少油點(diǎn)火與生物質(zhì)燃燒機(jī)相結(jié)合在鍋爐上的應(yīng)用
摘要：介紹了為減少煤粉鍋爐啟動(dòng)用油，將少油點(diǎn)火與百葉窗水平濃淡煤粉生物質(zhì)燃燒機(jī)結(jié)合，并且應(yīng)用在一臺(tái)600MW的鍋爐上的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和應(yīng)用情況。點(diǎn)火小油槍的布置位置沒有按照傳統(tǒng)作法布置在下一次風(fēng)口內(nèi)，而是將其放置在緊鄰下一次風(fēng)口的二次風(fēng)口中，以避免其因磨損而失效。利用水平濃淡燃燒的特點(diǎn)，將小油槍火焰盡量沖向濃側(cè)煤粉氣流，以便盡可能充分混合。試驗(yàn)表明，這種技術(shù)能夠可靠地點(diǎn)燃煤粉并穩(wěn)定燃燒，取得了顯著的節(jié)油效果。此外，由于每支小油槍都配有專門的火焰檢測(cè)器，而且并入了FSSS系統(tǒng)使設(shè)備運(yùn)行安全可靠。
1前言
  對(duì)于燃煤電站鋦爐四角布置的切圓生物質(zhì)燃燒機(jī)，煤粉的著火是靠油槍來實(shí)現(xiàn)的。按照常規(guī)的設(shè)計(jì)，點(diǎn)火油槍布置在每個(gè)生物質(zhì)燃燒機(jī)的二次風(fēng)口當(dāng)中，用來點(diǎn)燃煤粉。鍋爐啟動(dòng)時(shí)首先點(diǎn)燃油槍，油槍運(yùn)行一段時(shí)間后，爐膛內(nèi)生物質(zhì)燃燒機(jī)區(qū)的溫度達(dá)到煤粉的著火溫度，將含有煤粉的一次風(fēng)送入爐內(nèi)，煤粉著火后，再與油槍共同運(yùn)行一段時(shí)間，直到煤粉燃燒和爐內(nèi)運(yùn)行工況穩(wěn)定后，油槍退出運(yùn)行，煤粉的點(diǎn)火過程結(jié)束。由于按照傳統(tǒng)方式，點(diǎn)火油槍布置在直流燃燒器的二次風(fēng)口中，油槍與煤粉噴口的距離比較遠(yuǎn)，而且這兩股氣流又互相平行，因此在點(diǎn)火時(shí)，燃油產(chǎn)生的熱量直接用于加熱煤粉的部分比較少，熱量利用率低，使得鍋爐點(diǎn)火日寸，燃油的消耗量很犬”。-臺(tái)600MW鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)正常狀態(tài)需要消耗燃油約200t左右[2]，而與煤的價(jià)格相比，燃油的價(jià)格要高出許多。為了降低機(jī)組的運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，人們研究開發(fā)出了各種無油和少油點(diǎn)火技術(shù)。
  少油點(diǎn)火又稱“小油槍點(diǎn)火’。這種點(diǎn)火方式設(shè)備投資和運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用比較低，是目前在我國(guó)電廠中應(yīng)用比較多的一種點(diǎn)火和穩(wěn)燃方式。它的主要特點(diǎn)是將油槍放置在一次風(fēng)噴口內(nèi)，由于這樣使得燃油產(chǎn)生的熱量能夠大部分直接用于加熱煤粉，使得燃油的點(diǎn)火熱量利用率大大提高，從面可以顯著地降低所需油槍負(fù)荷，以達(dá)到節(jié)油的效果。實(shí)踐證明，采用小油槍點(diǎn)火和助燃，確實(shí)可以明顯的減少鍋爐啟停和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的燃油耗量，降低運(yùn)行成本，因此正逐步越來越受到電廠的關(guān)注。
2少油點(diǎn)火與水平濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)相結(jié)合在一臺(tái)600MW鍋爐上的應(yīng)用
  為了減少鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)的燃油耗量，并且提高鍋爐最低不投油穩(wěn)燃的能力，哈爾濱第三發(fā)電廠與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作，采用小油槍與百葉窗水平濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)相結(jié)合的方式，在4號(hào)鍋爐進(jìn)行少油點(diǎn)火的應(yīng)用。
  4號(hào)鍋爐額定出力為2008Uh。鍋爐為亞臨界參數(shù)、強(qiáng)制循環(huán)、固態(tài)排渣煤粉爐。所配生物質(zhì)燃燒機(jī)是四角切圓、大風(fēng)箱擺動(dòng)式生物質(zhì)燃燒機(jī)。每支生物質(zhì)燃燒機(jī)有6層一次風(fēng)室，3層油風(fēng)室。鍋爐設(shè)計(jì)燃料為煙煤，煤質(zhì)分析見表1。每臺(tái)鍋爐配6臺(tái)RP 1003中速磨煤機(jī)（一臺(tái)備用），每臺(tái)磨出力65.97kg/h，直吹式制粉系統(tǒng)，一臺(tái)磨帶一層共四個(gè)一次風(fēng)口。
  按照該爐以往的點(diǎn)火程序，首先點(diǎn)燃下兩層共8支大油卡A，待熱風(fēng)溫度達(dá)到177℃時(shí)，磨煤機(jī)可以投運(yùn)。最下層一歡風(fēng)口先投粉，再投入第二層粉，與油槍共同運(yùn)行一段時(shí)間后，隨著粉量的逐漸增加，爐膛溫度提高，煤粉燃燒穩(wěn)定，再逐步停用油卡A，完成點(diǎn)火過程。每次大修后，即使按正常的冷態(tài)點(diǎn)火過程計(jì)算，耗油量也達(dá)200t/h左右。
  此次生物質(zhì)燃燒機(jī)改造的目的是減少鍋爐啟停和低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)的點(diǎn)火用油，并且提高鍋爐最低不投油負(fù)的穩(wěn)燃能力。
2.1 最下層一次風(fēng)口改為百葉窗水平濃淡式生物質(zhì)燃燒機(jī)
  采用百葉窗煤粉濃縮器將煤粉沿水平方向分成濃淡兩股氣流，煤粉被濃縮后，降低了著火溫度，并提高了點(diǎn)火熱量的利用率。此外，對(duì)于切圓燃燒，濃煤粉側(cè)處于向火側(cè)，而淡煤粉側(cè)處于背火側(cè)，從而改善了煤粉的著火和燃燒的穩(wěn)定性，并且具有明顯提高鍋爐低負(fù)荷不投油穩(wěn)燃能力及燃燒效率等優(yōu)點(diǎn)。并且，濃縮器內(nèi)全部為工業(yè)耐磨陶瓷材料，從而保證了設(shè)備運(yùn)行的可靠性和使用壽命。
2.2在緊鄰的輔助二次風(fēng)口處設(shè)置小油槍
  在現(xiàn)有的少油點(diǎn)火的應(yīng)用實(shí)例中，都是將小油槍放置在下層的一次風(fēng)口內(nèi)，這樣可以使煤粉氣流與燃油火焰充分混合，提高燃油熱量的利用率。但是，這樣做有如下問題需要考慮：①將油槍、點(diǎn)火器等布置在一次風(fēng)口內(nèi)，長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)客易造成磨損，特別是一次風(fēng)采用了濃淡燃燒后，降低了煤的著火溫度，提高了熱量利用效率，但是磨損情況將加劇，不易滿足所要求的使用壽命，而大機(jī)組對(duì)設(shè)備的使用壽命要求是較高的。②這樣布置后小油槍的火檢信號(hào)和煤粉的火檢信號(hào)不易區(qū)分，新增加的油槍火檢不易并入FSSS系統(tǒng)，而這對(duì)安全可靠運(yùn)行是十分重要的，特別是對(duì)大型機(jī)組。③油槍配風(fēng)等問題也不易解決。
  因此，此次改造首次結(jié)合水平濃淡燃燒的特點(diǎn)和鍋爐生物質(zhì)燃燒機(jī)的具體結(jié)構(gòu)，將小油槍、相應(yīng)的點(diǎn)火器和火焰檢測(cè)器、油配風(fēng)器等布置在其下方鄰近的輔助二次風(fēng)噴口當(dāng)中，并斜向上方，使油槍槍頭方向指向濃側(cè)煤粉氣流（見圖1）。
  由于在下一次風(fēng)中采用了百葉窗式水平濃淡燃燒裝置，從而解決了對(duì)于直吹式制粉系統(tǒng)在投粉初期粉量不大的問題，使得在投粉時(shí)一次風(fēng)口濃側(cè)有較高煤粉濃度，降低了濃側(cè)煤粉氣流的著火溫度。
同時(shí)，小油槍噴出的火焰亦沖向濃側(cè)煤粉，火焰能夠和高濃度煤粉充分混合。在一次風(fēng)口濃側(cè)安裝有鈍體可以卷吸油燃燒時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓约訜崦悍蹥饬鳎瑥亩_保了投粉時(shí)煤粉的穩(wěn)定著火燃燒。此外，爐內(nèi)的水平濃淡切圓燃燒，也有利于煤粉的著火和穩(wěn)燃。當(dāng)然，與將小油槍布置在一次風(fēng)口內(nèi)相比，這種布置方式燃油熱呈利用率要稍差，因此油槍負(fù)
可能要稍高一些
  小油槍為伸縮式，即在油槍停用時(shí)退出工作位置，從而保護(hù)了油槍不被燒壞。油槍配置有配風(fēng)器，以確保婁鎏油槍霧化良好，燃燒完全并且火焰穩(wěn)定。油濃煤粉側(cè)槍配有專門的火焰檢 圖1 小油槍布置圖測(cè)器，火檢的位置和角度要確保既能檢測(cè)到油火焰的情況，又不受鄰近的煤粉噴口火焰的影響。將新增加燃油系統(tǒng)及設(shè)備并入FSSS系統(tǒng)，以確保設(shè)備運(yùn)行的安全性及可靠性。
2.3生物質(zhì)燃燒機(jī)改造后的點(diǎn)火試驗(yàn)和應(yīng)用
  結(jié)合4號(hào)鍋爐的大修，將改造后的生物質(zhì)燃燒機(jī)安裝完成。于2003年1月份首次進(jìn)行小油槍點(diǎn)火投粉，間黑龍江電力科學(xué)研究院和電廠進(jìn)行了數(shù)次小油槍點(diǎn)火、最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷的試驗(yàn)。鍋爐燃用的煤質(zhì)為鶴崗煙煤。鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)點(diǎn)火后，現(xiàn)場(chǎng)觀察此時(shí)每支小油槍實(shí)際出力為800～900k~ho投粉前，為了反映一次風(fēng)口附近實(shí)際的溫度狀況，采用K型熱偶作為溫度測(cè)量熱偶，對(duì)最下層濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)一次風(fēng)口處的溫度場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)旦，這時(shí)爐內(nèi)僅維持四支小油槍運(yùn)行。測(cè)量結(jié)果顯示，此時(shí)距最下層一次風(fēng)噴口500mm處的溫度分布為509～5720C，600mm處的溫度分布達(dá)613～718℃，而鍋爐燃用的煤質(zhì)為Vdaf在30%～40%的煙煤，可烈點(diǎn)燃煤粉，具備投粉條件。按照電廠原運(yùn)行規(guī)程，投粉時(shí)熱風(fēng)溫度要達(dá)到177℃。采用小油槍后，由于燃油熱量集中在一次風(fēng)口附近，對(duì)煤粉著火十分有利，因此將投粉時(shí)的熱風(fēng)溫設(shè)定為120℃以節(jié)省點(diǎn)火用油。當(dāng)熱風(fēng)溫達(dá)到120℃時(shí)，準(zhǔn)備投粉，此時(shí)爐膛出口煙溫為210℃．
  投粉后，在初始粉量為13.79t/h、用四支小油槍點(diǎn)火的工況下，現(xiàn)場(chǎng)觀察此時(shí)煤粉的著火穩(wěn)定，火焰明亮。在此工況下對(duì)生物質(zhì)燃燒機(jī)區(qū)的爐膛溫度場(chǎng)和濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)噴口處的溫度場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)量，此時(shí)距噴口約600mm處的溫度為526～870℃之間，A、B層燃燒器之間的爐膛溫度為976～1136℃說明煤粉氣流在爐內(nèi)可以穩(wěn)定燃燒，在只投入4只小油槍時(shí)，可。426。以滿足煤粉著火的需要。而在一次風(fēng)量保持不變、粉量分別在達(dá)到17.28t/h和20.63Uh的工況下，隨著煤粉濃度的提高，煤粉的著火明顯更加穩(wěn)定，火焰明亮，一次風(fēng)口區(qū)的溫度顯著提高，而且煤粉的著火點(diǎn)有所提前（見表2）。試驗(yàn)時(shí)，由于No.1角的小油槍燃燒不好，因此其噴口的溫度場(chǎng)偏低。現(xiàn)場(chǎng)觀察和溫度場(chǎng)測(cè)量均表明，新增加的小油槍火焰明亮，并可以達(dá)到一次風(fēng)口處。在鍋爐啟動(dòng)、停爐過程中，F(xiàn)SSS沒有動(dòng)作過，能夠可靠地點(diǎn)燃煤粉，并且?guī)Х鄯€(wěn)定燃燒。啟動(dòng)過程中，鍋爐的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的變化情況符合點(diǎn)火升溫、升壓曲線的要求。
  運(yùn)行表明，采用小油槍后，啟動(dòng)時(shí)可以不投入原有的兩層共8支大油槍（每支油槍出力1800Kg/h），而直接用小油槍點(diǎn)火，并且將投粉時(shí)的熱風(fēng)溫度由原設(shè)定的177℃降到120℃節(jié)約了點(diǎn)火用油。此外，在鍋爐低負(fù)荷投油運(yùn)行時(shí)及停爐過程中，小油槍均可以帶一層粉穩(wěn)定燃燒。從而明顯的減少鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃的耗油量，取得了顯著節(jié)油效果。機(jī)組運(yùn)行后，對(duì)鍋爐的最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷進(jìn)行了考核。運(yùn)行考核表明，鍋爐在電負(fù)荷為200MW的工況下，燃燒穩(wěn)定。考慮到實(shí)際運(yùn)行應(yīng)有一定的安全袼度，將電負(fù)荷200MVV定為最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷，即33.3%ECR。而且，實(shí)際運(yùn)行表明，采用百葉窗濃縮器而使一次風(fēng)增加的阻力不大，沒有影響制粉系統(tǒng)和鍋爐的運(yùn)行。
  此后，根據(jù)4號(hào)鍋爐的運(yùn)行情況對(duì)該方案做了進(jìn)一步優(yōu)化，并且應(yīng)用在該廠的3號(hào)鍋爐（配600MW機(jī)組）上。運(yùn)行表明，其點(diǎn)火效果得到了進(jìn)一步改善。
3 結(jié)論
  (1)此項(xiàng)目為首次將百葉窗水平濃淡煤粉燃燒器與小油槍點(diǎn)火結(jié)合，并且應(yīng)用在600MW的鍋爐上。點(diǎn)火小油槍的布置位置突破了一般布置在下一次風(fēng)口內(nèi)的傳統(tǒng)作法，將其放置在緊鄰下一次風(fēng)口的二次風(fēng)口中，從而避免了油點(diǎn)火裝置的磨損，保證了設(shè)備的可靠性和使用壽命。利用水平濃淡燃燒的特點(diǎn)，將油槍火焰盡量沖向濃側(cè)煤粉。實(shí)踐證明，取得了顯著的節(jié)油效果。此外，由于每支小油槍都配有專門的火焰檢測(cè)器，而且并入了FSSS系統(tǒng)，使設(shè)備運(yùn)行安全可靠。
  (2)采用百葉窗水平濃淡煤粉生物質(zhì)燃燒