厲劍梁，孫　勝

（1.中國華電集團公司，北京100031；2.華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

純氧點火助燃技術(shù)在670MW機組中的應(yīng)用

厲劍梁1，孫勝2

（1.中國華電集團公司，北京100031；2.華電電力科學研究院，浙江杭州310030）

結(jié)合微油點火技術(shù)和純氧助燃技術(shù)，開發(fā)了一種純氧點火助燃技術(shù)，該技術(shù)具有煤種適應(yīng)性強，在鍋爐啟動和低負荷穩(wěn)燃過程中節(jié)油率高的優(yōu)點。詳細介紹了純氧點火助燃技術(shù)的工作原理及濰坊電廠純氧點火助燃技術(shù)的改造方案，分析了純氧點火助燃技術(shù)在鍋爐冷態(tài)啟動、低負荷穩(wěn)燃過程中的應(yīng)用情況及取得的效益。

鍋爐；純氧點火助燃；點火；穩(wěn)燃；節(jié)油

0　引言

煤電機組在啟停及低負荷穩(wěn)燃時消耗大量燃油，這極大影響了發(fā)電廠的經(jīng)濟效益，控制燃煤鍋爐燃油消耗已經(jīng)成為當務(wù)之急。目前，燃煤電站鍋爐的節(jié)油技術(shù)主要有微油點火技術(shù)［1，2］和等離子點火技術(shù)［3］，并取得了顯著的節(jié)能效益。但這些技術(shù)對煤種的適應(yīng)性差，常需要大油槍伴燃，在冷態(tài)啟動初期，普遍存在煤粉燃盡率低，飛灰含碳量高等問題［4，5］。為了解決上述問題，本文將微油點火技術(shù)和純氧助燃技術(shù)結(jié)合起來，開發(fā)了一種純氧點火助燃技術(shù)，并在華電濰坊電廠670MW機組得到成功應(yīng)用，解決了點火裝置的煤種適應(yīng)能力不足的問題，在鍋爐冷態(tài)啟動及低負荷穩(wěn)燃過程中節(jié)約了大量燃油，降低了發(fā)電成本，大大提高機組運行的可靠性和經(jīng)濟性。

1　純氧點火助燃技術(shù)的工作原理

純氧點火助燃技術(shù)是將微油點火技術(shù)與純氧助燃技術(shù)相結(jié)合的新型節(jié)能技術(shù)，在燃燒器里增加供氧裝置，通過環(huán)形噴嘴，將氧氣送入點火燃燒器，使點火燃燒器中高濃度煤粉區(qū)的氧濃度提高到26%-28%，強化油槍火焰和煤粉火焰溫度。當鍋爐進行低負荷穩(wěn)燃時，迅速投入純氧進行助燃，而不需投油槍。由于供氧裝置把氧氣直接送入燃燒器中心，避免了燃燒器壁面超溫，防止燃燒器發(fā)生結(jié)焦。

純氧點火燃燒器一般設(shè)計為2級煤粉燃燒室，在一級煤粉燃燒室前設(shè)置煤粉濃縮器，一級煤粉燃燒室上斜向設(shè)置微油燃燒室，一級煤粉燃燒室下游設(shè)置二級煤粉燃燒室，二級煤粉燃燒室末端即鈍體背側(cè)設(shè)置環(huán)形氧氣噴嘴。燃燒器入口與原一次風管一致，一級煤粉燃燒室流通斷面適當加大，燃燒器噴口一次風速維持原設(shè)計風速。微油槍噴出的燃油在油燃燒室中燃燒，產(chǎn)生高溫氣化油火焰，氣化火焰進入一級煤粉燃燒室，點燃燃燒室中的濃相煤粉，濃相煤粉火焰進入二級燃燒室，點燃燃燒室中的淡相煤粉，同時氧氣從環(huán)形噴嘴中噴入燃燒室，強化煤粉燃燒，提高火焰溫度。在鈍體尾跡邊界層內(nèi)，煤粉氣流的速度梯度和濃度梯度大，湍流混合強烈，補充的氧氣可以和煤粉充分混合。在點火過程中，由于具有足夠的氧濃度及由此形成的高溫火焰，因此該技術(shù)煤種適應(yīng)性極強，點火效果好，節(jié)油效果顯著。

2　純氧點火助燃技術(shù)在濰坊電廠#3、#4鍋爐上的改造方案

2.1鍋爐設(shè)備概況

濰坊發(fā)電廠二期2×670MW機組鍋爐為超臨界參數(shù)螺旋管圈直流爐，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風、Π型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。鍋爐燃燒系統(tǒng)采用雙進雙出磨冷一次風直吹式制粉系統(tǒng)，配6臺BBD3854型雙進雙出磨煤機。燃燒器采用垂直方向濃淡分級燃燒，主風箱下部布置6層濃煤粉噴嘴，上部布置6層淡煤粉噴嘴，各角布置4只油槍，共計16只，設(shè)計采用蒸汽霧化方式，16只油槍總進油量為24t/h，單支油槍最大出力為1.5t/h。設(shè)計煤種為山西晉中地區(qū)貧煤，干燥無灰基揮發(fā)分為14.9%，發(fā)熱量為20970 kJ/kg。鍋爐點火系統(tǒng)改造前，冷態(tài)啟動一次耗油約120t，并需大油槍伴燃。

2.2純氧點火助燃技術(shù)改造方案

純氧點火助燃系統(tǒng)主要由點火燃燒器系統(tǒng)、微油槍系統(tǒng)、供氧系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等組成。

2.2.1點火燃燒器系統(tǒng)

將A層四個濃相煤粉燃燒器及四個淡相煤粉燃燒器、B層四個濃相煤粉燃燒器改造為純氧點火煤粉燃燒器。A層濃相煤粉燃燒器采用主輔兩支油槍方案，主油槍從一級燃燒室處斜向插入，輔油槍從燃燒器外軸向插入到燃燒器噴口，氧氣從鈍體和輔助油槍分兩級供入，如圖1所示。A層淡相煤粉燃燒器采用一支主油槍，氧氣直接供入燃燒室，如圖2所示。B層濃相煤粉燃燒器采用一支主油槍，氧氣從二級燃燒室末端鈍體處供入，如圖3所示。純氧噴嘴采用耐熱不銹鋼，耐熱溫度為1300℃，可以長期在高溫環(huán)境下安全使用。

圖1　A層濃相煤粉燃燒器

圖2　A層淡相煤粉燃燒器

圖3　B層濃相煤粉燃燒器

2.2.2微油槍系統(tǒng)

微油槍由進油管、進氣管、高壓風室、油噴嘴及點火桿等裝置組成。殼體上設(shè)有高壓風口，接入冷一次風，霧化燃油與冷一次風充分混合并補充氧氣，使燃油燃燒更充分、潔凈。

微油槍采用低壓油膜破碎技術(shù)，在較低的燃油壓力（0.5MPa左右）下，利用氣液兩相流的空氣動力特性將燃油霧化，形成粒度均勻的細小油滴（油滴索太爾平均直徑＜40μm），從而增加燃油與空氣的接觸面積，使燃油快速氣化燃燒，形成1800～2000℃的劇烈高溫火焰。

2.2.3供氧系統(tǒng)

供氧系統(tǒng)包括液氧儲罐、空溫式氣化器、雙路調(diào)壓閥組、氧氣緩沖罐及吹掃風管路等組成。

液氧罐為純氧點火系統(tǒng)提供氧源。液氧從液氧罐排液口引出經(jīng)空溫式氣化器變?yōu)闅鈶B(tài)，氣態(tài)氧氣經(jīng)阻火器、過濾器、雙路調(diào)壓閥組（將調(diào)壓閥組后的壓力調(diào)至0.8MPa）、旋啟式止回閥進入緩沖罐，再從緩沖罐中引出分別給#3爐和#4號爐供氧。在各層純氧點火燃燒器的供氧管道上，安裝手動閥、純氧流量計和電磁氣動閥，監(jiān)控供氧量。從就近高壓冷卻風母管引出冷卻風，經(jīng)手動閥、過濾器、電磁氣動閥、旋啟式止回閥后對供氧管路進行吹掃冷卻。燃燒器附近的氧氣參數(shù)：額定壓力0.5MPa；最低壓力0.3MPa；單角供氧量400～500Nm3/h，可調(diào)。

2.2.4控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)包括DCS系統(tǒng)、就地控制柜及高能點火器等外延設(shè)備，用以采集與監(jiān)測過程參數(shù)、控制運行過程，實現(xiàn)爐膛和設(shè)備安全保護與聯(lián)鎖，確保系統(tǒng)安全運行。

2.2.5輔助系統(tǒng)

輔助系統(tǒng)包括燃油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)及高壓風系統(tǒng)。

（1）燃油系統(tǒng)

A層濃、淡相微油點火系統(tǒng)采用原微油點火系統(tǒng)的燃油系統(tǒng)，將燃油二級過濾器進行改進。B層濃相微油點火系統(tǒng)的燃油由A層淡相微油點火系統(tǒng)的燃油提供，輸油管路上安裝電磁氣動閥，電磁氣動閥的驅(qū)動氣源引自就近的儀用壓縮空氣氣源。燃油系統(tǒng)壓力參數(shù)：額定油壓0.5MPa；最低油壓0.3MPa；最高油壓0.7MPa。

（2）壓縮空氣系統(tǒng)

A層濃、淡相微油點火系統(tǒng)采用原微油點火系統(tǒng)的壓縮空氣系統(tǒng)，將壓縮空氣二級過濾器進行改進。B層濃相微油點火系統(tǒng)的壓縮空氣系統(tǒng)從A層淡相微油點火系統(tǒng)的壓縮空氣母管引入，引入的壓縮空氣分兩路，一路引至點火油槍，另一路用于吹掃。壓縮空氣壓力參數(shù)：額定壓力0.5MPa；最低壓力0.3MPa；最高壓力0.7MPa；單只微油燃燒器消耗量0.825Nm3/min；所需壓縮空氣總量3.3 Nm3/min。

（3）高壓風系統(tǒng)

A層濃、淡相燃燒器點火用高壓風系統(tǒng)采用原微油點火高壓風系統(tǒng)。B層濃相燃燒器點火用高壓風從原微油點火的高壓風母管上引至本爐B層四角微油槍附近，經(jīng)手動球閥通過不銹鋼軟管引入點火油槍。

2.3改造方案的特點

（1）該方案將微油點火和純氧助燃二者功能整合為一體，系統(tǒng)運行機動靈活，微油點火裝置和純氧助燃裝置既可同時投用，亦可單獨投用。

（2）微油槍采用低壓油膜破碎霧化技術(shù)，可以形成溫度高達1800～2000℃的高溫火焰。微油槍可根據(jù)電站鍋爐的負荷情況進行出力調(diào)整，進一步節(jié)約燃油。

（3）在微油點火燃燒器中，巧妙設(shè)計氧氣供給裝置，從結(jié)構(gòu)上充分考慮了氧氣的助燃效果和燃燒器的安全，形成了純氧點火燃燒器。在緊急情況下，可以單獨利用氧氣裝置響應(yīng)快的特點，迅速投入穩(wěn)燃，可靠地點燃煤粉氣流。

3　純氧點火助燃技術(shù)的應(yīng)用

3.1純氧、微油聯(lián)鎖及保護

（1）鍋爐發(fā)生MFT后，控制系統(tǒng)自動關(guān)閉純氧運行氣動閥、B層微油點火及風道加熱燃油閥，并不允許其啟動，直至MFT復歸；

（2）在“純氧系統(tǒng)DCS操作允許”時只能在DCS上程控啟、停純氧運行閥；

（3）在B層“微油遠程操作允許”時只能在DCS上程控啟、停微油槍；

（4）程控啟動油槍，當點火器啟動后，進油閥、壓縮空氣閥開啟30s，若微油火檢無火檢信號，則判定為點火失敗，自動關(guān)閉油閥；

（5）程控停止油槍，進油閥關(guān)閉后，油槍吹掃電磁閥開啟，吹掃2min后關(guān)閉。

（6）風道加熱系統(tǒng)程控啟動油槍，當點火器啟動后，若燃油氣動閥開啟30s后微油火檢無火檢信號，則判定為點火失敗，自動關(guān)閉相應(yīng)的燃油、壓縮空氣氣動閥；

（7）在風道加熱系統(tǒng)程控啟動微油槍后，若在微油槍運行過程中，火檢信號丟失超過3s，則判定為滅火，自動關(guān)閉相應(yīng)的燃油氣動閥；

（8）風道加熱系統(tǒng)程控停止油槍，燃油氣動閥關(guān)閉，油槍吹掃氣動閥開啟吹掃2min后，吹掃氣動閥自動關(guān)閉。

3.2制粉系統(tǒng)啟動及處理調(diào)節(jié)操作

A磨及其制粉系統(tǒng)在啟動前的準備工作和啟動條件不變，啟動過程中的操作基本不變，只做以下部分調(diào)整。

（1）調(diào)整A磨煤機的通風量到36.5t/h（半磨運行）或73t/h（全磨運行；

（2）投入暖風器，并調(diào)節(jié)使其達到最大出力；

（3）根據(jù)磨煤機入口風溫，決定是否需要投入風道油槍加熱器；如果需要投入，則按以下步驟操作：

1）關(guān)閉磨煤機入口冷風門；

2）投入一支油槍，觀察油著火情況和熱風溫度的變化情況；

3）油槍著火正常后，若風溫仍達不到要求，則陸續(xù)投入剩余二支油槍；

4）三支油槍的投入過程中，時間間隔控制在5分鐘以上，以防超溫；

5）風道加熱器使用過程中，嚴密監(jiān)測溫度，發(fā)現(xiàn)超溫立即退出全部油槍；

6）風道加熱器的溫度測點通過邏輯參與保護，在任何情況下都不允許屏蔽或退出；

7）風道加熱器使用過程中，密封風門全開，以保證有足夠的冷卻風可將油火焰推出油燃燒器；

8）隨著熱風溫度逐漸提高，風道加熱油槍逐步退出運行；

9）風道加熱器使用過程中，運行人員定時對安裝該加熱器的一次風母管進行巡檢，如有異常，迅速退出全部油槍。

（4）風溫達到啟磨條件后，進行暖磨，暖磨結(jié)束，將A磨煤機的容量風門關(guān)閉，打開旁路風門；

（5）啟動A磨煤機及給煤機，在磨內(nèi)不通風情況下，迅速將磨內(nèi)料位建立到合理水平；

（6）將A磨對應(yīng)給煤機的出力調(diào)整到10t/h；

（7）打開容量風門，并適當關(guān)小旁路風門，保持總的通風量不變；

（8）通過調(diào)節(jié)容量風，保持磨內(nèi)料位不變，以確保磨煤機出力不變；

（9）鍋爐迅速升溫時，快速調(diào)節(jié)容量風門的開度，以減少磨煤機出力；

（10）熱風溫度達到設(shè)計要求值時，先退出風道油槍加熱器，再退出暖風器。

3.3鍋爐冷態(tài)啟動

（1）啟動引風機、送風機、一次風機，進行鍋爐和風道吹掃；

（2）啟動冷風加熱系統(tǒng)，使一次風風溫升高，保證磨煤機具備啟動條件；

（3）打開A層對角濃相和淡相燃燒器的入口風門，投入A層對角濃相和淡相燃燒器的油槍，投運方法與改造前一致；

（4）按半磨運行方式啟動A磨，磨煤機通風量保持在36.5t/h（如全磨運行，則操持在73t/h），保持一次風風速為20m/s；

（5）將磨煤機出力調(diào)整到10t/h，根據(jù)鍋爐升溫情況，緩慢調(diào)整磨煤機出力；

（6）根據(jù)著火情況，逐步提高風速至25m/s，同時觀察爐膛火檢信號強度；

（7）根據(jù)鍋爐升溫、升壓曲線，調(diào)整給煤量和一次風速，觀察爐內(nèi)燃燒情況，若燃燒穩(wěn)定，可繼續(xù)增加磨煤機出力，直至額定出力，觀察爐膛出口煙溫，若不超限，可相繼投入相鄰層燃燒器；

（8）運行過程中，保持磨煤機進口風溫為設(shè)計值，隨著煙氣溫度升高逐步調(diào)整風道加熱器油槍數(shù)量，直至全部解列退出；

（9）根據(jù)鍋爐負荷完成汽輪機沖轉(zhuǎn)、定速，發(fā)電機并網(wǎng)等工作；

（10）鍋爐達到一定負荷后，微油槍逐次退出運行，微油點火煤粉燃燒器作為主燃燒器運行。

3.4鍋爐熱態(tài)啟動

機組熱態(tài)啟動時無須啟動風道加熱器，其它步驟與冷態(tài)啟動過程相同。

3.5鍋爐低負荷穩(wěn)燃

在機組低負荷需要進行穩(wěn)燃時，投入復合點火系統(tǒng)，操作方法與機組熱態(tài)啟動方法相同。

4　效益分析

4.1經(jīng)濟效益分析

4.1.1鍋爐冷態(tài)啟動經(jīng)濟效益分析改造前，鍋爐冷態(tài)啟動一次耗油約120t，并需大油槍伴燃。改造后，鍋爐冷態(tài)啟動一次耗油24t，液氧31.5噸，鍋爐冷態(tài)點火啟動一次可節(jié)省燃油96t。節(jié)省燃油的熱量由燃煤來替代，需要多耗燃煤量為96t×（41840× 103kJ/t）÷（20970×103kJ/t）=192t。

每噸燃油按7000元、燃煤按650元、氧氣按800元計算，鍋爐每次冷態(tài)啟動可節(jié)省費用52.2萬元。

4.1.2鍋爐低負荷穩(wěn)燃經(jīng)濟效益分析

按照往年運行經(jīng)驗，鍋爐每年穩(wěn)燃用油約100t，按以上方式扣除多耗燃煤及氧氣的費用后，實際節(jié)省費用約為54萬元。

4.2社會效益

濰坊電廠#3、#4鍋爐經(jīng)純氧點火助燃技術(shù)改造后，啟動過程中煤粉燃盡率為98%，有效防止了鍋爐尾部二次爆燃，避免了尾部設(shè)備燒損現(xiàn)象，提高了鍋爐燃燒安全性。同時，鍋爐點燃煤粉半小時后即可安全投運除塵器，實現(xiàn)了“無煙點火開機”，取得了良好的環(huán)保效益，也為日后脫硝改造、脫硫取消旁路等提供了可靠保障。

5　結(jié)語

純氧點火助燃技術(shù)的研發(fā)與成功應(yīng)用，是點火過程完全擺脫了大油槍，提高了點火燃燒系統(tǒng)對煤種的適應(yīng)性和點火裝置投運的可靠性，確保了鍋爐安全運行，滿足了機組穩(wěn)燃的及時性，節(jié)約了大量啟動點火和低負荷穩(wěn)燃用油，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。

［1］盧權(quán).350MW鍋爐微油點火技術(shù)的應(yīng)用［J］.鍋爐制造，2009，（5）：14～17.

［2］李強，段向兵，周江博.等離子點火技術(shù)在朝陽發(fā)電廠2號機組的應(yīng)用［J］.電力科學與工程，2010，26（9）：73～75.

［3］汪志華，孫萍.微油點火技術(shù)及其應(yīng)用［J］.湖北電力，2011，35（2）：34～36.

［4］沈國平.300MW機組等離子點火技術(shù)和微油點火技術(shù)的比較及運用［J］.湖州師范學院學報，2009，（31）：257～259.

［5］王正華，張珊.電站鍋爐點火油系統(tǒng)節(jié)油技術(shù)應(yīng)用展望［J］.湖南電力，2009，29（3）：60～62.

Application of Pure-oxygen Ignition and Combustion Technology in 670MW Boiler

LI Jian-liang1，SUN Sheng2
（1.China Huadian Corporation，Beijing 100031，China；2.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China）

Combined with tiny-oil ignition technology and pure-oxygen combustion technology，pure-oxygen ignition and combustion technology is developed.The technique has the advantage of strong adaptability of coal.And the technique saves lots of fuel during start-up and low load operation process.The principle of the pure-oxygen ignition and combustion technology is introduced in detail，and the reformation scheme of the pure-oxygen ignition and combustion system in Weifang Power Plant is described.The application and benefits during cold start-up and low operation of boiler are analyzed.

boiler；pure-oxygen ignition and combustion；ignition；steady combustion；oil saving

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.003

TM621.2

B

2095-3429（2015）04-0009-04

2015-06-29

修回日期：2015-07-06

厲劍梁（1981-），男，浙江東陽人，高級工程師，從事大型火力發(fā)電廠節(jié)能技術(shù)、節(jié)能項目管理等方面工作。