600MW機(jī)組“W”型火焰鍋爐小油槍節(jié)能改造技術(shù)應(yīng)用

華能云南分公司 梁正川 任禮剛

本文介紹了小油槍的技術(shù)原理，以及在600MW機(jī)組“W”型火焰鍋爐上的應(yīng)用情況。主要包括小油槍的霧化原理和技術(shù)特點(diǎn)，并對安裝、運(yùn)行、維護(hù)注意要點(diǎn)進(jìn)行了說明，電廠技術(shù)人員通過不斷試驗(yàn)，摸索出了一套較好的小油槍應(yīng)用方法，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

“W”型火焰；鍋爐；油槍；點(diǎn)火；煙煤；無煙煤；燃油量

0 前言

W型火焰鍋爐一般都是為燃用低揮發(fā)性無煙煤而設(shè)計(jì)，其燃用的無煙煤為極難著火的煤種，目前國內(nèi)外對此煤種的點(diǎn)火均沒有很好的辦法?，F(xiàn)在國內(nèi)主流的等離子點(diǎn)火、微油點(diǎn)火等節(jié)油技術(shù)在“W”型鍋爐上應(yīng)用基本都不成功，即使勉強(qiáng)成功的，付出的代價也不菲，可以說是為了節(jié)油而節(jié)油，經(jīng)濟(jì)性較差。

某火力發(fā)電廠在其600MW機(jī)組“W”型火焰鍋爐上采用小油槍替代原有固定出力機(jī)械霧化油槍來點(diǎn)火及助燃，從冷爐點(diǎn)火到并網(wǎng)斷油，耗油量從原來的130噸，降到45噸左右，實(shí)現(xiàn)了節(jié)油65%的重大突破，這為燃用無煙煤“W”型火焰鍋爐機(jī)組甚至其他燃煤鍋爐點(diǎn)火節(jié)油開辟了一條新的出路。

1 小油槍氣體爆炸霧化的原理

小油槍為氣泡油槍，是在消化美國科學(xué)家提出的氣泡霧化理論基礎(chǔ)上，替代現(xiàn)有機(jī)械霧化和氣動霧化油槍的新型技術(shù)。常規(guī)油槍的霧化是通過油的高速運(yùn)動來克服液體的粘性而撕裂成微小油顆粒實(shí)現(xiàn)霧化的，而小氣泡霧化油槍其霧化原理則完全不同，它利用的氣泡霧化技術(shù)是用氣泡作為霧化的動力，氣泡由壓縮空氣、蒸汽及其他氣體在油槍的氣泡發(fā)生器中產(chǎn)生，并形成帶壓“油包氣”的氣泡流，氣泡在克服了包裹在氣泡四周的燃油油膜的表面張力后爆炸破裂，從而將油膜撕碎形成非常細(xì)小的液霧。它是通過克服油表面張力來達(dá)到霧化目的，因此，小氣泡霧化噴嘴產(chǎn)生霧化所需的能量遠(yuǎn)小于常規(guī)噴嘴。

2 小油槍的技術(shù)特點(diǎn)

小油槍的霧化顆粒索太爾系數(shù)SMD≤25μm，尺寸分布系數(shù)N＞2，顆粒均勻，高于油槍霧化顆粒SMD≤120μm的平均水平近5倍。小油槍的油霧為錐體形實(shí)體的團(tuán)霧，不同于其他油槍的錐面形空心霧，且油霧基本接近為氣態(tài)，因此，點(diǎn)火較其他油槍容易很多，且燃燒時，不需要過高的過量空氣系數(shù)，只需要1.05即可完全燃燒。極細(xì)的霧化顆粒保證了小油槍的燃燒效率可達(dá)99.5%以上，基本是完全燃燒。在鍋爐冷態(tài)狀態(tài)下點(diǎn)火，其燃燒效率也能保證≥99.5%，爐膛火焰明亮通透，火焰顏色為麥金色，煙囪出口無煙、無味，煙塵排放黑度小于林格曼1級，優(yōu)于國家環(huán)保要求。

圖1 小油槍結(jié)構(gòu)示意圖

小油槍的運(yùn)行油壓在0.3～1.0Mpa之間，可提高燃油系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。小油槍霧化原理是氣泡霧化，不似機(jī)械霧化油槍，故油壓不是霧化效果保證，僅是輸送油和調(diào)整油量的需要，所需油壓比其他類型油槍低。小油槍的霧化氣源可以是空氣，也可以是微過熱蒸汽，氣源壓力只需控制在0.4～0.8Mpa。

圖2 小油槍在“W”型鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火燃燒圖

小油槍最佳調(diào)節(jié)比范圍是1：4，負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，且在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)霧化質(zhì)量不受影響,高于其他類型油槍1:2的調(diào)節(jié)比,這個特點(diǎn)非常適合機(jī)組啟動過程中使用。且油槍出力、火焰長度、剛度還可根據(jù)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),出力最小可以到15Kg/h,最大可以到4000Kg/h。小油槍對油粘度的適應(yīng)范圍廣泛，僅要求油粘度小于150mm2/s，可適用于輕油、重油、渣油的燃燒，且霧化效果不受油種的變化而變化，一只油槍燃用多種燃油。

圖3 油槍系統(tǒng)示意圖

3 小油槍的典型技術(shù)參數(shù)

4 小油槍安裝、維護(hù)注意要點(diǎn)

4.1 新裝油系統(tǒng)、吹掃系統(tǒng)及霧化氣系統(tǒng)，必須采用氬弧焊進(jìn)行焊接，焊接前要將管道內(nèi)的雜質(zhì)全部清理干凈，同時將軟管接頭與油槍脫開，使用壓縮空氣，采取多次吹掃的方式，逐根對油槍的軟管至少吹掃5分鐘以上，確保系統(tǒng)內(nèi)的雜質(zhì)被全部吹掃干凈。

4.2 霧化氣系統(tǒng)安裝時，要確保母管的流量富裕，原則上4只以下的油槍配DN50的母管，12只以下的油槍配DN60的母管。母管安裝時，應(yīng)留有0.5%的坡度，并在最低點(diǎn)安裝DN20以上的疏水管道及閥門，以便母管疏水。

4.3 小油槍安裝定位，將油槍推到位后，槍頭伸出穩(wěn)燃器口30mm固定，高能點(diǎn)火槍到位后，點(diǎn)火槍頭超出油槍頭100mm并固定。小油槍安裝就位并固定好后，在就地使用推進(jìn)裝置進(jìn)行反復(fù)的推進(jìn)、退出試驗(yàn)，試驗(yàn)5次以上無卡澀現(xiàn)象為合格。軟管連接好后，應(yīng)采用吹掃氣源對油槍的各個接頭進(jìn)行認(rèn)真查漏，確認(rèn)無泄漏后方可移交運(yùn)行。

4.4 小油槍拆卸清理及維護(hù)時，應(yīng)先敲擊噴頭絲扣位置，使絲扣松動便于拆卸，嚴(yán)禁使用加力杠強(qiáng)行拆卸噴頭，安裝噴頭時，同樣嚴(yán)禁使用加力杠。由于小油槍內(nèi)僅有一個油氣分配器零件，安裝、清洗非常簡單，但仍需要注意油氣分配器上密封紫銅墊的安裝，有條件時，最好將油槍立起來安裝噴頭，這樣可完全避免油氣分配器在噴頭內(nèi)發(fā)生翻轉(zhuǎn)。

5 小油槍點(diǎn)火步驟及注意要點(diǎn)

5.1 疏水

投運(yùn)小油槍前，應(yīng)先疏干凈霧化氣管道內(nèi)的積水，如果是蒸汽氣源，還應(yīng)該多開疏水門，使母管的溫度超過200℃以上時方可投運(yùn)油槍。

5.2 檢查油槍堵塞情況及查漏

投運(yùn)油槍前，應(yīng)檢查油閥、氣（汽）閥有無內(nèi)漏現(xiàn)象及外漏痕跡，如發(fā)現(xiàn)漏泄應(yīng)及時通知維修人員處理；如沒有漏泄現(xiàn)象，應(yīng)按常規(guī)對油槍先進(jìn)行吹掃，然后才可以投運(yùn)油槍。

5.3 假點(diǎn)火

接到點(diǎn)火通知后，有條件的，應(yīng)盡早關(guān)閉所有油槍進(jìn)油手動門，在滿足點(diǎn)火條件的情況下，對每只油槍進(jìn)行“假點(diǎn)火”試驗(yàn)，試驗(yàn)時，應(yīng)該派人到爐膛看火孔去觀察打火槍在爐內(nèi)是否有電火花。通過這樣的“假點(diǎn)火”試驗(yàn)，可以檢查油槍各個部位工作是否正常，提前發(fā)現(xiàn)缺陷。

5.4 風(fēng)門調(diào)整

小油槍宜采用小風(fēng)量點(diǎn)火，投運(yùn)小油槍前，應(yīng)調(diào)整好二次風(fēng)門至20%以下，風(fēng)速以不高于10m/s為好，確保油槍火焰不被吹滅，火焰不脫火。油槍點(diǎn)著后，再根據(jù)油槍火焰的亮度及燃燒狀況，適當(dāng)增減風(fēng)門，確保燃燒完全，煙囪不冒黑煙。

5.5 霧化氣壓的調(diào)整

小油槍點(diǎn)火時，霧化氣（汽）壓應(yīng)維持在0.5Mpa以上為宜，且不用再調(diào)整；霧化氣量原則上不用調(diào)整，但當(dāng)出現(xiàn)氣源氣壓過高達(dá)到0.8Mpa時，可以采用關(guān)小霧化氣手動門方式進(jìn)行微調(diào)。調(diào)整時，手動打開霧化氣電磁閥，觀看油壓表，關(guān)小手動閥直至壓力低于0.15Mpa。此方法也適用于油槍點(diǎn)火困難及脫火時的調(diào)整。

5.6 油壓的調(diào)整

小油槍點(diǎn)火時，油壓宜控制在0.5Mpa為好，這樣點(diǎn)火將會非常的容易和順利。點(diǎn)火前，調(diào)整好爐前油母管的壓力在0.8Mpa左右為佳。小油槍運(yùn)行油壓的調(diào)整，應(yīng)嚴(yán)格控制在0.3～1.0Mpa的范圍內(nèi)，增加油壓前，先增加風(fēng)量；反之，降低油壓后，才能減風(fēng)量。

5.7 小油槍出力的調(diào)整

由于小油槍的調(diào)節(jié)性能優(yōu)越，鍋爐點(diǎn)火宜采用盡量多投油槍根數(shù)的運(yùn)行方式，有利于爐膛熱負(fù)荷均勻性。爐膛熱負(fù)荷采用整體調(diào)整油槍的供油壓力來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)需要整體調(diào)大出力或整體調(diào)小出力運(yùn)行。這樣，不僅方便了運(yùn)行人員的調(diào)整，也大大的提高了調(diào)整的精度和均勻性，可以實(shí)現(xiàn)30～60%的節(jié)油。

5.8 投煤粉時機(jī)

由于小油槍霧化顆粒為25μm，而煤粉顆粒為90μm，油粉混燒時，不可能形成“油包粉”而產(chǎn)生油焦的燃燒問題。再加上小油槍的極高的燃燒效率，其火焰中心溫度比常規(guī)油槍要高，有利于煤粉著火燃燒。因此，采用小油槍點(diǎn)火，盡早制粉、投粉，實(shí)現(xiàn)多燒煤粉、少燒油，降低點(diǎn)火油耗。

6 某電廠小油槍點(diǎn)火應(yīng)用實(shí)例

某火力發(fā)電廠4×600MW機(jī)組鍋爐采用的是北京巴威公司生產(chǎn)的亞臨界、單爐膛、“W”火焰燃燒方式、中間一次再熱、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置的全鋼架結(jié)構(gòu)懸吊式燃煤汽包爐。制粉系統(tǒng)是正壓直吹冷一次風(fēng)機(jī)制粉系統(tǒng)，配6臺雙進(jìn)雙出筒式鋼球磨煤機(jī)；鍋爐燃燒系統(tǒng)由濃縮型EI-XCL燃燒器、乏氣管、分級風(fēng)管、二次風(fēng)箱和分級風(fēng)風(fēng)箱、高能點(diǎn)火器、簡單機(jī)械霧化點(diǎn)火油槍、貼壁風(fēng)風(fēng)箱、火焰檢測器等組成。該爐型特點(diǎn)是鍋爐較寬，油槍、火嘴間距離較遠(yuǎn)，點(diǎn)火初期油槍、火嘴之間火焰無法互相支持。簡單機(jī)械霧化油槍每支油槍額定出力1.7噸/小時，燃用輕柴油，霧化效果差，燃盡度最低只能達(dá)到82.4%。

圖4 小油槍P-Q性能曲線圖

2014年7月該電廠利用停爐檢修機(jī)會，將2號爐A、B、E、F磨煤機(jī)對應(yīng)16支油槍改造氣泡霧化小油槍。8月5日根據(jù)調(diào)度安排機(jī)組準(zhǔn)備恢復(fù)運(yùn)行，啟動前在E磨煤機(jī)兩原煤倉各上煙煤60余噸，點(diǎn)火初期投入14支新改造小油槍，鍋爐點(diǎn)火3小時后空預(yù)器出口二次風(fēng)溫達(dá)到150℃后啟動E磨煤機(jī)，E磨煤機(jī)出力20噸/小時，到汽輪機(jī)暖機(jī)結(jié)束共消耗燃油70噸；發(fā)電機(jī)并網(wǎng)到機(jī)組負(fù)荷200MW時消耗燃油11.5噸；此次2號機(jī)組從鍋爐點(diǎn)火到油槍全部撤出共消耗燃油92.7噸。

在2號爐小油槍配合煙煤啟動成功后，該電廠隨后在2015年將2號爐剩下的C、D磨煤機(jī)對應(yīng)八支油槍改為小油槍。電廠生產(chǎn)技術(shù)人員通過不斷試驗(yàn)，燃用更高揮發(fā)份的煙煤，機(jī)組冷態(tài)啟動用油不斷得到降低。在2016年6月21日3號機(jī)組冷態(tài)啟動時，將點(diǎn)火用的煙煤揮發(fā)份提高至40%，機(jī)組冷態(tài)啟動用油進(jìn)一步降低到44.85噸。

小油槍改造后，鍋爐燃燒不同煤種啟動試驗(yàn)及耗油量計(jì)算如下：

6.1 揮發(fā)份25%的煙煤啟動油槍控制及啟動各階段耗油情況

6.1.1 鍋爐點(diǎn)火至2.5小時（二次風(fēng)溫150℃，汽包壓力0.5MPa），此階段按照投入12支油槍計(jì)算，每支油槍進(jìn)口壓力調(diào)至0.5MPa，油槍出力0.75噸，該階段耗油22.5噸。

6.1.2 磨煤機(jī)啟動至汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)定速階段需要2小時，啟動磨煤機(jī)對應(yīng)油槍進(jìn)口油壓調(diào)至0.6MPa，每支油槍對應(yīng)出力0.8噸/小時，4支油槍在此階段需要消耗燃油6.4噸；其它改造8支小油槍進(jìn)口油壓調(diào)至0.3MPa，每支油槍對應(yīng)出力0.3噸/小時，8支油槍在此階段需要消耗燃油4.8噸，所以此階段共消耗燃油11.2噸。

表1 點(diǎn)火時燃燒不同煤種成本節(jié)約情況

6.1.3 汽輪機(jī)暖機(jī)階段按照4小時控制，油槍每小時出力與上階段一致，該階段需要消耗燃油22.4噸。

6.1.4 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)階段，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后1小時，保持16支油槍，每支油槍油壓調(diào)至0.6MPa，出力控制在0.8噸/小時，該階段需要消耗燃油12.8噸。

6.1.5 并網(wǎng)后1小時至油槍全部撤出階段，該階段0.5小時，保持8支油槍，油槍出力整體調(diào)整至0.4MPa，油槍出力0.4噸/小時，該階段需要消耗燃油3.2噸。

6.1.6 揮發(fā)份25%的煙煤點(diǎn)火上述幾個階段消耗燃油：22.5+11.2+22.4+12.8+3.2=72.1噸。

6.2 無煙煤啟動油槍控制及啟動各階段耗油量情況

6.2.1 由于磨煤機(jī)上無煙煤，點(diǎn)火后由于煤粉燃盡度的影響，造成鍋爐屏過壁溫大面積超溫，所以點(diǎn)火后到并網(wǎng)前階段無法啟動磨煤機(jī)，所以該階段每小時耗油量與上煙煤點(diǎn)火后至磨煤機(jī)啟動前階段耗油量一致，每小時12噸，考慮小油槍改造后出力減小，點(diǎn)火到并網(wǎng)階段時間會更長，按照8小時計(jì)算，該階段需要消耗燃油96噸。

6.2.2 并網(wǎng)后與25%煙煤啟動時一致，按照1.5小時計(jì)算，共消耗燃油16噸。

6.2.3 合計(jì)無煙煤啟動共消耗燃油：96+16=112噸。

6.3 揮發(fā)份40%的煙煤啟動油槍控制及啟動各階段耗油情況

6.3.1 鍋爐點(diǎn)火至1.5小時（點(diǎn)火正常后立即啟動密封風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)進(jìn)行暖磨至磨煤機(jī)出口溫度達(dá)到70℃），此階段按照投入10支油槍，每支油槍進(jìn)口壓力調(diào)至0.5MPa，油槍出力0.75噸/小時，該階段耗油11.25噸。

6.3.2 磨煤機(jī)啟動至汽輪機(jī)開始沖轉(zhuǎn)階段需要3.5小時，啟動磨煤機(jī)對應(yīng)4支油槍進(jìn)口油壓調(diào)至0.4MPa，每支油槍對應(yīng)出力0.7噸/小時，所以此階段共消耗燃油9.8噸。

6.3.3 汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)至汽輪機(jī)暖機(jī)結(jié)束升速至3000rpm階段按照4小時控制，油槍每小時出力與上階段一致，該階段需要消耗燃油11.2噸。

6.3.4 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)階段：發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后1小時，每支油槍油壓調(diào)至0.5MPa，出力控制在0.7噸/小時，投入油槍數(shù)量14支，該階段需要消耗燃油9.8噸。

6.3.5 并網(wǎng)后1小時至油槍全部撤出階段：該階段0.5小時，油槍出力整體調(diào)整至0.4MPa，油槍出力0.4噸/小時，該階段需要消耗燃油2.8噸。

6.3.6 揮發(fā)份40%的煙煤點(diǎn)火上述幾個階段消耗燃油：11.25+9.8+11.2+9.8+2.8=44.85噸。

7 結(jié)論

通過上述計(jì)算可知，“W”型火焰鍋爐改用小油槍后，對比改造前機(jī)組冷態(tài)啟動燃油130噸左右，燃用揮發(fā)份25%的煙煤可節(jié)省燃油55噸左右，燃用揮發(fā)份40%的煙煤可節(jié)省燃油85噸左右，采用無煙煤啟動可節(jié)約燃油18噸左右。

在機(jī)組正常運(yùn)行穩(wěn)燃方面，油槍改造前每年鍋爐穩(wěn)燃用油和設(shè)備檢修用油在200噸左右，改用小油槍后每支油槍出力調(diào)整為0.6噸/小時，每支油槍節(jié)約燃油1.1噸/小時，節(jié)油率約為65%，全年穩(wěn)燃用油可節(jié)約129噸，節(jié)約成本129＊6654=85.84萬元。所以電廠四臺機(jī)組在進(jìn)行小油槍改造后，通過機(jī)組啟動節(jié)油和穩(wěn)燃節(jié)油每年可節(jié)約資金591.44萬元左右。

電廠通過不斷的總結(jié)和技術(shù)創(chuàng)新工作，扎實(shí)開展各項(xiàng)鍋爐節(jié)能管理措施，提高了節(jié)油管理的實(shí)效性和針對性，提升了節(jié)油管理的工作水平，做到以技術(shù)改造為依托，研究節(jié)油新技術(shù)，最大限度減少機(jī)組燃油。本文介紹了一些機(jī)組節(jié)油管理創(chuàng)新的新技術(shù)，以期與各方共同探討。

「1」運(yùn)行規(guī)程，華能滇東電廠，2014

「2」B&WB-2028/17.4-M型鍋爐說明書、熱力計(jì)算書及圖紙，北京巴布科克·威爾科克斯有限公司