趙璐

關(guān)鍵詞：氣化小油槍 點火 控制 節(jié)油

1 前言

中國是一個能源消費大國，一次能源煤多油少，其中火電機組是燃油消耗大戶。據(jù)統(tǒng)計，火電機組每年消耗至少1 800萬噸燃油，其中約900萬噸燃油通過鍋爐點火和低負(fù)荷穩(wěn)燃消耗[1]。面對如此嚴(yán)峻的形式，積極開發(fā)和推廣電站節(jié)油技術(shù)，降本增效已成為當(dāng)前我國火力發(fā)電機組的迫切需要。

氣化小油槍點火技術(shù)具有初期投資少、煤種適應(yīng)廣、操作簡單、維護(hù)方便、節(jié)油環(huán)保等突出優(yōu)點，已在大型火電機組中得到了廣泛應(yīng)用，而且符合國家節(jié)能減排的政策，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

本文以張家口發(fā)電廠#1機組鍋爐點火系統(tǒng)改造為依托，在廣泛調(diào)研國內(nèi)外主流節(jié)油點火技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了應(yīng)用氣化小油槍點火技術(shù)進(jìn)行改造的方案，并對改造后在運行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了研究，對320 MW燃煤發(fā)電機組的微油改造工程具有一定的借鑒意義。

2 點火系統(tǒng)概況

2.1 設(shè)備概況

1號機組鍋爐采用的是由東方鍋爐廠生產(chǎn)設(shè)計的DG1025/18.2-Ⅱ4 型鍋爐，屬于亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)汽包爐。制粉系統(tǒng)為6臺ZGM95型變加載磨煤機，采用中速碗式磨、冷一次風(fēng)、正壓直吹式系統(tǒng)。煤粉燃燒器采用四角布置，切圓燃燒。分成上、下兩組，每組三層。油燃燒器也分上下兩層布置，A層布置在第三層二次風(fēng)噴口內(nèi)，B層布置在第五層二次風(fēng)噴口內(nèi)。

2.2 存在主要問題

（1）鍋爐煤粉燃燒器采用一二次風(fēng)間隔布置，而油燃燒器獨立布置在兩層煤粉燃燒器中間，煤粉氣流與油火焰不直接接觸，二者混合效果差，煤粉燃燼率低，尤其是在冷爐點火啟動階段，常需消耗大量燃油。

（2）在機組負(fù)荷低于130 MW時需投大油槍穩(wěn)燃，油槍出力大，投運時間長，且采用簡單機械霧化技術(shù)，燃油顆粒度大，霧化效果差，燃燒不完全導(dǎo)致煙囪冒黑煙現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

3 氣化小油槍點火技術(shù)原理

3.1氣化小油槍點火原理

先利用壓縮空氣的高速射流將燃油直接擊碎，霧化成超細(xì)油滴進(jìn)行燃燒，同時用燃燒產(chǎn)生的熱量對燃油進(jìn)行初期加熱、擴容，在極短的時間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)、氣化、燃燒，使油槍在整體燃燒過程中直接燃燒氣體燃料，從而大大提高燃燒效率及火焰溫度。氣化燃燒后的火焰剛性極強，其傳播速度極快超過聲速，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)直接點燃煤粉燃燒，從而實現(xiàn)電站鍋爐啟動、停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃中以煤代油的目的[2]。

3.2燃料逐級燃燒能量逐級放大原理

安裝于主煤粉燃燒器上的氣化小油槍燃燒形成的火焰，在煤粉燃燒器內(nèi)形成溫度梯度極大的局部高溫火核，使進(jìn)入一次室的濃相煤粉顆粒溫度急劇升高、破裂粉碎，并釋放出大量的揮發(fā)份迅速著火燃燒，然后由已著火燃燒的濃相煤粉在二次室內(nèi)與稀相煤粉混合并點燃稀相煤粉，實現(xiàn)了煤粉的分級燃燒和能量逐級放大，達(dá)到了點火并加速煤粉燃燒的目的[3]。

4 改造方案

氣化小油槍點火系統(tǒng)由微油點火燃燒器、氣化小油槍系統(tǒng)、高壓助燃風(fēng)系統(tǒng)、燃燒器壁溫監(jiān)測系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)及小油槍點火控制系統(tǒng)等組成。根據(jù)我廠1號機組鍋爐及燃煤特點，為保證改造效果，設(shè)計將鍋爐底層1號制粉系統(tǒng)對應(yīng)的4只煤粉燃燒器拆除，更換為可安裝氣化小油槍（2×60 kg/h）的相對濃淡型煤粉燃燒器。

4.1微油點火燃燒器

新型微油點火燃燒器軸向上配套安裝兩支氣化小油槍。燃燒器內(nèi)部有煤粉濃縮和濃淡分離裝置。濃縮裝置將一次風(fēng)粉氣流分成內(nèi)、外兩股，并保證中心氣流有合適的速度和濃度。氣化小油槍在燃燒器中部燃燒產(chǎn)生的強燃火焰點燃濃相煤粉，在一次風(fēng)的帶動下逐級進(jìn)入各級燃燒室參與燃燒。燃燒器出口位置增加擾流齒，擴大一次風(fēng)管的煤粉和空氣的接觸面積，有利單角燃燒器的穩(wěn)定燃燒。在鍋爐正常運行階段，氣化小油槍停止工作，該燃燒器可作為普通的煤粉燃燒器使用。

4.2氣化小油槍及點火槍

氣化小油槍及點火槍以斜插方式安裝在燃燒器中部的燃燒筒內(nèi)，位置固定后無需推進(jìn)、退出。油槍噴頭里含有氣泡霧化發(fā)生器，燃油與霧化空氣通過該裝置時會充分混合并產(chǎn)生大量氣泡（即油包氣），在噴頭出口處受內(nèi)外壓差作用產(chǎn)生爆破式霧化。霧化后的油霧燃燒形成可靠穩(wěn)定的高強度火焰，為點火初期的煤粉燃燒提供了點火能量。

4.3助燃風(fēng)系統(tǒng)

助燃風(fēng)為氣化小油槍后期的燃燒提供充足的氧氣，并對小油槍和油燃燒室進(jìn)行冷卻防止其過熱。當(dāng)氣化小油槍系統(tǒng)退出運行后，助燃風(fēng)作為流動氣源可以保持油燃燒室的清潔，防止管道中的煤粉堵塞油孔。助燃風(fēng)氣源取自一次風(fēng)母管，經(jīng)總碟閥后沿鍋爐四周環(huán)型布置，再通過分路碟閥引至各氣化小油槍燃燒筒內(nèi)。

4.4智能火焰檢測系統(tǒng)

智能火焰檢測系統(tǒng)通過智能分析火焰的閃爍和亮度變化，從而判斷出燃料的燃燒情況。它由CCD攝像機、同軸電纜、智能火焰檢測儀、四畫面合成器、大屏幕LCD顯示屏等組成。

4.5燃燒器壁溫監(jiān)測系統(tǒng)

為實時監(jiān)測燃燒器壁面溫度，設(shè)計在每個微油燃燒器距噴口350 mm的壁面位置上安裝一支K型鎧裝熱電偶。當(dāng)燃燒器壁溫升高時系統(tǒng)會發(fā)出聲光報警信號提醒運行人員注意。燃燒器設(shè)計壁溫<500 ℃。

4.6小油槍點火控制系統(tǒng)

小油槍點火控制系統(tǒng)包括對燃油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、滅火保護(hù)等的控制。在就地配置就地點火控制柜以就地控制各閥門、點火器的動作，同時可就地/遠(yuǎn)程切換。在 DCS 中增加控制畫面，將所有熱工信號直接送至 DCS，由 DCS 統(tǒng)一調(diào)度控制，所有操作和保護(hù)均通過 DCS 實現(xiàn)。

5 運行中存在問題

張家口發(fā)電廠1號機組采用氣化小油槍點火技術(shù)改造后，鍋爐冷態(tài)點火一次成功，節(jié)油效果十分顯著。但在實際應(yīng)用中也暴露出一些問題。為使用好這項新技術(shù)，充分發(fā)揮它的作用，對1號機組正常運行中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析和探討。

5.1燃油不著火

小油槍由于結(jié)構(gòu)原因，槍頭較細(xì)，燃油流量較小。尤其當(dāng)煤質(zhì)惡化導(dǎo)致燃燒不完全時，容易使小油槍槍頭積碳而影響正常點火。因此投運小油槍點火系統(tǒng)前應(yīng)對小油槍本體進(jìn)行檢查，疏通噴油孔、清除表面積碳后再進(jìn)行點火。

5.2燃油著火不完全

著火不完全主要體現(xiàn)在形不成有效火焰或者火焰長度較短、亮度不夠、火星較多等情況，這些情況的發(fā)生與燃油霧化效果有直接關(guān)系。因此出現(xiàn)上述問題時應(yīng)及時調(diào)整霧化壓力，并依據(jù)小油槍冷態(tài)標(biāo)定結(jié)果使之與燃油流量相匹配，使燃油達(dá)到更好的霧化效果。

5.3燃油火焰強度不夠

氣化小油槍點火技術(shù)的關(guān)鍵在于依靠氣化小油槍在燃燒器中部燃燒產(chǎn)生的高溫、高強度火焰點燃流過的一次風(fēng)粉氣流，火焰的的強度和剛度決定了煤粉燃燒的效果。因此當(dāng)小油槍點燃后，應(yīng)及時通過CRT畫面和就地觀火孔判斷燃燒是否良好，并通過減壓閥調(diào)整助燃風(fēng)壓力，以保證燃油火焰擁有合適的著火距離和燃燒強度。

6 結(jié)論

張家口發(fā)電廠1號機組應(yīng)用氣化小油槍點火技術(shù)后，經(jīng)濟效益顯著，達(dá)到并超過了預(yù)期要求。在使用氣化小油槍點火系統(tǒng)幾個月內(nèi)未發(fā)生燃燒器結(jié)焦現(xiàn)象及爐內(nèi)滅火打炮現(xiàn)象。在鍋爐啟、停爐及低負(fù)荷穩(wěn)燃過程中氣化小油槍點火系統(tǒng)投切自如、迅速，滿足了機組安全、經(jīng)濟運行的各項要求。

參考文獻(xiàn)

[1] 武強， 涂坤. 我國發(fā)展面臨能源與環(huán)境的雙重約束分析及對策思考[J]. 科學(xué)通報， 2019， 64（15）： 1535-1544.

[2] 張斌. 微油點火技術(shù)在200MW鍋爐中的應(yīng)用研究[D]. 華北電力大學(xué)（北京）， 2016.

[3] 洪濤， 韓忠凱. 氣化少油點火系統(tǒng)在超臨界燃煤機組的應(yīng)用[J]. 華北電力技術(shù)， 2009（06）： 26-29.