王濱

(華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204)

0 引言

火電廠煤粉鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)、停運(yùn)及低負(fù)荷助燃等情況下均需耗用大量燃油。目前，燃煤鍋爐的節(jié)油技術(shù)主要有微油點(diǎn)火、等離子點(diǎn)火等，在機(jī)組節(jié)油方面發(fā)揮了重要作用。但這些技術(shù)對(duì)煤種的適應(yīng)范圍小，不能適應(yīng)入爐煤質(zhì)的大幅度變化，啟動(dòng)時(shí)仍需要大油槍伴燒；同時(shí)，啟動(dòng)過程中普遍存在飛灰含碳量高的缺點(diǎn)。

1 設(shè)備概況

某公司二期工程2臺(tái)2 102 t/h鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流鍋爐，單爐膛、一次再熱、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣，設(shè)計(jì)煤種為山西晉中地區(qū)貧煤，點(diǎn)火及助燃油為#0柴油。燃燒系統(tǒng)的點(diǎn)火方式為二級(jí)點(diǎn)火，即高能點(diǎn)火裝置點(diǎn)燃輕油，輕油點(diǎn)燃煤粉。系統(tǒng)配有16支Y型蒸汽霧化油槍，其中下3層共12支油槍間隔布置在相鄰2層濃煤粉噴嘴之間的1個(gè)直吹風(fēng)噴嘴內(nèi)，上1層共4支油槍布置在第2層和第3層淡煤粉噴嘴之間的1個(gè)直吹風(fēng)噴嘴內(nèi)。

2 油耗高的原因分析及改造措施

該公司二期#3，#4超臨界直流鍋爐啟動(dòng)油耗高，啟動(dòng)時(shí)間長，2011年耗油量高達(dá)2 557 t，不符合國家節(jié)能減排要求。造成機(jī)組啟動(dòng)油耗高的主要原因?yàn)椋?3，#4鍋爐設(shè)計(jì)煤種為貧煤，燃煤揮發(fā)分低(Vdaf=14.9%)，啟動(dòng)初期不易點(diǎn)燃；啟動(dòng)初期爐管溫度偏低，烘爐時(shí)間長。對(duì)#3，#4鍋爐啟動(dòng)用油情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1。

表1 #3， #4鍋爐啟動(dòng)用油量統(tǒng)計(jì)

從表1可以看出：2010—2012年，#3，#4機(jī)組每次冷態(tài)啟動(dòng)用油為120～190 t，有時(shí)甚至超過260 t，極大增加了公司的燃料成本。

為解決啟動(dòng)油耗高的問題，該公司采取了以下改造措施：一是在微油點(diǎn)火燃燒器內(nèi)增加了二級(jí)供氧裝置，為油槍火焰和高濃度煤粉火焰提供強(qiáng)化燃燒所需的氧氣，在煤粉氣流初始著火的湍流混合關(guān)鍵區(qū)域形成富氧環(huán)境，提高了區(qū)域燃燒強(qiáng)度，增強(qiáng)了點(diǎn)火能量，大大降低了點(diǎn)火初期的飛灰可燃物含量；二是采取了“除氧器至啟動(dòng)分離器循環(huán)加熱”啟動(dòng)的方式，鍋爐冷態(tài)沖洗合格后，點(diǎn)火前逐漸提高除氧器溫度至150 ℃左右，開啟正常水位調(diào)節(jié)(NWL)閥進(jìn)行循環(huán)加熱(常規(guī)做法是循環(huán)加熱前點(diǎn)火烘爐)，對(duì)鍋爐循環(huán)加熱3～5 h，提高水冷壁內(nèi)爐水溫度，使?fàn)t管溫度顯著提高，減少了啟動(dòng)烘爐時(shí)間。

3 系統(tǒng)改造

3.1 純氧點(diǎn)火改造

3.1.1 純氧改造原理

純氧助燃點(diǎn)火技術(shù)的核心是“以煤代油、確保燃盡”，以微油點(diǎn)火燃燒器為基礎(chǔ)，在燃燒器的適當(dāng)位置，以適當(dāng)方式加入適量純氧，確保不同煤種的煤粉均能可靠、充分燃燒，以煤火焰代替油火焰，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)油目的。由于油、煤粉燃盡率很高，可以避免二次燃燒，不會(huì)對(duì)脫硫、脫硝、電除塵、布袋除塵系統(tǒng)造成污染，從而有條件實(shí)現(xiàn)“無煙開機(jī)、環(huán)保開機(jī)”。

純氧對(duì)燃燒的作用：降低燃料的著火點(diǎn)溫度和著火熱；提高火焰?zhèn)鞑ニ俣群腿急M率；提高燃燒區(qū)的火焰溫度。

3.1.2 純氧助燃點(diǎn)火關(guān)鍵技術(shù)

(1)將微油點(diǎn)火和純氧助燃兩項(xiàng)技術(shù)巧妙結(jié)合，用最佳氧濃度來提高油、煤火焰溫度，增強(qiáng)了點(diǎn)火能量，提高了煤種適應(yīng)性，保證了電站鍋爐在煤質(zhì)變化情況下可靠地實(shí)現(xiàn)冷態(tài)點(diǎn)火及低負(fù)荷穩(wěn)燃。

(2)運(yùn)用鈍體尾跡點(diǎn)火技術(shù)，形成穩(wěn)定燃燒區(qū)。在點(diǎn)火煤粉燃燒器出口設(shè)置鈍體，在鈍體后設(shè)置環(huán)形噴氧管，如圖1所示。微油火焰與煤粉氣流繞鈍體而過，形成鈍體尾跡。在鈍體尾跡內(nèi)噴入純氧，鈍體尾跡和主氣流交界面上有很大的速度梯度和濃度梯度，是動(dòng)量交換和物質(zhì)交換最激烈的區(qū)域，在該處形成高煤粉濃度區(qū)、高氧氣濃度區(qū)、高溫區(qū)(“三高”區(qū)域)，非常有利于煤粉的著火燃燒。

圖1 環(huán)形噴氧管

(3)低壓油膜破碎技術(shù)。微油槍采用低壓油膜破碎技術(shù)，在特定的裝置中，僅需要較低的燃油壓力(約0.5 MPa)，利用氣-液兩相流中的空氣動(dòng)力特性將油膜粉碎，即可獲得超細(xì)微小的霧化油滴，油滴索太爾平均直徑可達(dá)20 μm。在霧化過程中，充分、有效利用了氣體能量，實(shí)現(xiàn)了最佳的霧化效果。良好的霧化效果，配合相關(guān)氣化技術(shù)，使燃油高強(qiáng)度充分燃燒。

3.2 采用“除氧器至啟動(dòng)分離器循環(huán)加熱”啟動(dòng)方式

#3，#4鍋爐采用內(nèi)置式、簡單疏水大氣擴(kuò)容式啟動(dòng)系統(tǒng)，排水通過2根疏水管道引至一個(gè)連接球體，再到鍋爐的大氣式擴(kuò)容器后外排。機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，鍋爐螺旋管水冷壁溫度與鍋爐烘爐時(shí)間關(guān)系如圖2所示。

圖2 螺旋管壁溫度與點(diǎn)火并網(wǎng)時(shí)間的關(guān)系

啟動(dòng)時(shí)爐管溫度越低，烘爐所需時(shí)間越長，機(jī)組油耗也就越高，因此，有效提高啟動(dòng)初期爐管溫度是節(jié)油的關(guān)鍵。采用“除氧器至啟動(dòng)分離器循環(huán)加熱”啟動(dòng)方式，可提高點(diǎn)火前螺旋管水冷壁溫度，縮短烘爐時(shí)間，從而節(jié)省燃油。

鍋爐冷態(tài)沖洗合格后，逐漸提高除氧器溫度至150 ℃左右，同時(shí)開啟正常水位(NWL)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行排水回收(常規(guī)做法是直接進(jìn)入點(diǎn)火程序，不開啟NWL調(diào)節(jié)閥進(jìn)行排水回收)，對(duì)鍋爐循環(huán)加熱3～5 h，提高水冷壁內(nèi)爐水溫度，按給水→除氧器→給水泵→高壓加熱器→鍋爐省煤器→水冷壁→啟動(dòng)分離器→NWL調(diào)節(jié)閥→除氧器的流程進(jìn)行循環(huán)，減少外排熱量，提高爐水溫度，使鍋爐金屬溫度得到提高。

4 改造效益分析

改造前、后啟動(dòng)用油對(duì)比見表2。由表2可以看出：兩項(xiàng)措施實(shí)施后，機(jī)組啟動(dòng)用油減少110～250 t，下降幅度達(dá)75%左右，節(jié)油效果明顯。

表2 改造前、后 #3， #4鍋爐啟動(dòng)用油對(duì)比

改造前，冷態(tài)點(diǎn)火用油量為150 t(實(shí)際為120～190 t)，冷態(tài)啟動(dòng)用時(shí)12 h；改造后，冷態(tài)點(diǎn)火用油量按30 t計(jì)算(實(shí)際為24 t)，用氧量15 t，冷態(tài)啟動(dòng)用時(shí)10 h。

改造后，鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火啟動(dòng)1次可節(jié)省燃油120 t，按燃油8 000元/t的市場價(jià)計(jì)算，則可節(jié)省120×8 000×10-4=96(萬元)。

所節(jié)省燃油折算成燃煤為239 t。按燃煤平均價(jià)格750元/t計(jì)，則節(jié)省燃煤費(fèi)用為239×750×10-4≈18(萬元)。

氧氣的市場價(jià)格為800元/t，則15 t氧氣的費(fèi)用為1.2萬元。

同時(shí)，因投入循環(huán)加熱，可早并網(wǎng)2 h，增加上網(wǎng)電量80萬kW·h，按電價(jià)0.4 元/(kW·h)計(jì)，可增加利潤80×0.4=32(萬元)。

所以，每次冷態(tài)啟動(dòng)可節(jié)省費(fèi)用96-18-1.2+32=108.8(萬元)，全年2臺(tái)機(jī)組按8次啟動(dòng)統(tǒng)計(jì)，則可節(jié)省費(fèi)用108.8×8=870.4(萬元)。

每年穩(wěn)燃用油按100 t計(jì)，扣除多耗燃煤及氧氣的費(fèi)用后，實(shí)際節(jié)省費(fèi)用約為70萬元。

全年節(jié)省費(fèi)用=冷態(tài)啟動(dòng)節(jié)省費(fèi)用+穩(wěn)燃節(jié)省費(fèi)用=870.4+70=940.4(萬元)，每臺(tái)機(jī)組純氧點(diǎn)火改造投資預(yù)算為460萬元，則約1年即可收回改造2臺(tái)機(jī)組的投資。

5 結(jié)束語

純氧點(diǎn)火助燃技術(shù)與以往鍋爐節(jié)油技術(shù)相比，其節(jié)油效果更顯著，煤種適應(yīng)性更強(qiáng)。隨著環(huán)保形勢的日益嚴(yán)竣，機(jī)組開機(jī)時(shí)煙囪冒煙可能也會(huì)成為環(huán)保部門的監(jiān)管事項(xiàng)；同時(shí)，未燃盡的燃油、煤粉對(duì)脫硫、脫硝、電除塵、布袋除塵等系統(tǒng)易造成安全威脅，而純氧點(diǎn)火能很好地解決這個(gè)難題。循環(huán)加熱啟動(dòng)方式不需要增加任何設(shè)備投入，只需要改變系統(tǒng)運(yùn)行方式即可有效提高點(diǎn)火前爐管溫度，達(dá)到較好的節(jié)油效果。實(shí)施“純氧點(diǎn)火改造”和采用“除氧器至啟動(dòng)分離器循環(huán)加熱”啟動(dòng)方式兩項(xiàng)措施，徹底改變了該公司#3，#4機(jī)組啟動(dòng)油耗高的困難局面，從根本上解決了因燃燒貧煤和設(shè)備特性造成的機(jī)組啟動(dòng)耗油高、啟動(dòng)時(shí)間長、鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃耗油高的難題，啟動(dòng)燃油量下降75%～80%，節(jié)油、環(huán)保效果顯著。

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