中储式制粉系统燃用神华烟煤微油点火燃烧器改造试验研究

张卫星

摘要：通过对燃用高挥发分烟煤的微油点火燃烧器进行研究和分析，发现点火过程中存在喷口超温和设备烧损等问题的主要原因是燃烧器内着火点过于提前、设计风速偏低和金属壁面的冷却风量不足，研究工作和现场试验表明通过缩短油枪点火距离，适当提高喷筒内一次风速和增加冷却风风量、改进喷口结构、防止煤粉回流等措施，可以有效解决微油点火燃烧器存在超温、烧损等相关问题，为类似工程问题的解决提供了有益借鉴。

关键词：微油点火；高挥发分；烟煤；燃烧器；超温；烧损

1 引言

煤粉电站锅炉是我国电力供应的主要来源，锅炉点火和稳燃阶段需要投用大量燃油助燃，在保证机组正常投运的情况下节省燃油是火电机组需要研究的重要课题。微油点火技术因其具有节油效果好，煤种适应性广，设备适应性强等优点，而被广泛应用在不同类型煤粉电站锅炉上。

微油点火燃烧器的设计主要依据设计煤种的煤质特性参数、燃烧特性和锅炉燃烧设备特点进行设计，微油点火燃烧器的投运效果与对微油点火燃烧器内的空气动力场特性、煤粉流动特性、油枪流量、油枪布置方式和燃油雾化方式及效果等都具有很大关系。另一方面，我国地域辽阔，燃煤矿藏种类繁多，锅炉入炉煤种变化也比较频繁，实际点火用煤与原设计煤种煤质差异较大也会对微油点火燃烧器的点火效果产生很大影响。故微油点火燃烧器在实际应用中仍然存在不少问题，其中点火过程中出现的燃烧器结焦和喷口烧损问题不仅造成的设备损坏，危害锅炉安全，还会造成对应燃烧器无法正常投运，影响锅炉带负荷能力，是锅炉点火过程中需要亟需解决的问题。

本文以某燃用高挥发烟煤的330MW中间仓储式制粉系统切圆燃烧锅炉为对象，针对其点火过程中频繁出现的微油点火燃烧器金属壁温超限，造成的微油点火燃烧器被迫退出和喷口烧损等问题开展研究，分析了成因并提出解决方案。

2 设备概况

本文研究对象锅炉由东方锅炉厂设计制造型号为DG1025/18.3-Ⅱ5亚临界压力、一次中间再热、自然循环、单炉膛、四角切圆燃烧燃煤汽包炉，投产日期1996年12月。锅炉采用单炉膛、尾部双竖井烟道，Π型布置。炉膛宽度12801.6mm，深度12219.4mm，高度55000mm。炉膛截面为深宽比为1：1.05的近似正方形。锅炉原设计燃用贫煤和无烟煤的混煤，由于近年来国内动力用煤市场发生很大变化，锅炉采用炉烟干燥乏气热风复合送粉系统进行改造，锅炉适烧煤种由原贫煤、无烟煤及其混煤转变为神华烟煤。

锅炉采用的微油点火燃烧器是针对原低挥发分设计煤质进行设计的相关结构和尺寸参数，其结构示意图如图1所示。点火用油采用轻质原油，油枪采用机械雾化，油枪流量为150kg/h。

3 存在的问题

当前燃用烟煤条件下，锅炉点火过程中频繁发生壁温严重超温情况，易出现积粉自燃、燃烧器内结焦、风箱箱壳烧损等情况。严重时喷口和喷筒被烧坏，造成该燃烧器无法投用。对锅炉点火过程的安全和正常带负荷造成严重危害。

图2所示为一次典型的微油点火燃烧器点火过程中，出现的壁温超限引起设备烧损的过程曲线。此次点火的过程曲线显示，油枪投用后，给粉机正常投用，一次风速约26m/s，随之微油点火燃烧器喷口和喷筒壁温开始迅速升高，约半小时后壁温超过500℃，随即启用壁温高处置程序，停运给粉机和油枪，但微油点火壁温最高仍然升至729.6℃。经现场对微油点火燃烧器检查，发现多处设备出现不同程度烧损，喷口内套筒局部已烧化，外部炉墙板钢板已烧通。

4 原因分析

该层微油点火燃烧器在煤质变化后多次发生喷口超温或烧损情况，经分析主要是该微油点火燃烧器的结构不适应当前燃用的高挥发分烟煤所致。主要表现在如下方面：

1）油枪距离喷口过远。油枪位置距离喷口约2m，距离太长，预燃室内煤粉燃尽时间太长，易导致微油点火燃烧器内放热过多，引起结焦和壁温过高

2）稀相冷却风量不足。预燃室外的冷却风风道太窄，风量过小，喷筒及喷口冷却风量不足，易导致壁温过高；

3）喷筒内一次风速过低。微油点火燃烧器喷筒截面外径尺寸约为600mm，而一次风管直径为480mm，通流面积扩大约30%，喷筒内一次风速明显降低，易造成喷筒内煤粉火焰结焦，堵塞喷口；

4）气膜风失效。喷筒内一次风着火剧烈，压力较高，气膜风风源取自二次风，点火阶段风箱压力较低，较高的一次风煤粉火焰易从气膜风喷口倒灌至二次风箱壳，导致箱壳烧损。

5）周界风冷却不足。微油点火一次风对应周界风喷口过窄，周界风风量偏低，导致一次风喷口冷却效果不好。

5 技术改造

5.1 设备本体

微油点火燃烧器本体改造的结构如图5所示，具体措施主要针对上一章节出现的五点存在的问题对微油点火燃烧器内的动力场等相关结构进行重新设计。主要包括将油枪喷口和一级内喷筒前移，缩小内噴筒外径并配合对外喷筒的煤粉浓缩喉口进行改造，提高内喷筒内的风速和稀相冷却风风量，增加对喷口和喷管的防超温保护。取消气膜冷却风，防止一次风火焰蹿入二次风箱壳，另一方面加大周界风喷口面积，增强二次风对喷口的冷却。改造同时为了增加点火的可靠性、降低点火难度，将点火器能量提高50%。

5.2 控制逻辑

点火用煤为烟煤，应控制送粉风温不超过180℃。

（1）一次风速度低于26m/s，发一级报警；风速低于25m/s时60秒后跳给粉机。

（2）微油点喷口火温度或喷口温度高于500℃，跳对应给粉机。

（3）微油点喷口火温度或喷口温度高于650℃，跳对应油枪。

6 应用实效

6.1 冷态试验

为检验改造后的空气动力场情况，在冷态试验期间，对该层微油点火燃烧器进行了火花示踪试验，示踪结果见图6。

火花示踪结果显示该层燃烧器出口气流风速均匀，火焰无偏斜，炉内切圆大小合适，炉内空气动力场合理，为锅炉点火后的正常燃烧创造了有利条件。

6.2 热态试验

热态点火期间，项目相关人员对微油点火过程进行了跟踪调试，调试结果显示各层喷口正常投运，投运全程喷口无超温，给粉机转速可在200～500r/min正常调节，喷口最高温度仅317℃，点火过程顺利，机组在升、停炉过程中未发生超温、烧损现象，经过近一年的使用，取得良好效果，表明改造成功，解决了点火过程中微油点火燃烧器喷口温度超温、烧损问题，取得了预期成效。

7 结论

通过本课题的分析研究和现场试验工作可以得到如下结论：

（1）燃用高挥发分烟煤的微油点火燃烧器，在点火过程中易出现的喷口超温和设备烧损等问题，主要原因是燃烧器内着火点过于提前、设计风速过低和喷口壁面的冷却风量不足，造成燃烧器内释放热量过多，金属壁面得不到有效冷却降温所致。

（2）通过缩短油枪点火距离，适当提高喷筒内一次风速和增加冷却风风量等措施，可以有效解决微油点火燃烧器存在的喷口烧损等问题。

参考文献

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（作者单位：安徽马鞍山万能达发电有限责任公司）