微油点火在W型火焰锅炉热一次风道的研究与应用

(国家电投集团 重庆电力有限公司，重庆 401123)

随着电力市场的需求和变化，大型机组参与调峰的次数越来越普遍，机组启停越来越频繁。然而同热量等级的燃油价格远远高于燃煤价格，因此降低机组启动耗油以此降低启动成本，成为各大火力发电厂一直追寻的目标。贵州省习水鼎泰能源开发有限责任公司习水能源公司(以下简称“习水能源公司”)1#和2#机组锅炉为北京巴威公司生产的超临界W型火焰锅炉，由于W型火焰锅炉结构的特殊性，煤粉的着火主要依靠油枪的助燃和炉膛高温的辐射换热，即锅炉采用的是W火焰燃烧方式。点火采用高能电火花点燃→轻柴油→点燃煤粉的二级点火方式。该方式不具备层燃四角切圆和墙式对冲层燃炉依靠卷吸高温烟气和对流的方式相互引燃的优势，因此W型锅炉常规启动耗油普遍偏高。

目前，国内解决W型火焰锅炉“冷炉”投粉时间较长问题的方法：一是引入邻炉高温烟气加热；二是采用邻炉热风进行制粉；三是采用烟煤启动方式；四是在热一次风道内加装微油点火装置。上述方法中，引入邻炉高温烟气方式对管道及风机材质要求较高，应用具有一定局限性，现国内运用案例极少。经调研，在热一次风道内加装微油点火装置是目前较为先进、成熟的技术，而且系统简单，投资费用及维护费用低，适用于机组数量较少，启动次数频繁的电厂。习水能源公司1#和2#机组处于电网负荷末端，机组启停频繁，因此在热一次风道内加装微油点火装置能实现机组快速启动，节约启动成本。

1 主要设备及存在的问题

习水能源公司1#和2#锅炉型号为：B&WB-2090/25.4-M，型式为北京巴威公司生产的660 MW超临界参数变压直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、室内布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型W火焰锅炉。

习水能源公司设计煤种属低挥发分、高硫、高灰劣质贫煤，煤粉着火点870 ℃，属难着火、难燃尽煤。

由于习水能源公司1#和2#锅炉目前燃用煤种大部分为挥发分极低、热值较低的无烟煤(Vdaf<10)，不能采用等离子拉弧直接点燃煤粉的点火方式，设计时采用传统的机械雾化油枪点火方式，即高能点火装置点燃机械雾化油枪喷出的燃油，利用燃油燃烧对炉膛进行升温，当炉膛辐射换热和热风温度达到煤粉着火的条件时，再投入制粉系统进行启动。机组自投产以来，冷态启动耗油极高，2016年1～8月份平均启动耗油135.8 t。虽经不断优化启动方式和对1#炉进行部分气泡雾化油枪改造，机组冷态启动耗油仍然在100 t左右。虽然B、E磨煤机装设有蒸汽暖风加热器和微油点火枪，但是蒸汽暖风加热器需要外部热源，当机组全停后启动，只有靠启动锅炉提供热源和汽源，而启动锅炉出力有限，蒸汽暖风加热器效果极差，磨煤机由于入口风温度在短时间内不满足运行规程规定的达到170 ℃进行暖磨合启动的条件，造成锅炉完全依靠燃油来升温升压。目前一、二次风温达到磨煤机启动条件需要3 h，此期间造成锅炉已经消耗超过30 t的燃油。因此，要想降低燃油消耗量，就必须解决点火初期不能快速启动磨煤机的问题，即“冷炉”投粉的问题。经多方咨询调研，实现磨煤机冷炉启动的最佳方案就是增加磨煤机入口风道燃油自动加热装置，这样几乎是在启动锅炉的同时就可以启动磨煤机制粉，以煤代油，实现节油降低成本的目的。

2 设备组成

2.1 控制部分

习水能源公司在2017年6月利用1#机组C修机会，进行了热一次风道燃烧器的改造。采用工业级PLC程控器控制，是整个装置的核心，它接受来自磨煤机入口风道内的各种信息，分析判断启动燃烧器的条件是否满足，并精确控制设定的加热温度。它有一键式自动启动功能、手动启动功能、超温保护功能、风量低保护功能、灭火保护功能、自动调整燃油量功能。

2.2 油气供应部分

采用的是优质的可调阀门组件，确保燃油量的调节精准，控温波动范围平稳。设备集约化程度高，只有油的进、出口，气的进、出口共4个接口，以及一条控制电缆接口。

2.3 燃烧器部分

由高效少油油枪、点火枪、火检探头及保护、热电偶灭火保护等构成。它能够实现自动点火，并对燃油进行99.5%的高效率燃烧，完成热量的转换，将油的热量转变为热风的温度。它有多重保护功能，如两级灭火保护、低风量自动熄火、超温保护功能，安全可靠，详见图1。

图1风道燃烧器油、气系统图

3 方案及措施

3.1 保证完全燃烧及燃烧安全的安全措施

火检监测系统和火焰温度监测系统如图2所示，采取以下措施保证完全燃烧及燃烧安全。

图2 火检监测系统和火焰温度监测系统

1)选用具有国际先进水平的气爆雾化油枪，雾化颗粒SMD≤25 μm，其燃烧效率≥99.5%，远高于其他油枪燃烧效率≥84%的水平，可保证燃油完全燃烧。

2)采取富氧燃烧，设置低风量保护。当风量不足时，不容许点火或自动熄火，保证燃油有足够的助燃空气，从而保证燃烧效率，保证燃油完全燃烧。

3)采取蓝光火焰检测探头，确保火检的可靠与稳定，保证熄火就能立即检测到。

4)采用火焰温度探针，将探针直接安放于油枪的火焰中，一旦熄火，火焰温度探针立即就可以探测到，从而立即关闭进油阀，确保熄火后，可靠地切断燃油。

3.2 采取风道收集未燃尽燃油装置

为了防止风道积油爆燃，采用隔热风筒技术措施(见图3)，它既可以防止油枪火焰直接接触磨煤机风道，又可以将未燃尽的燃油收集起来后，排至风道外，成为未燃尽燃油的收集装置。此装置还可以起到监控油枪燃烧是否完全的作用，当油枪燃烧不完全时，排油管会有燃油流出。

图3 防止风道积油爆燃排污系统

3.3 采取防止风道再燃烧的设计理念

防止风道再燃烧的设计理念有以下几点。

1)灭火保护宁可误动，不可不动。确保没有燃油不经过燃烧就喷入风道内而形成燃油聚集。

2)采用具有国际先进水平的高效SQ气泡雾化油枪，使燃烧效率≥99.5%，实现基本无油烟，确保无未燃尽的燃油产生。

3)燃烧系统采用多重保护，严防熄火后，燃油直接喷至风道内，造成大量的燃油沉积。

4 主要技术创新点

1)改变传统的通过中间介质(蒸汽)来加热磨煤机热风的理念，直接利用燃油加热空气，既减少热损失，提高锅炉启动速度和效率，又简化系统，节约固定投资和运行人员的操作量。

2)减少机组启动耗油成本，增强机组调峰的能力。

3)优化监控系统，对燃油在风道内的燃烧情况进行完全在控和可控。

4)针对已投产的风道燃烧器进行优化设计和改进，提高火焰的刚度。

5)优化磨煤机暖磨方式，改变传统的暖磨模式。

5 效益分析

根据西北电力试验研究院出具的《贵州省习水鼎泰能源开发有限责任公司“微油点火项目”鉴定试验报告》分析如下(见表1)：

1)1#机组冷态启动节约油耗54 t,2#机组冷态启动节约油耗39 t。

2)1#机组冷态启动提前2.5 h且能够顺利并网,#2机组冷态启动提前3 h且能够顺利并网。

3)1#机组冷态启动节约厂用电3万kW·h, 2#机组冷态启动节约厂用电3.54万kW·h。

由于煤粉燃尽率得以保障，因此在1#和2#机组启动过程中均未发生脱硫、脱硝系统中毒事件，脱硫浆液置换量为正常运行机组置换量。

表1 1#和2#机组改造前后参数对比

1#和2#机组单次冷态启动产生的经济效益见表2。

表2 1#和2#机组单次冷态启动产生的经济效益

注：按燃油价格5 500元/t，按电费0.5元/kW·h计。

6 结论

根据西北电力试验研究院出具的《贵州省习水鼎泰能源开发有限责任公司“微油点火项目”鉴定试验报告》，对项目开展前后机组启动相关参数进行了对比，证明项目实施前后1#和2#机组均达到了节油目的，在改造磨煤机风道燃油加热装置后，经济效益显著。