微油冷炉点火和超低负荷稳燃技术在发电厂6＃炉上的应用

2 微油冷炉点火技术原理及方案设计
　　2.1 微油冷炉点火技术原理
　　微油燃烧技术由微油气化油枪和微油冷炉点火燃烧器组成。
　　微油气化燃烧的工作原理是利用机械雾化和压缩空气的高速射流将燃料油挤压、撕裂、破碎，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进行加热，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，中心温度高达1800～2000℃。它作为高温火核在煤粉燃烧器内快速点燃一级煤粉。
　　冷炉微油点火燃烧器见图1。它的工作原理是：把微油气化油枪产生的高温油火焰引入煤粉燃烧器一级燃烧区，当浓相煤粉通过气化燃烧高温火核时，煤粉温度急剧升高、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室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，大幅度减少煤粉燃烧所需的引燃能量。为了防止燃烧器烧坏和在燃烧器内发生结渣，采用多级气膜冷却风保护喷口安全。

　　2.2 微油冷炉点火技术方案设计
　　6＃炉改造方案为将最下层#1、#3角一次风喷口改造成微油点火燃烧器。微油点火燃烧器既作为冷炉点火燃烧器，又作为主燃烧器使用。这种改造方式完全可以利用原有#1、#3角的输粉系统，包括给粉机、一次风输粉管道以及一次风在线检测系统，改造工作量小。
　　微油冷炉点火技术由微油冷炉点火燃烧器、微油气化油枪及辅助系统组成。辅助系统主要包括：油系统；压缩空气系统；气膜冷却风系统和自动控制系统。
　　（1）       油系统的主要作用是为微油枪提供清洁的燃油。由于微油枪出力很小，导致喷油孔尺寸很小，因此需对燃油进行清洁、过滤，防止燃油杂质堵塞喷油孔。（微油气化油枪的设计压力比原燃油系统压力低，在利用原燃油管道的基础上需对其减压）另外，在微油燃油系统中需加电动油阀，以实现程控操作。
　　（2）       压缩空气系统的作用是为微油气化油枪提供雾化动力。
　　（3）       气膜冷却风的作用是防止燃烧器高温烧毁。气膜冷却风为压力冷风，从送风机出口引出。
　　（4）       控制系统的作用是实现微油燃烧技术的程控操作，炉膛的安全保护与连锁，过程参数（压力、温度、风速等）的采集与监测。
　　3 微油冷炉点火技术试验结果
　　3.1  微油气化油枪出力标定
　　由于采用微油技术后，微油枪所用油量很少，原有的燃油流量计测不准，故需对微油气化油枪的出力进行冷态标定。标定方法采用称重法，即测出一定时间内微油枪的喷油量，然后推算出每小时微油枪出力，标定结果见表3。

　　3.2  大修后的升炉过程
　　台州发电厂#6炉大修后于2005年12月11日上午6：00开始锅炉启动。6:48投用#1、#3角微油点火系统主油枪（微油压力为0.8Mpa，2只油枪出力为42kg/h），微油枪一次点火成功；7：10投入1＃、3＃角给粉机，给粉机转速350r/min。投用给粉机后煤粉瞬时点燃，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，不利于煤粉燃尽，在7：30投入2只辅助微油枪（主枪和辅枪总出力为87.1kg/h），并将给粉机转速提升至400 r/min，喷口火焰温度可达到1000℃。通过调整给粉机转速，可以平稳控制锅炉升温、升压。
　　6＃炉从11日6：00开始启动，在完成所有大修后的试验和消缺后，18日23点锅炉带负荷后转入正常生产运行。大修后的启动基本使用微油燃烧器，共投用微油10次，基本一次点火成功。微油系统累计投用时间88小时。
　　冷炉启动过程中的煤质数据见表2。煤粉细度R90＝20％－22％，R200＝3.8－4％。
　　3.3 微油燃烧调整试验
　　3.3.1 一次风速对微油燃烧的影响
　　一次风速的高低对微油燃烧器煤粉的着火和燃烧影响较大，一次风速过高将导致煤粉着火推迟；而一次风速偏低又容易造成一次风管积粉甚至堵管。合理选择点火一次风速，对微油燃烧器的稳定燃烧较为重要。
　　保持给粉机转速350r/min、气膜风开度10%，改变一次风速，用辐射式高温计测量微油燃烧器出口火焰温度，测试数据见表4。

　　从试验数据和火焰观察结果来看，在一次风风速从20m/s提升到27m/s的过程中，系统运行正常，虽然火焰温度和燃烧室温度均略有降低，但火焰依然明亮，煤粉燃烧稳定。
　　3.3.2 给粉机转速（煤粉浓度）对微油燃烧的影响
　　在一次风速24m/s和气膜风开度10%时进行改变给粉机转速试验。试验结果见表5，随着给粉机转速提高，微油燃烧器出口温度略微增加。

　　3.3.3 气膜风开度对微油燃烧的影响
　　气膜冷却风的作用是保护燃烧器不烧坏和结渣。我们在较高锅炉负荷（40MW）下，进行了气膜冷却风和燃烧器壁温试验，试验数据见表6。

　　由于微油点火燃烧器设计合理，燃烧器壁温温度不高，这可以确保燃烧器不烧坏。
　　3.3.4       启动过程中的升温升压速率
　　微油冷炉点火燃烧器升温升压速率控制比大油枪具有更大的优势。在使用大油枪时，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调整给粉机转速实现燃料量的平稳增加，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。微油启动的升温、升压曲线如图2所示，启动过程平稳、容易控制，完全满足锅炉启动需要。

　　3.3.4       微油冷炉点火过程中煤粉燃烧效率
　　使用微油冷炉点火技术，在微油枪投用后即投入煤粉。由于冷炉点火时炉膛温度和一、二次风温均很低，不利于煤粉的燃尽。表7为启动过程中飞灰可燃物测量结果。可以看到，由于燃烧器设计合理，在冷炉启动后1小时，煤粉燃烧效率达到79％；随着运行时间的增加、炉膛温度及一、二次风温的提高，煤粉燃烧效率逐步提高到84.33％、87.54%。
　　由于煤粉燃尽较为理想，微油点火期间即使有较多未燃尽煤粉聚集在尾部受热面，也不会发生受热面二次燃烧问题。当然，在使用微油启动过程中还是需要及时进行尾部受热面的吹灰。

4 微油冷炉点火技术经济效益分析
　　#6炉整个启动过程使用微油点火技术，累计使用88小时，和传统大油枪启动过程的经济性对比分析如表8所示。计算结果表明#6炉使用微油点火技术比大油枪启动节约燃料费用115万元，经济效益非常可观。

5 结论
　　（1）本次调试结果说明，采用微油点火技术，在冷炉状态下可以方便、快速、稳定地点燃煤粉，实现以煤代油，节油率达到97%。本次#6炉大修后的点火启动过程共节省燃油308.6吨，节省燃料费 115万元。实践表明，微油点火系统具有投资少、系统简单、使用安全可靠等一系列优点，经济效益非常可观，是一种值得大力推广使用的技术。
　　（2）保持给粉机转速300～650r/min、一次风速20～30m/s时，冷炉状态下均能稳定点燃煤粉，燃烧器出口火焰温度可达800～1000℃。微油点火技术对一次风速和煤粉浓度的适应性很广。
　　（3）在锅炉启动初期，气膜风可不开或小开度，此时燃烧器壁温一般在300℃以下，长期运行不会烧损燃烧器或结焦。随着负荷的提升，可适当调整气膜风开度以控制燃烧器壁温。
　　（4）通过调整给粉机转速可灵活调整入炉燃料量，和传统的大油枪启动相比，更加有利于锅炉的升温、升压过程控制，启动过程中的过、再热器壁温未出现超温现象。
　　（1）       在微油启动过程中，煤粉燃尽情况比较理想，冷炉点火1小时后煤粉燃尽率达到79％，启动3小时后，煤粉燃尽率达到84.33％以上。在冷炉状态下投用微油点火技术不会造成尾部受热面的二次燃烧。
　　参考文献：
　　（1）       浙江省电力试验研究院报告，台州发电厂#6炉微油冷炉点火及超低负荷稳燃技术改造报告，2005年。
　　（2）       杭州浙大天元科技有限公司，台州发电厂#6炉微油冷炉点火及超低负荷稳燃技术改造方案，2005年。
　　池作和：　浙江大学教授、博士生导师，长期从事电站锅炉低污染燃烧、结渣、低负荷稳燃等方面的研究和工程实践。全国首届优秀博士论文获得者，曾获得国家科技进步二等奖1项，国家科技进步三等奖1项，中国教育部科技奖二等奖1项，中国高校科学技术奖1项，获国家教委科技进步一等奖1项，广东省电力科技一等奖1项， 其他奖励多项。开发成功的煤粉浓淡燃烧技术在100多台锅炉上使用，承担国家“863”和“973”项目。