐純氧點(diǎn)火的現(xiàn)場改造方案，并描述了純氧點(diǎn)火的投入和停止過程。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，純氧點(diǎn)火應(yīng)用在鍋爐上，節(jié)能和環(huán)保效果良好。

純氧點(diǎn)火；燃煤鍋爐；火電廠；新技術(shù)應(yīng)用；節(jié)能分析

1 概述

華電國際萊城發(fā)電廠4×300 MW機(jī)組2號爐為上海鍋爐廠制造，該SG－1025/17.44－M844型鍋爐為亞臨界中間一次再熱控制循環(huán)汽包鍋爐，設(shè)計(jì)燃煤為高揮發(fā)分煙煤，點(diǎn)火、助燃用油為0號柴油，制粉系統(tǒng)配置3臺BBD4062雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)系統(tǒng)。正常工況下投3臺磨煤機(jī)帶MCR工況?，F(xiàn)萊城電廠4臺鍋爐已經(jīng)全部完成純氧點(diǎn)火改造，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)能效果良好。

2 鍋爐純氧點(diǎn)火的應(yīng)用原理

微油點(diǎn)火就是將燃油經(jīng)機(jī)械霧化成超細(xì)油滴進(jìn)行燃燒，從而大幅度提高燃燒效率及火焰溫度。燃燒的火焰剛性強(qiáng)，溫度高達(dá)1 500℃－2 000℃，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)直接點(diǎn)燃煤粉燃燒，實(shí)現(xiàn)火電廠鍋爐的啟動、滑停及低負(fù)荷穩(wěn)燃。微油燃燒產(chǎn)生的高溫火核使煤粉混合物發(fā)生一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，從而使煤粉的燃燒速度加快，達(dá)到點(diǎn)火并使煤粉加速燃燒的目的。

燃燒過程是空氣中的氧氣參與燃料氧化反應(yīng)并同時發(fā)出光和熱的過程。采用加氧燃燒使助燃用的氧化劑中的氧濃度高于普通空氣中的氧濃度。加氧點(diǎn)火技術(shù)是在成熟的微油點(diǎn)火技術(shù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用氧氣助燃，將氧氣送入點(diǎn)火燃燒器內(nèi)部參與煤粉氣流助燃，既提高了點(diǎn)火燃燒器對劣質(zhì)燃料的應(yīng)用范圍〔1〕，又能充分發(fā)揮燃用優(yōu)質(zhì)燃料的性能，進(jìn)一步提高點(diǎn)火燃燒器的性能和節(jié)油率。

純氧點(diǎn)火系統(tǒng)的改造是微油點(diǎn)火加氧助燃技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，是在成熟的微油點(diǎn)火技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來。該系統(tǒng)采用微油點(diǎn)火并加氧助燃，純氧點(diǎn)火依消耗少量的氧為代價，獲取燃料高強(qiáng)度的燃燒、燃盡度的良好效果，節(jié)能效果顯著。具有大幅降低飛灰可燃物、隨時可投入電除塵等特點(diǎn)，另外，具有煙氣排放量低，減少排煙熱損失等特點(diǎn)。由于提高了氧氣燃燒濃度，使得點(diǎn)火及穩(wěn)燃性能大大提高，保證了鍋爐的燃燒穩(wěn)定性〔2〕。

3 鍋爐純氧點(diǎn)火的改造

首臺鍋爐改造應(yīng)用于萊城發(fā)電廠2號鍋爐，結(jié)合2號爐微油點(diǎn)火燃燒器結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了改造前的論證，確保鍋爐燃燒器在改造后能長期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，2014年5月2號爐大修中進(jìn)行了純氧點(diǎn)火改造。純氧點(diǎn)火系統(tǒng)包括油燃燒器、微油點(diǎn)火燃燒器、輔助系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)等。

3.1 燃燒器部分的改造

噴燃器改造為微油點(diǎn)火富氧燃燒器；更換掉原氣化小油槍微油點(diǎn)火系統(tǒng)，改為機(jī)械霧化小油槍微油點(diǎn)火系統(tǒng)。

點(diǎn)火油槍的霧化方式為機(jī)械霧化:其原理是將具有一定壓力的燃油通過分油器進(jìn)入霧化旋流片，經(jīng)過霧化旋流片的切向槽轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)液流，離開噴嘴出口處即可形成一股中空的薄膜流，受空氣阻力后破碎成細(xì)液滴〔3〕。該種霧化方式系統(tǒng)簡單，霧化效果好，無需設(shè)計(jì)霧化壓縮空氣回路，同時對燃油壓力穩(wěn)定性要求不高，無需配置單獨(dú)的燃油減壓和蓄能裝置，滿足燃油主路油壓即可。

單只油槍設(shè)計(jì)出力為60～120 kg/h。按燃煤煤質(zhì)特性設(shè)計(jì)，單只油槍出力60 kg/h即可滿足點(diǎn)火要求，但考慮到實(shí)際使用中煤質(zhì)下降，設(shè)計(jì)的油槍出力預(yù)留的富裕量，強(qiáng)化煤粉的燃燒，從而提高點(diǎn)火初期煤粉的燃盡度，保證鍋爐運(yùn)行安全。純氧點(diǎn)火系統(tǒng)油槍參數(shù)見表1。

表1 純氧點(diǎn)火系統(tǒng)油槍參數(shù)

微油點(diǎn)火燃燒器及純氧點(diǎn)火裝置結(jié)構(gòu)見圖1，微油點(diǎn)火煤粉燃燒器主要由噴口、燃燒筒、濃縮裝置、微油點(diǎn)火器、供氧裝置等組成。

圖1 微油點(diǎn)火燃燒器及純氧點(diǎn)火裝置示意圖

油燃燒器 (油槍、點(diǎn)火槍、油火檢等)放入防磨套筒內(nèi)，從煤粉彎頭處軸向插入至微油點(diǎn)火燃燒器一級燃燒筒處。徑向插入油火焰易在燃燒器內(nèi)形成紊流區(qū)，對風(fēng)粉的正常流動有一定的影響，嚴(yán)重時燃燒器內(nèi)會有積粉、結(jié)焦現(xiàn)象；采用軸向插入，油火焰與煤粉氣流方向一致，能有效的避免影響風(fēng)粉流動、燃燒器內(nèi)積粉結(jié)焦的問題，可有效避免燃燒器避免局部高溫，防止燃燒筒體燒損或結(jié)渣。

3.2 供氧系統(tǒng)

供氧系統(tǒng)的組成由供氧站、供氧管道、控制裝置及部分輔助部分組成，供氧系統(tǒng)見圖2。供氧管道包括純氧母管、手動截止閥、排空閥、壓力表等。純氧吹掃管道由小油槍助燃風(fēng)系統(tǒng)引出。

供氧系統(tǒng)就地控制柜安裝在燃燒器處，控制柜操作盤面裝有純氧運(yùn)行閥啟停、純氧吹掃閥啟停等按鈕和對應(yīng)的狀態(tài)指示燈，可實(shí)現(xiàn)所對應(yīng)純氧點(diǎn)火就地控制。另外，輔助設(shè)備有純氧運(yùn)行閥、純氧吹掃閥、純氧總閥、純氧排空閥等就地被控設(shè)備以及相應(yīng)電纜。

圖2 萊城電廠供氧系統(tǒng)圖

4 鍋爐純氧點(diǎn)火的投入與停止

4.1 鍋爐純氧點(diǎn)火系統(tǒng)的啟動準(zhǔn)備

4.1.1 鍋爐純氧燃燒系統(tǒng)的檢查

鍋爐純氧點(diǎn)火系統(tǒng)啟動前機(jī)械霧化小油槍、噴燃器改造、風(fēng)道燃燒器改造項(xiàng)目應(yīng)全部完成。確認(rèn)噴燃器區(qū)域消防設(shè)施齊全，確認(rèn)噴燃器區(qū)域無積粉、積油現(xiàn)象。

4.4.2 純氧點(diǎn)火系統(tǒng)的操作及注意事項(xiàng)

鍋爐啟動供氧過程中，加強(qiáng)油系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)的泄漏檢查，泄漏嚴(yán)重時，關(guān)閉液氧站供氧總門和鍋爐角供氧速斷閥、手動門。供氧過程中，鍋爐本體周圍5 m內(nèi)禁止煙火、動火工作。鍋爐啟動完畢，關(guān)閉液氧站供氧總門并上鎖、掛禁止操作牌，氧緩沖罐必須排空。排空時要檢查四周應(yīng)無煙火、動火工作〔4〕，否則不能排空。

4.2 鍋爐純氧點(diǎn)火系統(tǒng)的啟動

萊城電廠鍋爐燃燒如圖3，啟動時，先啟動引、送風(fēng)機(jī)，進(jìn)行鍋爐吹掃，吹掃完畢后保持燃油循環(huán)5～10 min，然后關(guān)閉A，B一次風(fēng)機(jī)出口聯(lián)絡(luò)擋板，同時確認(rèn)A，B助燃風(fēng)機(jī)出口門關(guān)閉，B側(cè)冷一次風(fēng)至小油槍助燃、冷卻風(fēng)隔離門全開。采用變頻方式啟動B一次風(fēng)機(jī)，調(diào)整一次風(fēng)壓8～9 kPa左右。啟動B一次風(fēng)機(jī)后，應(yīng)就地檢查A一次風(fēng)機(jī)無倒轉(zhuǎn)情況。

圖3 萊城電廠鍋爐燃燒系統(tǒng)圖

調(diào)節(jié)點(diǎn)火風(fēng)量，打開火檢風(fēng)至圖像火檢冷卻風(fēng)門，調(diào)整小油槍高壓助燃風(fēng)壓力1 000～2 000 Pa，保持微油油槍助燃風(fēng)量900 m3/h。投入4個角微油，調(diào)節(jié)周界風(fēng)風(fēng)門開度，使小油槍點(diǎn)火著火正常，維持燃燒器壁溫不超過450℃，檢查著火情況。關(guān)閉主管路純氧排空閥，切換至純氧站供氧，進(jìn)行不同投氧方式純氧助燃組合試驗(yàn)。投入熱一次風(fēng)母管風(fēng)道加熱器，確認(rèn)冷一次風(fēng)至風(fēng)道燃燒器助燃、冷卻風(fēng)供氣手動門關(guān)閉，打開壓縮空氣至風(fēng)道燃燒器供氣總門、至風(fēng)道燃燒器助燃、冷卻風(fēng)供氣手動門，至風(fēng)道燃燒器微油槍吹掃、控制風(fēng)手動門，及時打開助燃、冷卻風(fēng)聯(lián)箱至微油槍、火檢隔離門。

小油槍的啟動在一次風(fēng)機(jī)啟動后進(jìn)行〔5〕。小油槍噴出的燃油在微油燃燒器中燃燒，產(chǎn)生的高溫油火焰進(jìn)入一級燃燒筒，此時開始供氧。燃燒穩(wěn)定后，啟動給、磨煤機(jī)，煤粉經(jīng)過濃縮裝置分成內(nèi)濃外淡的分布形式，濃相煤粉經(jīng)過高溫的油火焰火核迅速被點(diǎn)燃并劇烈燃燒，著火燃燒的濃相煤粉又引燃淡相煤粉氣流，混合煤粉燃燒氣流在噴口處又經(jīng)過二級氧槍的助燃，使煤粉氣流的燃燒得以再次強(qiáng)化，燃燒充分完全。

當(dāng)達(dá)到一定負(fù)荷后，可以停止小油槍，只進(jìn)行投氧助燃。經(jīng)過純氧助燃后，可提高燃燒速度，促進(jìn)燃料燃燒完全，減少油粉混合物的排放，減輕對尾部受熱面、催化劑、空預(yù)器、電除塵和脫硫系統(tǒng)的影響，并有效防止尾部煙道二次燃燒的發(fā)生，節(jié)約點(diǎn)火時燃油消耗和煤分消耗，提高機(jī)組點(diǎn)火經(jīng)濟(jì)性，提高鍋爐效率。

4.3 鍋爐純氧點(diǎn)火系統(tǒng)停止

機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定時，視燃燒情況，逐只撤出微油槍及供氧系統(tǒng)運(yùn)行。關(guān)閉液氧站供氧總門，確認(rèn)氧氣系統(tǒng)無壓力，依次關(guān)閉母管氣動閥、爐前供氧速斷閥、各角電磁閥，確認(rèn)爐前排空電磁閥開，打開主管路排空閥。撤出純氧燃燒系統(tǒng)后，確認(rèn)純氧管路吹掃閥在開位，對純氧系統(tǒng)進(jìn)行吹掃一次。

5 鍋爐純氧點(diǎn)火節(jié)能分析

萊城電廠4臺鍋爐純氧點(diǎn)火的成功技改后運(yùn)行穩(wěn)定，在確保鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，機(jī)組啟動用油明顯下降，經(jīng)過半年的燃油量統(tǒng)計(jì)對比經(jīng)濟(jì)效益明顯。2015年1月20日2號機(jī)組啟動，純氧點(diǎn)火投入，共燃油4.2 t，相比2014年1月份純氧點(diǎn)火應(yīng)用前開機(jī)用油46.2 t，點(diǎn)火用油大幅下降。

根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)施純氧點(diǎn)火技改后，機(jī)組的啟動用油明顯減少，由全年機(jī)組啟動用油數(shù)據(jù)的對比分析表明，平均每次節(jié)油約16 t左右，燃油節(jié)油量達(dá)70%。每年4天機(jī)組冷態(tài)啟動按照15次估算，僅啟動用油1項(xiàng)節(jié)約燃油240 t左右，年減少開支100萬元左右，節(jié)能效果良好〔6〕。

6 結(jié)論

萊城電廠實(shí)施純氧點(diǎn)火后，增加了設(shè)備的系統(tǒng)及投資，但是，從運(yùn)行數(shù)據(jù)來看，節(jié)能效果良好。下一步將不斷總結(jié)鍋爐純氧點(diǎn)火的成功經(jīng)驗(yàn)，在鍋爐穩(wěn)定燃燒的前提下，拓展純氧點(diǎn)火的節(jié)能空間。

〔1〕黃新元.電站鍋爐運(yùn)行與燃燒調(diào)整 〔M〕.北京:中國電力出版社，2003.

〔2〕孫學(xué)信.燃煤鍋爐燃燒試驗(yàn)技術(shù)與方法 〔M〕.北京:中國電力出版社，2002.

〔3〕范從振.鍋爐原理 〔M〕.北京:中國電力出版社，2009.

〔4〕林宗虎，徐通模.實(shí)用鍋爐手冊 〔M〕.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

〔5〕張磊.大型鍋爐運(yùn)行 〔M〕.北京:中國電力出版社，2012.

〔6〕萊城電廠.萊城電廠鍋爐運(yùn)行規(guī)程 〔S〕.2014.

TM621.2

B

1008-0198(2015)05-0057-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.05.017

李秀忠 (1968)，男，山東萊蕪人，高工，從事發(fā)電廠節(jié)能與脫硫、脫硝環(huán)保技術(shù)工作。

2015-01-15 改回日期:2015-03-23