微油點(diǎn)火煤粉燃燒技術(shù)的改造及應(yīng)用

　　摘要：通過(guò)對(duì)渾江發(fā)電公司兩臺(tái)670T/h鍋爐微油點(diǎn)火煤粉燃燒技術(shù)改造及應(yīng)用的論述，指出了微油點(diǎn)火煤粉燃燒器系統(tǒng)組成、設(shè)備構(gòu)造、工作原理、節(jié)油原理以及取得的節(jié)油效果，對(duì)于火力發(fā)電廠同類(lèi)型鍋爐機(jī)組燃燒器改造及節(jié)省燃油工作具有借鑒指導(dǎo)意義。

　　關(guān)鍵詞：微油;燃燒技術(shù);燃燒器

　　一、原燃燒器設(shè)計(jì)情況

　　渾江發(fā)電公司兩臺(tái)670T/h鍋爐(5號(hào)爐、6號(hào)爐)均為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的中間倉(cāng)儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉煤粉鍋爐。5號(hào)爐原設(shè)計(jì)為四角切圓布置16只直流式煤粉燃燒器;6號(hào)爐原設(shè)計(jì)為四角切圓布置上兩層為直流式煤粉燃燒器，下兩層為雙通道煤粉燃燒器。

　　5、6號(hào)爐各角四層燃燒器中間設(shè)計(jì)了蒸汽霧化重油點(diǎn)火油槍(每臺(tái)爐4只重油點(diǎn)火油槍)。

　　鍋爐設(shè)計(jì)煤種為渾江地區(qū)混煤。煤質(zhì)設(shè)計(jì)值為：灰份：40.67%，揮發(fā)份：22.14%，低位發(fā)熱量：16492kj/kg(3945大卡/kg)。從設(shè)計(jì)值可以看出，渾江發(fā)電公司燃用的煤質(zhì)較劣，而實(shí)際運(yùn)行中，燃用的煤種變化很大，煤質(zhì)更差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。特別是2004年四季度以來(lái)，由于煤炭市場(chǎng)緊缺，燃用的煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)值甚遠(yuǎn)，實(shí)際燃用煤質(zhì)經(jīng)常在下列范圍：灰份52%以上，揮發(fā)份14%以下，低位發(fā)熱量13000kj/kg以下。由此帶來(lái)的后果是，鍋爐燃燒穩(wěn)定性差，耗油量增加，滅火事件多發(fā)。

　　二、燃燒器改造情況

　　為了穩(wěn)定燃燒，降低耗油量，減少鍋爐滅火事件，渾江發(fā)電公司對(duì)5、6號(hào)爐燃燒器進(jìn)行了多次改造。

　　5號(hào)爐原設(shè)計(jì)為四角切圓布置16只直流式煤粉燃燒器。2001年10月，將原設(shè)計(jì)的16只直流式煤粉燃燒器均改造為左右型濃淡煤粉燃燒器。

　　6號(hào)爐原設(shè)計(jì)為四角切圓布置上兩層為直流式煤粉燃燒器，下兩層為雙通道煤粉燃燒器。2002年7月將原有的燃燒器改造成上三層為左右型濃淡煤粉燒器，下一層為直流式煤粉燃燒器。

　　改造成左右型濃淡煤粉燃燒器后，結(jié)果很不理想，一是對(duì)煤種適應(yīng)性較差，燃燒惰性大，當(dāng)灰份高于50%，揮發(fā)份低于13%時(shí)，燃燒穩(wěn)定性較差，經(jīng)常需要投油穩(wěn)燃;二是過(guò)熱器及再熱器管壁超溫嚴(yán)重。

　　為改變上述燃燒器不良特性，2004年起，渾江發(fā)電公司陸續(xù)將5、6號(hào)爐所有燃燒器均改造為雙通道雙濃淡多突擴(kuò)式煤粉燃燒器(簡(jiǎn)稱(chēng)雙通道燃燒器)。

　　雙通道燃燒器改造后，對(duì)煤質(zhì)的適應(yīng)性較強(qiáng)，燃燒穩(wěn)定性明顯好轉(zhuǎn)，但在節(jié)約燃油方面還不夠理想，特別是啟、停爐及低負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)燃耗油量還比較大。主要原因是重油點(diǎn)火油槍在冷態(tài)啟爐初期，點(diǎn)火非常困難，燃燒很不完善，大量重油顆粒在沒(méi)有著火或完全燃燒的情況下就被冷風(fēng)帶走;還有一部分重油附著在水冷壁上，在冷卻過(guò)程中沿水冷壁流淌到冷灰斗而凝固結(jié)塊，致使大量重油被浪費(fèi)掉。

　　為解決這一問(wèn)題，進(jìn)一步適應(yīng)煤質(zhì)需要，最大限度節(jié)省燃油，2007年下半年，渾江發(fā)電公司陸續(xù)將5、6號(hào)爐下層4只雙通道煤粉燃燒器改造為哈爾濱國(guó)能微油點(diǎn)火設(shè)備有限公司設(shè)計(jì)制造的柴油微油點(diǎn)火煤粉燃燒器。微油點(diǎn)火煤粉燃燒器改造同時(shí)，將各角四層燃燒器中間的4只蒸汽霧化重油點(diǎn)火油槍改造為4只機(jī)械霧化柴油點(diǎn)火油槍。

　　微油點(diǎn)火煤粉燃燒器既可作為點(diǎn)火燃燒器，也可作為主燃燒器使用。由于采用了微油點(diǎn)火技術(shù)、煤粉濃縮技術(shù)和逐級(jí)放大技術(shù)，這種燃燒器除具備微油點(diǎn)火節(jié)油性能外，煤粉燃燒器本身還具有良好的穩(wěn)燃節(jié)油性能，所以煤粉燃燒器又稱(chēng)為穩(wěn)燃燃燒器或節(jié)油燃燒器。

　　該項(xiàng)技術(shù)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，操作方便，對(duì)煤種適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠。

　　三、微油點(diǎn)火煤粉燃燒器系統(tǒng)構(gòu)造及作用

　　1.微油點(diǎn)火煤粉燃燒器系統(tǒng)組成

　　微油點(diǎn)火煤粉燃燒器系統(tǒng)由微油量氣化小油槍點(diǎn)火系統(tǒng)、煤粉燃燒系統(tǒng)、控制保護(hù)系統(tǒng)三大部分組成。

　　微油量氣化小油槍點(diǎn)火系統(tǒng)由高能點(diǎn)火器、點(diǎn)火油槍、輔助油槍、燃油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)等組成。

　　煤粉燃燒系統(tǒng)由煤粉濃縮器、煤粉燃燒器、周界風(fēng)冷卻系統(tǒng)等組成。

　　控制保護(hù)系統(tǒng)由DCS系統(tǒng)和就地控制箱、火檢保護(hù)系統(tǒng)、燃燒器壁溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、火焰電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等組成，對(duì)點(diǎn)火系統(tǒng)和送粉系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)程控點(diǎn)火與油槍滅火聯(lián)鎖保護(hù)，保證鍋爐安全穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

　　2.微油點(diǎn)火煤粉燃燒器構(gòu)造及作用

　　微油點(diǎn)火煤粉燃燒器由高能點(diǎn)火器、點(diǎn)火油槍、輔助油槍、煤粉濃縮器、一次燃燒室、二次燃燒室、周界二次風(fēng)、壓縮空氣、高壓風(fēng)(壓力冷風(fēng))等部分組成。

　　高能點(diǎn)火器用于點(diǎn)火油槍點(diǎn)火，點(diǎn)火油槍用于點(diǎn)燃煤粉，輔助油槍用于強(qiáng)化點(diǎn)火燃燒效果，加快煤粉的點(diǎn)火速度，增加煤粉的燃燒強(qiáng)度。

　　煤粉濃縮器采用雙層煤粉濃縮環(huán)結(jié)構(gòu)，以提高煤粉濃縮效果。煤粉濃縮率達(dá)63.4%。

　　一次燃燒室作用：一次風(fēng)粉混合物經(jīng)濃淡分離后，濃相煤粉進(jìn)入一次燃燒室與微油量氣化小油槍氣化燃燒生成的高溫火焰混合，在微油量氣化小油槍高溫火焰作用下析出揮發(fā)份并著火燃燒。

　　二次燃燒室作用：稀相煤粉進(jìn)入二次燃燒室與濃相著火燃燒的煤粉混合并被點(diǎn)燃。被點(diǎn)燃的煤粉火焰在燃燒過(guò)程中噴入爐膛，火焰長(zhǎng)度可達(dá)5米以上，可直接點(diǎn)燃與其相鄰的主燃燒器。

　　周界二次風(fēng)作用：冷卻二次燃燒室外壁，防止燃燒器燒損和結(jié)焦，補(bǔ)充煤粉燃燒所需氧量。

　　壓縮空氣作用：小油槍點(diǎn)火初期用于燃油霧化，正常燃燒時(shí)加速燃油氣化并提供燃燒所需氧量。

　　高壓風(fēng)(壓力冷風(fēng))作用：為小油槍著火初期提供氧量，補(bǔ)充正常燃燒所需氧量。

　　四、微油點(diǎn)火煤粉燃燒器工作原理

　　微油點(diǎn)火煤粉燃燒器采用微油點(diǎn)火技術(shù)、煤粉濃縮技術(shù)、逐級(jí)放大技術(shù)和氣膜冷卻技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)。

　　1.微油點(diǎn)火技術(shù)

　　傳統(tǒng)的機(jī)械霧化燃燒方式是，燃油被霧化成﹤200～250μm的油霧液滴，以增加燃油蒸發(fā)表面積，提高蒸發(fā)速度，實(shí)現(xiàn)油霧蒸汽燃燒。但是機(jī)械霧化不能從根本上改變?nèi)加鸵簯B(tài)本質(zhì)。采用燃油氣化燃燒原理，氣化后的燃油粒度為氣體分子級(jí)，其化學(xué)反應(yīng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)械霧化產(chǎn)生的油霧液滴。伴隨著氣化反應(yīng)，油溫也隨之上升，根據(jù)燃燒學(xué)原理，溫度每提高10℃，化學(xué)反應(yīng)速度將增加2～4倍。微油點(diǎn)火技術(shù)就是根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)的。

　　2.煤粉濃縮技術(shù)

　　由于爐膛結(jié)焦、煤質(zhì)下降及低負(fù)荷調(diào)峰穩(wěn)燃需要，近幾年的電站鍋爐改造中出現(xiàn)了各種煤粉濃縮燃燒器。為了強(qiáng)化燃燒效果，微油點(diǎn)火穩(wěn)燃燃燒器創(chuàng)造性地引進(jìn)了煤粉濃縮技術(shù);換言之，微油點(diǎn)火穩(wěn)燃燃燒器煤粉濃縮技術(shù)是在借鑒以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造創(chuàng)新的結(jié)果。

　　3.逐級(jí)放大技術(shù)

　　能量逐級(jí)放大技術(shù)的前提是，引火源具有很高的燃燒強(qiáng)度和后續(xù)燃料的迅速引燃。微油點(diǎn)火及穩(wěn)燃燃燒器點(diǎn)火系統(tǒng)中，氣化霧化油槍保證了引火源的燃燒強(qiáng)度。濃相煤粉被引燃時(shí)，在一級(jí)燃燒室內(nèi)就形成了“三高區(qū)”，即：點(diǎn)火溫度高，煤粉濃度高，燃燒強(qiáng)度高。煤粉在高強(qiáng)度的燃燒火核引燃下迅速升溫破碎并析出揮發(fā)份，進(jìn)一步增強(qiáng)燃燒效果;濃相煤粉著火后進(jìn)入二級(jí)乃至三級(jí)燃燒室與稀相煤粉混合后繼續(xù)強(qiáng)化燃燒，達(dá)到了能量逐級(jí)放大效果。

　　4.氣膜冷卻技術(shù)

　　由于煤粉在燃燒器筒體內(nèi)燃燒，燃燒器筒體內(nèi)煙氣溫度高達(dá)1000℃左右，燃燒器金屬壁面的工作環(huán)境比較惡劣，極易造成燃燒器結(jié)焦、燒損。為防止燃燒器結(jié)焦、燒損，在微油點(diǎn)火及穩(wěn)燃燃燒器系統(tǒng)中引進(jìn)了航空航天領(lǐng)域的氣膜冷卻技術(shù)，即用稀相一次風(fēng)冷卻一次燃燒室壁面，用送風(fēng)機(jī)壓力冷風(fēng)作為周界二次風(fēng)冷卻二次燃燒室壁面。氣膜冷卻技術(shù)是在燃燒器壁面形成一層冷風(fēng)氣膜，它具有兩個(gè)重要保護(hù)作用：一是將高溫燃?xì)馀c壁面隔開(kāi)，以避免高溫燃?xì)庵苯訉?duì)壁面進(jìn)行對(duì)流換熱，這是隔熱作用;二是將高溫燃?xì)馀c火焰的輻射熱量從壁面帶走一部分，這是冷卻作用。通過(guò)這兩種保護(hù)方式可以有效防止燃燒器結(jié)焦和過(guò)熱燒損。

　　5.微油量氣化小油槍工作原理

　　微油量氣化小油槍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)行點(diǎn)火燃燒，在極短時(shí)間內(nèi)完成油滴的氣化蒸發(fā)，使微油量氣化小油槍直接燃燒氣體燃料，從而大大提高了燃燒效率及火焰溫度。氣化后的燃油火焰剛性強(qiáng)、傳播速度快，火焰呈完全透明狀，根部為藍(lán)色火焰，中間及尾部為白色透明火焰，火焰中心溫度可達(dá)1500℃～2000℃。氣化后的燃油火焰作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)直接點(diǎn)燃煤粉。這種點(diǎn)火方式點(diǎn)火迅速，穩(wěn)燃性能好，從而實(shí)現(xiàn)了以粉代油，節(jié)省點(diǎn)火及低負(fù)荷穩(wěn)燃用油的目的。

　　6.微油點(diǎn)火煤粉燃燒器工作原理

　　微油量氣化小油槍通過(guò)燃油氣化燃燒產(chǎn)生高溫火焰，在煤粉燃燒器一次燃燒室內(nèi)形成溫度梯度較大的高溫火核，進(jìn)入一次燃燒室的濃相煤粉遇到高溫火核時(shí)，煤粉顆粒溫度急劇升高而破裂粉碎，揮發(fā)份迅速析出并著火燃燒。著火燃燒的濃相煤粉進(jìn)入二次燃燒室時(shí)，再與稀相煤粉混合并將稀相煤粉點(diǎn)燃，促使煤粉分級(jí)燃燒，燃燒能量逐級(jí)放大，達(dá)到了煤粉迅速點(diǎn)火并強(qiáng)化燃燒的效果。這種點(diǎn)火方式可以大大減少煤粉燃燒所需的引燃能量，以滿足鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)、滑參數(shù)停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃需要。

　　五、微油燃燒技術(shù)節(jié)油原理

　　1.油槍布置方式節(jié)油

　　傳統(tǒng)的鍋爐點(diǎn)火大油槍一般都布置在二次風(fēng)噴口內(nèi)，鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，首先點(diǎn)燃大油槍以提高爐膛煙氣溫度，高溫?zé)煔馔ㄟ^(guò)對(duì)流將熱量傳給一次風(fēng)射流，這種高溫?zé)煔馀c一次風(fēng)的對(duì)流換熱，約為油槍燃燒產(chǎn)生熱量的20%。而微油點(diǎn)火煤粉燃燒器是將油槍布置在一次風(fēng)噴口內(nèi)，這種油槍布置方式最多只用大油槍的20%油量來(lái)點(diǎn)燃煤粉，所以可節(jié)約近80%的燃油。

　　2.分級(jí)燃燒方式節(jié)油

　　節(jié)油燃燒器針對(duì)不同煤質(zhì)設(shè)計(jì)2～3級(jí)煤粉燃燒室，第一級(jí)煤粉燃燒室進(jìn)口風(fēng)量一般為一次風(fēng)管風(fēng)量的20%～30%，煤粉濃度約為風(fēng)管內(nèi)煤粉濃度的2～3倍。根據(jù)煤粉著火熱計(jì)算公式，一次風(fēng)量與風(fēng)粉氣流所需著火熱基本成比例關(guān)系，利用分級(jí)燃燒原理，在上述基礎(chǔ)上又可節(jié)油80%～90%。

　　微油點(diǎn)火節(jié)油燃燒器與常規(guī)煤粉燃燒器相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是：小油量氣化燃燒著火迅速，燃燒充分，火力強(qiáng)大，著火后的高溫火焰在燃燒器筒體內(nèi)以極短的時(shí)間直接點(diǎn)燃煤粉并迅速燃燒，然后向爐內(nèi)噴出高溫火焰。相鄰煤粉燃燒器煤粉噴出后被高溫火焰和煙氣回流加熱點(diǎn)火燃燒，而不必使用大油槍點(diǎn)火。所以用油量較少。

　　綜合上述兩種節(jié)油方式，使用微油點(diǎn)火節(jié)油燃燒器，可直接節(jié)油95%以上。扣除因節(jié)油而多消耗煤粉的費(fèi)用，綜合節(jié)油率可達(dá)90%以上。

　　六、微油點(diǎn)火煤粉燃燒器改造效果

　　渾江發(fā)電公司微油點(diǎn)火煤粉燃燒器設(shè)計(jì)煤種為：灰份≤48%，揮發(fā)份≥16%，低位發(fā)熱量≥14000kj/kg。微油量氣化小油槍出力為40～120kg/h，大油槍出力為：0.8～1.5t/h。

　　微油點(diǎn)火煤粉燃燒器改造后收到了良好的節(jié)油效果，啟、停爐及低負(fù)荷穩(wěn)燃耗油量明顯下降。

　　5、6號(hào)爐原重油點(diǎn)火系統(tǒng)冷態(tài)啟爐每次耗(重)油50噸以上，最高達(dá)到過(guò)87噸;滑參數(shù)停爐每次耗(重)油10噸以上。而微油點(diǎn)火煤粉燃燒器改造后冷態(tài)啟爐每次耗(柴)油可控制在15噸以?xún)?nèi)，滑參數(shù)停爐每次耗(柴)油不超過(guò)2噸。按經(jīng)濟(jì)價(jià)值計(jì)算——

　　冷態(tài)啟爐每次至少節(jié)約資金：

　　0.33萬(wàn)元×50(t)-0.63萬(wàn)元×15(t)=7.05萬(wàn)元

　　滑參數(shù)停爐每次至少節(jié)約資金：

　　0.33萬(wàn)元×10(t)-0.63萬(wàn)元×2(t)=2.04萬(wàn)元

　　啟停爐一次可以節(jié)約資金9萬(wàn)元以上。

　　這只是在燃用劣質(zhì)煤情況下，微油點(diǎn)火煤粉燃燒器改造后的節(jié)油效果。如果燃用設(shè)計(jì)煤種，其節(jié)油效果會(huì)更加明顯。

　　七、結(jié)論

　　通過(guò)以上分析論述，可以得出如下結(jié)論：

　　1.綜合節(jié)油率高

　　微油點(diǎn)火煤粉燃燒器通過(guò)小油量點(diǎn)火油槍氣化燃燒形成的高溫火核直接點(diǎn)燃煤粉。這種點(diǎn)火方式點(diǎn)火迅速，穩(wěn)燃性能好，實(shí)現(xiàn)了以粉代油、節(jié)省燃油的目的。在鍋爐啟、停和低負(fù)荷穩(wěn)燃方面可節(jié)約大量燃油，綜合節(jié)油率達(dá)90%以上。

　　2.自動(dòng)化程度高

　　微油點(diǎn)火節(jié)油燃燒技術(shù)配套設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，通過(guò)就地控制箱或PLC與DCS系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)(單獨(dú)DCS組態(tài)畫(huà)面)，將重要參數(shù)傳輸?shù)藉仩tFSSS保護(hù)系統(tǒng)。通過(guò)DCS系統(tǒng)獨(dú)立的操作畫(huà)面，結(jié)合爐內(nèi)火焰監(jiān)視系統(tǒng)，運(yùn)行人員可在集控室進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，整個(gè)過(guò)程也可設(shè)定全自動(dòng)完成。

　　3.系統(tǒng)安全可靠

　　微油點(diǎn)火煤粉燃燒器系統(tǒng)簡(jiǎn)單，對(duì)煤種適應(yīng)性強(qiáng)，操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定。煤粉燃燒器采用多級(jí)氣膜冷卻技術(shù)，可以有效避免燃燒器結(jié)焦、燒損現(xiàn)象，運(yùn)行安全可靠。