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簡(jiǎn)論微油點(diǎn)火煤粉燃燒技術(shù)改造及應用
論文摘要：通過(guò)對渾江發(fā)電公司兩臺670T/h鍋爐微油點(diǎn)火煤粉燃燒技術(shù)改造及應用的論述，指出了微油點(diǎn)火煤粉燃燒器系統組成、設備構造、工作原理、節油原理以及取得的節油效果，對于火力發(fā)電廠(chǎng)同類(lèi)型鍋爐機組燃燒器改造及節省燃油工作具有借鑒指導意義。
論文關(guān)鍵詞：微油;燃燒技術(shù);燃燒器
一、原燃燒器設計情況
渾江發(fā)電公司兩臺670T/h鍋爐(5號爐、6號爐)均為哈爾濱鍋爐廠(chǎng)生產(chǎn)的中間倉儲式熱風(fēng)送粉煤粉鍋爐。5號爐原設計為四角切圓布置16只直流式煤粉燃燒器;6號爐原設計為四角切圓布置上兩層為直流式煤粉燃燒器，下兩層為雙通道煤粉燃燒器。
5、6號爐各角四層燃燒器中間設計了蒸汽霧化重油點(diǎn)火油槍(每臺爐4只重油點(diǎn)火油槍)。
鍋爐設計煤種為渾江地區混煤。煤質(zhì)設計值為：灰份：40.67%，揮發(fā)份：22.14%，低位發(fā)熱量：16492kj/kg(3945大卡/kg)。從設計值可以看出，渾江發(fā)電公司燃用的煤質(zhì)較劣，而實(shí)際運行中，燃用的煤種變化很大，煤質(zhì)更差，遠遠低于設計值。特別是2004年四季度以來(lái)，由于煤炭市場(chǎng)緊缺，燃用的煤質(zhì)偏離設計值甚遠，實(shí)際燃用煤質(zhì)經(jīng)常在下列范圍：灰份52%以上，揮發(fā)份14%以下，低位發(fā)熱量13000kj/kg以下。由此帶來(lái)的后果是，鍋爐燃燒穩定性差，耗油量增加，滅火事件多發(fā)。
二、燃燒器改造情況
為了穩定燃燒，降低耗油量，減少鍋爐滅火事件，渾江發(fā)電公司對5、6號爐燃燒器進(jìn)行了多次改造。
5號爐原設計為四角切圓布置16只直流式煤粉燃燒器。2001年10月，將原設計的16只直流式煤粉燃燒器均改造為左右型濃淡煤粉燃燒器。
6號爐原設計為四角切圓布置上兩層為直流式煤粉燃燒器，下兩層為雙通道煤粉燃燒器。2002年7月將原有的燃燒器改造成上三層為左右型濃淡煤粉燒器，下一層為直流式煤粉燃燒器。
改造成左右型濃淡煤粉燃燒器后，結果很不理想，一是對煤種適應性較差，燃燒惰性大，當灰份高于50%，揮發(fā)份低于13%時(shí)，燃燒穩定性較差，經(jīng)常需要投油穩燃;二是過(guò)熱器及再熱器管壁超溫嚴重。
為改變上述燃燒器不良特性，2004年起，渾江發(fā)電公司陸續將5、6號爐所有燃燒器均改造為雙通道雙濃淡多突擴式煤粉燃燒器(簡(jiǎn)稱(chēng)雙通道燃燒器)。
雙通道燃燒器改造后，對煤質(zhì)的適應性較強，燃燒穩定性明顯好轉，但在節約燃油方面還不夠理想，特別是啟、停爐及低負荷運行穩燃耗油量還比較大。主要原因是重油點(diǎn)火油槍在冷態(tài)啟爐初期，點(diǎn)火非常困難，燃燒很不完善，大量重油顆粒在沒(méi)有著(zhù)火或完全燃燒的情況下就被冷風(fēng)帶走;還有一部分重油附著(zhù)在水冷壁上，在冷卻過(guò)程中沿水冷壁流淌到冷灰斗而凝固結塊，致使大量重油被浪費掉。
為解決這一問(wèn)題，進(jìn)一步適應煤質(zhì)需要，最大限度節省燃油，2007年下半年，渾江發(fā)電公司陸續將5、6號爐下層4只雙通道煤粉燃燒器改造為哈爾濱國能微油點(diǎn)火設備有限公司設計制造的柴油微油點(diǎn)火煤粉燃燒器。微油點(diǎn)火煤粉燃燒器改造同時(shí)，將各角四層燃燒器中間的4只蒸汽霧化重油點(diǎn)火油槍改造為4只機械霧化柴油點(diǎn)火油槍。
微油點(diǎn)火煤粉燃燒器既可作為點(diǎn)火燃燒器，也可作為主燃燒器使用。由于采用了微油點(diǎn)火技術(shù)、煤粉濃縮技術(shù)和逐級放大技術(shù)，這種燃燒器除具備微油點(diǎn)火節油性能外，煤粉燃燒器本身還具有良好的穩燃節油性能，所以煤粉燃燒器又稱(chēng)為穩燃燃燒器或節油燃燒器。
該項技術(shù)系統簡(jiǎn)單，操作方便，對煤種適應性強，運行穩定，安全可靠。
三、微油點(diǎn)火煤粉燃燒器系統構造及作用
1.微油點(diǎn)火煤粉燃燒器系統組成
微油點(diǎn)火煤粉燃燒器系統由微油量氣化小油槍點(diǎn)火系統、煤粉燃燒系統、控制保護系統三大部分組成。
微油量氣化小油槍點(diǎn)火系統由高能點(diǎn)火器、點(diǎn)火油槍、輔助油槍、燃油系統、壓縮空氣系統等組成。
煤粉燃燒系統由煤粉濃縮器、煤粉燃燒器、周界風(fēng)冷卻系統等組成。
控制保護系統由DCS系統和就地控制箱、火檢保護系統、燃燒器壁溫監測系統、火焰電視監測系統等組成，對點(diǎn)火系統和送粉系統進(jìn)行控制，實(shí)現程控點(diǎn)火與油槍滅火聯(lián)鎖保護，保證鍋爐安全穩定可靠運行。
2.微油點(diǎn)火煤粉燃燒器構造及作用
微油點(diǎn)火煤粉燃燒器由高能點(diǎn)火器、點(diǎn)火油槍、輔助油槍、煤粉濃縮器、一次燃燒室、二次燃燒室、周界二次風(fēng)、壓縮空氣、高壓風(fēng)(壓力冷風(fēng))等部分組成。
高能點(diǎn)火器用于點(diǎn)火油槍點(diǎn)火，點(diǎn)火油槍用于點(diǎn)燃煤粉，輔助油槍用于強化點(diǎn)火燃燒效果，加快煤粉的點(diǎn)火速度，增加煤粉的燃燒強度。
煤粉濃縮器采用雙層煤粉濃縮環(huán)結構，以提高煤粉濃縮效果。煤粉濃縮率達63.4%。
一次燃燒室作用：一次風(fēng)粉混合物經(jīng)濃淡分離后，濃相煤粉進(jìn)入一次燃燒室與微油量氣化小油槍氣化燃燒生成的高溫火焰混合，在微油量氣化小油槍高溫火焰作用下析出揮發(fā)份并著(zhù)火燃燒。
二次燃燒室作用：稀相煤粉進(jìn)入二次燃燒室與濃相著(zhù)火燃燒的煤粉混合并被點(diǎn)燃。被點(diǎn)燃的煤粉火焰在燃燒過(guò)程中噴入爐膛，火焰長(cháng)度可達5米以上，可直接點(diǎn)燃與其相鄰的主燃燒器。
周界二次風(fēng)作用：冷卻二次燃燒室外壁，防止燃燒器燒損和結焦，補充煤粉燃燒所需氧量。
壓縮空氣作用：小油槍點(diǎn)火初期用于燃油霧化，正常燃燒時(shí)加速燃油氣化并提供燃燒所需氧量。
高壓風(fēng)(壓力冷風(fēng))作用：為小油槍著(zhù)火初期提供氧量，補充正常燃燒所需氧量。
四、微油點(diǎn)火煤粉燃燒器工作原理
微油點(diǎn)火煤粉燃燒器采用微油點(diǎn)火技術(shù)、煤粉濃縮技術(shù)、逐級放大技術(shù)和氣膜冷卻技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)。
1.微油點(diǎn)火技術(shù)
傳統的機械霧化燃燒方式是，燃油被霧化成﹤200～250μm的油霧液滴，以增加燃油蒸發(fā)表面積，提高蒸發(fā)速度，實(shí)現油霧蒸汽燃燒。但是機械霧化不能從根本上改變燃油液態(tài)本質(zhì)。采用燃油氣化燃燒原理，氣化后的燃油粒度為氣體分子級，其化學(xué)反應速率遠遠大于機械霧化產(chǎn)生的油霧液滴。伴隨著(zhù)氣化反應，油溫也隨之上升，根據燃燒學(xué)原理，溫度每提高10℃，化學(xué)反應速度將增加2～4倍。微油點(diǎn)火技術(shù)就是根據這一原理設計的。
2.煤粉濃縮技術(shù)
由于爐膛結焦、煤質(zhì)下降及低負荷調峰穩燃需要，近幾年的電站鍋爐改造中出現了各種煤粉濃縮燃燒器。為了強化燃燒效果，微油點(diǎn)火穩燃燃燒器創(chuàng )造性地引進(jìn)了煤粉濃縮技術(shù);換言之，微油點(diǎn)火穩燃燃燒器煤粉濃縮技術(shù)是在借鑒以往經(jīng)驗的基礎上進(jìn)行改造創(chuàng )新的結果。
3.逐級放大技術(shù)
能量逐級放大技術(shù)的前提是，引火源具有很高的燃燒強度和后續燃料的迅速引燃。微油點(diǎn)火及穩燃燃燒器點(diǎn)火系統中，氣化霧化油槍保證了引火源的燃燒強度。濃相煤粉被引燃時(shí)，在一級燃燒室內就形成了“三高區”，即：點(diǎn)火溫度高，煤粉濃度高，燃燒強度高。煤粉在高強度的燃燒火核引燃下迅速升溫破碎并析出揮發(fā)份，進(jìn)一步增強燃燒效果;濃相煤粉著(zhù)火后進(jìn)入二級乃至三級燃燒室與稀相煤粉混合后繼續強化燃燒，達到了能量逐級放大效果。
4.氣膜冷卻技術(shù)
由于煤粉在燃燒器筒體內燃燒，燃燒器筒體內煙氣溫度高達1000℃左右，燃燒器金屬壁面的工作環(huán)境比較惡劣，極易造成燃燒器結焦、燒損。為防止燃燒器結焦、燒損，在微油點(diǎn)火及穩燃燃燒器系統中引進(jìn)了航空航天領(lǐng)域的氣膜冷卻技術(shù)，即用稀相一次風(fēng)冷卻一次燃燒室壁面，用送風(fēng)機壓力冷風(fēng)作為周界二次風(fēng)冷卻二次燃燒室壁面。氣膜冷卻技術(shù)是在燃燒器壁面形成一層冷風(fēng)氣膜，它具有兩個(gè)重要保護作用：一是將高溫燃氣與壁面隔開(kāi)，以避免高溫燃氣直接對壁面進(jìn)行對流換熱，這是隔熱作用;二是將高溫燃氣與火焰的輻射熱量從壁面帶走一部分，這是冷卻作用。通過(guò)這兩種保護方式可以有效防止燃燒器結焦和過(guò)熱燒損。
5.微油量氣化小油槍工作原理
微油量氣化小油槍利用壓縮空氣的高速射流將燃油直接擊碎，霧化成超細油滴進(jìn)行點(diǎn)火燃燒，在極短時(shí)間內完成油滴的氣化蒸發(fā)，使微油量氣化小油槍直接燃燒氣體燃料，從而大大提高了燃燒效率及火焰溫度。氣化后的燃油火焰剛性強、傳播速度快，火焰呈完全透明狀，根部為藍色火焰，中間及尾部為白色透明火焰，火焰中心溫度可達1500℃～2000℃。氣化后的燃油火焰作為高溫火核在煤粉燃燒器內直接點(diǎn)燃煤粉。這種點(diǎn)火方式點(diǎn)火迅速，穩燃性能好，從而實(shí)現了以粉代油，節省點(diǎn)火及低負荷穩燃用油的目的。
6.微油點(diǎn)火煤粉燃燒器工作原理
微油量氣化小油槍通過(guò)燃油氣化燃燒產(chǎn)生高溫火焰，在煤粉燃燒器一次燃燒室內形成溫度梯度較大的高溫火核，進(jìn)入一次燃燒室的濃相煤粉遇到高溫火核時(shí)，煤粉顆粒溫度急劇升高而破裂粉碎，揮發(fā)份迅速析出并著(zhù)火燃燒。著(zhù)火燃燒的濃相煤粉進(jìn)入二次燃燒室時(shí)，再與稀相煤粉混合并將稀相煤粉點(diǎn)燃，促使煤粉分級燃燒，燃燒能量逐級放大，達到了煤粉迅速點(diǎn)火并強化燃燒的效果。這種點(diǎn)火方式可以大大減少煤粉燃燒所需的引燃能量，以滿(mǎn)足鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)、滑參數停止以及低負荷穩燃需要。
五、微油燃燒技術(shù)節油原理
1.油槍布置方式節油
傳統的鍋爐點(diǎn)火大油槍一般都布置在二次風(fēng)噴口內，鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，首先點(diǎn)燃大油槍以提高爐膛煙氣溫度，高溫煙氣通過(guò)對流將熱量傳給一次風(fēng)射流，這種高溫煙氣與一次風(fēng)的對流換熱，約為油槍燃燒產(chǎn)生熱量的20%。而微油點(diǎn)火煤粉燃燒器是將油槍布置在一次風(fēng)噴口內，這種油槍布置方式最多只用大油槍的20%油量來(lái)點(diǎn)燃煤粉，所以可節約近80%的燃油。
2.分級燃燒方式節油
節油燃燒器針對不同煤質(zhì)設計2～3級煤粉燃燒室，第一級煤粉燃燒室進(jìn)口風(fēng)量一般為一次風(fēng)管風(fēng)量的20%～30%，煤粉濃度約為風(fēng)管內煤粉濃度的2～3倍。根據煤粉著(zhù)火熱計算公式，一次風(fēng)量與風(fēng)粉氣流所需著(zhù)火熱基本成比例關(guān)系，利用分級燃燒原理，在上述基礎上又可節油80%～90%。
微油點(diǎn)火節油燃燒器與常規煤粉燃燒器相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是：小油量氣化燃燒著(zhù)火迅速，燃燒充分，火力強大，著(zhù)火后的高溫火焰在燃燒器筒體內以極短的時(shí)間直接點(diǎn)燃煤粉并迅速燃燒，然后向爐內噴出高溫火焰。相鄰煤粉燃燒器煤粉噴出后被高溫火焰和煙氣回流加熱點(diǎn)火燃燒，而不必使用大油槍點(diǎn)火。所以用油量較少。
綜合上述兩種節油方式，使用微油點(diǎn)火節油燃燒器，可直接節油95%以上�？鄢蚬澯投嘞拿悍鄣馁M用，綜合節油率可達90%以上。
六、微油點(diǎn)火煤粉燃燒器改造效果
渾江發(fā)電公司微油點(diǎn)火煤粉燃燒器設計煤種為：灰份≤48%，揮發(fā)份≥16%，低位發(fā)熱量≥14000kj/kg。微油量氣化小油槍出力為40～120kg/h，大油槍出力為：0.8～1.5t/h。
微油點(diǎn)火煤粉燃燒器改造后收到了良好的節油效果，啟、停爐及低負荷穩燃耗油量明顯下降。
5、6號爐原重油點(diǎn)火系統冷態(tài)啟爐每次耗(重)油50噸以上，最高達到過(guò)87噸;滑參數停爐每次耗(重)油10噸以上。而微油點(diǎn)火煤粉燃燒器改造后冷態(tài)啟爐每次耗(柴)油可控制在15噸以?xún)�，滑參數停爐每次耗(柴)油不超過(guò)2噸。按經(jīng)濟價(jià)值計算——
冷態(tài)啟爐每次至少節約資金：
0.33萬(wàn)元×50(t)-0.63萬(wàn)元×15(t)=7.05萬(wàn)元
滑參數停爐每次至少節約資金：
0.33萬(wàn)元×10(t)-0.63萬(wàn)元×2(t)=2.04萬(wàn)元
啟停爐一次可以節約資金9萬(wàn)元以上。
這只是在燃用劣質(zhì)煤情況下，微油點(diǎn)火煤粉燃燒器改造后的節油效果。如果燃用設計煤種，其節油效果會(huì )更加明顯。
七、結論
通過(guò)以上分析論述，可以得出如下結論：
1.綜合節油率高
微油點(diǎn)火煤粉燃燒器通過(guò)小油量點(diǎn)火油槍氣化燃燒形成的高溫火核直接點(diǎn)燃煤粉。這種點(diǎn)火方式點(diǎn)火迅速，穩燃性能好，實(shí)現了以粉代油、節省燃油的目的。在鍋爐啟、停和低負荷穩燃方面可節約大量燃油，綜合節油率達90%以上。
2.自動(dòng)化程度高
微油點(diǎn)火節油燃燒技術(shù)配套設計的控制系統，通過(guò)就地控制箱或PLC與DCS系統聯(lián)絡(luò )(單獨DCS組態(tài)畫(huà)面)，將重要參數傳輸到鍋爐FSSS保護系統。通過(guò)DCS系統獨立的操作畫(huà)面，結合爐內火焰監視系統，運行人員可在集控室進(jìn)行遠程操作，整個(gè)過(guò)程也可設定全自動(dòng)完成。
3.系統安全可靠
微油點(diǎn)火煤粉燃燒器系統簡(jiǎn)單，對煤種適應性強，操作方便，運行穩定。煤粉燃燒器采用多級氣膜冷卻技術(shù)，可以有效避免燃燒器結焦、燒損現象，運行安全可靠。
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