W锅炉Y型重油油枪堵塞原因分析及对策

朱家英，赵伟刚，郭三虎

(1.中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司，郑州 450000；2.西安热工研究院有限公司，西安 710032)

W锅炉Y型重油油枪堵塞原因分析及对策

朱家英1，赵伟刚2，郭三虎2

(1.中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司，郑州 450000；2.西安热工研究院有限公司，西安 710032)

W锅炉Y型油枪燃烧重油高温下易析碳结焦，堵塞油枪喷嘴和枪管。针对1台新建锅炉调试启动过程中油枪出现的连续灭火、雾化不良、油流量逐渐减小，甚至无油流等油枪堵塞现象，分析其堵塞原因，采取了相应的防堵塞改造及优化措施。实施这些措施后，油枪堵塞现象明显改善，在锅炉以后的启动过程中，油枪运行良好，再无堵塞现象。从根本上解决了油枪清理问题，可确保油枪长期、持续运行。

W锅炉；Y型油枪；重油；堵塞；对策

0 引言

电厂锅炉燃用的重油发热量高、价格低廉，但重油燃烧时也经常出现以下问题：(1)高温下析碳，堵塞油枪喷嘴；(2)黏度过大，流动性差，容易造成枪管堵塞，并且清理困难；(3)喷嘴附近区域或锅炉尾部低温受热面上结焦。本文针对1台新建机组锅炉在调试启动过程中频繁发生的油枪堵塞问题，分析其堵塞原因，并给出防止Y型重油油枪发生堵塞的措施[1-2]。

1 设备概况

越南某电厂一期工程#1，#2锅炉系东方锅炉厂生产的亚临界压力、中间一次再热、自然循环W火焰锅炉，型号为DG2028/17.35-Ⅱ8，单炉膛Π型露天岛式布置，采用挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢结构平衡通风。锅炉用煤为越南当地Cam Pha和Hon Gai的无烟煤。

该工程采用XYQ-3R-1500/50型油枪，该油枪将点火枪、油枪组合在一起，由组合式气动推进器统一控制。油枪采用Y型喷嘴，由雾化片、锁紧螺母、接头组成，与内管、外管相连。其中内管通蒸汽，外管通重油，Y型喷嘴零件图如图1所示。

点火用油为No.2B重油(越南 TCVN 6239—2002标准)，每个油枪出力为1 300 kg/h，油枪紧靠煤粉喷嘴布置在拱上，设计总容量30%锅炉最大连续蒸发量(BMCR)输入热量。油枪技术参数见表1。

2 油枪堵塞过程

(1)#1锅炉吹管期间，重油油枪点燃后就地观察，火焰明亮呈金黄色，火柱长1 m左右，但火焰刚性不足，回旋卷吸严重。油枪二次风调节挡板开度由小到大，二次风总风量从520 t/h扩大到1 110 t/h，甚至将二次风箱压力与炉膛压差提高至0.6 kPa，火焰回旋卷吸现象无明显改善。

图1 Y型喷嘴零件

项目参数型号XYQ-3R油压/MPa0.3～1.8气压/MPa0.3～1.3油黏度/°E<10雾化角/(°)40～120雾化粒径/μm50～100出力/(kg·h-1)300～6000调节比5∶1

随着锅炉升温、升压，炉膛温度升高，在燃油、蒸汽参数几乎不变的情况下，燃油流量逐渐减小，同时有个别油枪连续出现灭火现象。将此类油枪从炉膛中抽出检查，发现油枪喷嘴被堵塞，枪管也不同程度地被堵塞，枪管中存有大量的重油未被蒸汽吹扫干净。

仅成功点着3根，单支油枪流量仅有0.4 t/h左右，其余油枪都因无流量而点火失败。着火油枪的火焰长仅0.4 m左右，且分布不均，喷嘴数个喷口被堵塞，有断火现象。拔出油枪检查，发现成功着火和有油流的油枪堵塞轻微，可以采用松香水或汽油等有机溶剂浸泡，待碳焦松动后，喷嘴碳焦用钢刷清理，喷嘴喷口碳焦用钢丝捅开。枪管堵塞较难处理，先用钢丝捅开通道，然后在不安装雾化喷嘴的情况下回装油枪，用雾化蒸汽进行长时间吹扫，如此重复三四遍才能保证成功着火，雾化良好。单根油枪清理时间甚至需要2 h，而堵塞严重的油枪，已基本报废，无法再次使用。堵塞现象分别如图2、图3和图4所示。

图2 喷嘴外部的堵塞情况

图3 喷嘴内部的堵塞情况

图4 枪管端部的堵塞情况

3 堵塞原因分析

(1)重油高温下析碳结焦，堵塞喷嘴甚至枪管。析碳结焦是雾化喷嘴堵塞的主要原因，对堵塞雾化喷嘴的物质进行化验，也证实主要是碳素物质。析碳的原因有多种：1)油枪处于风管当中，而热风温度高，喷口附近有回流区，高温烟气回流至油枪头部，灼烤喷口；2)W锅炉火焰中心温度较其他炉型更高，且油枪布置于拱上，更易受到高温烟气、水冷壁卫燃带等的辐射加热。本工程Y型油枪外管流通重油，在辐射热作用下重油极易析碳结焦而堵塞喷嘴[3-4]。

(2)油枪的保护套管过短，致使油枪冷却风与二次风严重窜风，减弱了冷却风的刚性，在燃烧器喷口上方形成较大的回流区或真空区，造成火焰刚性不足，致使未燃尽的油滴回旋堆积，在油枪喷嘴外部形成焦块而堵塞喷嘴。

(3)燃油母管滤网过粗，杂质不能过滤干净，进而堵塞喷嘴。

(4)运行操作不当，油枪停运方式不合理，未彻底将枪管中的重油吹扫干净，枪管中残余的重油在高温下析碳结焦而堵塞枪管。

4 防结焦的技术措施及效果

4.1 采用新型防堵塞喷嘴

雾化喷嘴结构特性系数表达式为

(1)

式中:A为雾化喷嘴结构系数；d0为喷口直径；R为旋流半径；n为切向槽数；a,b为切向槽的宽度和深度。

引入气流漩涡充满度系数

(2)

式中：r为气体漩涡半径。

由伯努利方程可推导得流量系数μ与结构系数A的关系式

(3)

雾化喷嘴流量计算式为

(4)

式中：qm为雾化喷嘴流量；d0为喷口直径；g为重力加速度；ρ为油密度；μ为喷嘴流量系数；p为喷口入口油压。

油滴平均直径和喷口直径关系式为

(5)

将式(4)代入式(5)得

(6)

若同时增大喷口和切向槽尺寸，则：(1)d0增大，qm增大(见式(4))，那么无法较大程度地降低单个喷嘴的流量，达到改善雾化的目的(见式(6))；(2)欲保证d0增大或不变时达到小流量，则必须使流量系数μ减小(见式(4))，又由式(3)可知，μ减小，则雾化喷嘴特性系数A增大；(3)由式(1)可知，当ab也增大时，欲保证A增大，必须使旋流半径R增大，这样不仅增加了漩涡室的阻力损失，也使雾化喷嘴直径增大。

4.2 管道接法由“油包汽”变为“汽包油”

增加一级雾化器，同时变更蒸汽、燃油管道连接次序，即由“油包汽”变为“汽包油”的管道接法。

在不改变现有介质雾化机制的基础上，采用单级雾化变多级雾化的方式，在雾化喷嘴前增加一级雾化器，增加湍流度，降低混合物的表面张力，进一步提高燃油的雾化效果。同时，调换雾化蒸汽管与燃油管的连接次序，即由“油包汽”管道接法变为“汽包油”的管道接法。此种管道连接方式的优点为：(1)蒸汽在外管流通，对内管流通的重油起到了隔热作用，减少高温烟气、水冷壁卫燃带等对油枪的辐射加热，进而避免重油高温下析碳结焦，堵塞雾化喷嘴甚至枪管；(2)外管流通的蒸汽受到辐射加热，在一定程度上提高蒸汽的过热度，更利于重油的雾化。增加一级雾化器后的油枪零件如图5所示[6]。

图5 增加一级雾化器后的Y型喷嘴零件

4.3 采取措施避免喷嘴外部油焦堵塞

为减少油枪用风(C挡板控制)与乏气用风(A挡板控制)之间的窜风，并加强油枪在上部风箱面板处的固定支撑，本工程用一个长1.35 m，ø 219 mm×4 mm的管子延长每支油枪套管至配风器的位置，并与配风器相焊接，然后在上部风箱面板油枪位置处增加加强板筋，对油枪进行进一步固定支撑，加装延长套管如图6所示。改造后，燃烧火焰刚性显著增强，燃烧器喷嘴上方无回流区或真空区，避免未燃尽的油滴回旋堆积而形成焦块堵塞喷嘴外表面。

图6 改造后的套管实物

4.4 更换细密滤网延长蒸汽吹扫时间

更换更加细密的滤网并定期清理燃油母管滤网，防止杂质堵塞喷嘴喷口。延长油枪蒸汽自动吹扫时间，将蒸汽自动吹扫时间由120 s延长至180 s，尽可能将油管和枪管中存有的重油吹扫干净，避免油枪停用后残存的重油高温下析碳结焦堵塞枪管。

4.5 优化运行操作

停炉操作时，在保证双进双出钢球磨煤机罐体中的煤粉被吹空的情况下快速撤枪，保留运行油枪2～3支，撤出的油枪用蒸汽吹扫15～30min。然后保留运行油枪1支，用蒸汽吹扫刚撤出的油枪10～15min。此操作的目的是避免因炉膛无火触发主燃料跳闸(MFT)的同时，延长油枪蒸汽吹扫时间，确保油枪蒸汽吹扫的数量和质量，避免枪管中残存的重油高温下析碳结焦堵塞油枪。

根据对油枪堵塞原因的分析，采取上述针对性措施后，油枪堵塞情况明显改善。

5 结束语

W锅炉较其他炉型火焰中心温度更高，采用Y型油枪燃烧重油高温下易析碳结焦堵塞油枪喷嘴和枪管。实际案例分析表明，油枪堵塞的原因主要有：重油高温下析碳；油枪保护套管过短，火焰刚性不足；燃油母管滤网过粗，杂质过滤不干净；油枪停运方式不合理，未彻底将枪管中的重油吹扫干净等。本文提出的防堵塞改造及优化措施实施后，效果明显。锅炉在之后的启动过程中，油枪未发生堵塞现象，并且从根本上解决了油枪清理问题，可确保油枪长期、持续运行，为锅炉在正常启动和紧急情况下的稳燃、助燃提供可靠条件。

[1]马晓茜.重油强化燃烧技术探讨[J].冶金能源，1997,16(2):45-48.

[2]张少勇，党小建，伍刚，等.循环流化床锅炉床上重油点火启动结焦分析及预防措施[J].电力建设,2013,34(12):78-81.

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[4]张国伟，胡海蓉，郭晓红.重油燃烧原理及在出口锅炉上的应用[J].锅炉制造，2012 (4):30-32.

[5]李佛金，陈刚，丘纪华.不易堵塞的小流量油雾化器的设计及其应用[J].华中理工大学学报，1996,24(4):94-95.

[6]赵孝保，汤俊山.燃油锅炉油喷嘴雾化效果分析与改进措施[J].工业锅炉，2005(1):32-34.

(本文责编：白银雷)

2016-10-12；

2016-11-07

TM 621.7

B

1674-1951(2017)01-0024-03

朱家英(1984—)，男，河南开封人，工程师，工学硕士，从事火力发电机组启动调试方面的工作(E-mail:shizhe168@163.com)。