某350MW机组贫煤条件下微油点火分析研究

李云梅

摘要：近年来，因为能源形式和市场的推动，微油点火技术因其系统可靠性高、投资成本低、经济效益和环保效益好等诸多因素得到了飞速发展。本文介绍某350MW超临界燃煤湿冷供热机组，在贫煤条件下进行着火特性分析及运行方式选择，经试验研究得出微油点火系统在贫煤条件下点火可靠，机组运行稳定。

关键词：微油点火 煤质分析 着火特性 运行方式

1. 项目简介

某热电联产350MW超临界燃煤湿冷供热机组，锅炉为超临界参数、变压运行直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用前后墙对冲燃烧方式、平衡通风、半露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构、Π型锅炉。采用中速磨冷一次风正压直吹系统，配5 台中速磨煤机，其中四台运行，一台备用。设计煤种和校核煤种1的煤粉细度为R90=10%，校核煤种2的煤粉细度为R90=12%。本项目锅炉点火采用常规油系统+少油点火的方式，按照“3（前墙）+2（后墙）”模式配置5层旋流燃烧器，前后墙对冲燃烧，对侧旋流方向相同，相邻层旋流方向相反，其中前墙最下层配置微油点火燃烧器，其他层配置常规燃烧器。

2. 煤质特性分析

2.1煤质情况

本项目的煤质分析报告见图1，设计煤的明显特征是挥发分低（11.75%），固定碳含量高（58.2%），按照地质年代划分，本项目煤质属于贫煤。

图1  项目煤质分析报告

2.2煤的着火特性分析

2.2.1挥发分对比分析

根据挥发分对照表1可以看出，本项目煤质属于中等难度着火煤质，也存在较难着火煤质的可能。

表1 按照挥发分分析对照表

Vdaf＞25%的煤皆可认为是较易着火煤（IT＜700℃）；

Vdaf = 15%~20%的煤皆可认为是中等着火煤（IT=700℃~800℃）；

Vdaf ＜10%的煤皆可认为是较难着火煤（IT＞800℃）。

而Vdaf = 20%~25%的煤既可能是较易着火煤，也可能是中等着火煤；

而Vdaf = 10%~15%的煤既可能是中等着火煤，也可能是较难着火煤。

对后两档煤应进行煤粉气流着火温度（IT）测定。

备注：干燥无灰基挥发分含量为Vdaf；煤粉气流着火温度为IT。

2.2.2通用着火公式分析

引用通用着火特征指标公式Fz（见表2） ，从Fz≤0.5到Fz＞2.0将煤着火稳燃特性分为极难燃、难燃、准难燃、易燃和极易燃五个类别。

着火性能公式：Fz=（Vad+Mad）2×FCad/10000

根据本项目的煤质分析，折算空气干燥基指标，并按照着火性能公式计算得出Fz≈1.2375，并按照表1查询得出本项目煤质属于准难燃煤质。

表2   煤的着火特性指标

煤的着火特性指标
特征指标	Fz≤0.5	0.5＜Fz≤1.0	1.0＜Fz≤1.5	1.5＜Fz≤2.0	Fz＞2.0
着火特性	极难燃	难燃	准难燃	易燃	极易燃

3.微油点火系统分析及运行方式选取

3.1微油参数

燃料：0#柴油；

进油枪前油压：0.8～1.2MPa；

单只油枪出力：120kg/h（油量可调：90 至150kg/h）；

压缩空气压力：0.5～0.6MPa；

单只油枪压缩空气流量：0.2Nm3/min；

油枪助燃风压力：>1500Pa；

单只油枪助燃风流量：<900m3/h。

3.2微油系统点火原理

微油枪利用压缩空气的高速射流将燃料油挤压、撕裂、破碎，通过油枪喷嘴产生的超细油雾被高能点火器引燃，通过喷嘴雾化后在极短的时间内蒸发气化。燃烧过程类似于气化状态下的均相反应，可以大大提高燃油火焰温度，并急剧缩短燃烧时间。气化后的火焰传播速度快，中心温度可达1500～2000℃，因此，微油直接点燃贫煤是可行的。通过本项目煤质分析得知为中等难度着火煤质，Fz≈1.2375左右，按照国内经验，经过精细化调整及配风，点燃此煤质是可行的。微油点火示意图见图2，微油点燃煤粉示意图见图3。

  

图2  微油点火示意图              图3  微油点燃煤粉示意图

3.3微油系统点火方式选择

通常情况下，如果配置微油点火器，理论上不需要大油枪就可以实现机组的正常启动，以本项目油系统布置为例，其点火方式：暖风器暖磨→启动微油→投入A层磨→投入D层磨→投入B层磨→投入E层磨。

如果煤质较好（一般挥发分大于25%以上），且A磨燃料量调整至最大极限投入D磨，不需要燃油助燃的情况下，煤粉可以直接由对侧的A层磨煤机火焰点燃，如图4示意，因此，烧高挥发分煤质，仅设计A层磨是微油可行。但是，对于燃烧贫煤的锅炉，在不投油助燃的条件下投入D层磨，存在煤粉不能被对侧引燃的可能，造成投粉失败。如果要实现纯微油条件下点火，D层也需要设计微油点火器。鉴于本项目微油设计及煤质特点，为了锅炉安全运行需要，启动D层磨前应先投入D层大油枪助燃，当锅炉负荷大于40%时撤油。

图4   对侧引燃煤粉示意图

3.4吹管期间运行方式选择

针对本项目煤质采用微油点火方式，确定吹管期间燃烧运行方式的选择。

3.4.1稳压吹管  

稳压吹管模式，在保证吹管系数满足吹管要求的条件下，预计锅炉蒸发量在45%-50%BMCR左右，此时负荷远大于最低稳燃负荷30%，因此，稳压吹管条件下，全部油枪应该退出运行。稳压吹管投入A、D两层即可，尽量不要投入第二层磨煤机，有利于汽温的控制。在稳压吹管期间，锅炉一直处于干态运行。

3.4.2降压吹管

降压吹管模式，在吹管系数满足要求的条件下，预计锅炉蒸发量在20% BMCR左右，此时负荷远低于最低稳燃负荷30%，需要投入油枪稳定燃烧。因此，降压吹管期间首先投入A磨煤机、A层微油，并根据蒸发量需求启动D层磨煤机，并启动E层大油枪稳燃，尽量不使用E层磨煤机。

采用降压吹管模式，在临吹门关闭的条件下，过热器蒸汽不再流动，成为死汽，更严重的是再热器没有蒸汽冷却，考虑到上述受热面的安全，锅炉出口烟气温度不能超过540度。降压吹管，锅炉一直在湿态状态运行

4.贫煤微油点火关键点控制

4.1点火准备期间

微油枪出力小、孔径小，非常容易堵塞，建议点火前油循环一直运行，通过正式系统滤网进行过滤，安装专业定期清理滤网；点火前，必须进行油枪雾化试验，锅炉上水完成或冷态冲洗时，微油枪及D层大油枪，共计8只必须进行点火测试，测试时间不超过3分钟，保证锅炉不起压；点火前，暖风器投入且暖磨，保持冷热风门足够的开度余量，投入D磨前，为了保险，允许使用大油枪助燃。

4.2点火期间调整

4.2.1控制磨煤机出口风温。投煤后，快速调整磨煤机出口风温，考虑本项目贫煤的燃料特性，首次建议维持80℃-90℃；当煤进入磨煤机筒体时，磨煤机出口风温会迅速下降，此时要提前且加快调节热风门速度，如果热风门余量不足，提高暖风器出力；

4.2.2控制内、外二次风配比。内二次风设计量较小，对煤粉起到引燃作用，外二次风设计量大，对煤粉起到燃尽作用。投煤前，检查内二次风在全开位置，外二次风适当关小，初始位置暂定50%-60%，点火后根据着火情况适当进行调整，如果煤质不发生改变，位置基本不做改变；

4.2.3控制风煤比及一次风速。煤粉浓度大小对点火起到关键作用，过低的浓度或过高的浓度都会造成点火失败，首次点火推荐的风煤比为1.8；一次风速维持17m/s-22m/s左右；

4.2.4控制煤粉细度。煤粉细度对贫煤燃烧有着重要的意义，减小低煤粉细度可以促进煤粉的燃烧剧烈程度，因此，在投煤前，将动态分离器调整至最大位置，随着炉膛温度的慢慢提高，逐步提高煤粉细度。

4.2.5贴壁风控制。点火初期，贴壁风门开度不宜超过20％，初始开度为10%，后续根据现场实际情况进行调整。

4.3过程隐患控制

微油点火如果发生着火不良，会引起大量的未燃尽煤粉或炭黑积累到尾部，易发生尾部设备着火事故，鉴于此，调试期间必须重点关注：1）点火时，必须就地监视观察孔，避免因为火检不准，造成人为误判，形成煤粉长期积累的环境；2）对烟囱排烟成色进行观察，作为判断燃烧优劣的依据之一；3）空预器消防必须可靠，吹管期间空预器应该连续吹灰；4）吹管第一阶段完毕后，详细记录空预器后的烟气温度计、氧量，如有烟气温度不正常升高、氧量下降，立即汇报运行人员采取处理措施。

5.现场试验结果及改进措施

5.1现场试验结果

机组整套启动调试期间，先后进行了两次微油点火试验。第一次进行微油点火，微油模式下四只微油投入燃烧正常，然后在微油模式下启动A磨煤机按照初始给煤量15t/h投粉，从就地观察孔发现，煤粉燃烧不良，在调整过程中运行人员手动MFT，微油投粉中断。第二次进行微油点火试验，锅炉冷炉微油投粉，磨煤机按照初始给煤量20t/h投粉，DCS氧量显示仍然为20.1%，氧量一直没有下降的趋势，且炉膛温度不升反降、主汽压力开始下降，说明煤粉没有燃烧且吸收了炉膛热量。

从两次试验结果分析得出：1）微油点火系统配备中速磨煤机时，由于磨煤机有最小给煤量限制，磨煤机出力调整余地小，微油点火时送粉量较大，煤粉吸热量较多，造成煤粉不能燃烧；2）针对贫煤煤质，一般情况下高挥发份煤种的暧风器设计出口温度在160℃，而本厂贫煤情况下厂家的暧风器出口风温仍然为160℃，没有根据煤质的变化对其暧风器进行设计调整，微油厂家配置的暧风器出口温度设计不合理；3）本项目所使用微油点火器并无贫煤条件下无油启动成功案例，经过现场试验确实也无法实现贫煤条件下无油启动成功。

5.2改进措施

在点火前提高锅炉给水温度，保证螺旋水冷壁区域温度提高至100℃上。微油点火前先用大油枪点火，将炉膛出口温度提高至370℃左右，达到贫煤燃烧所需要的最低温度，此时投入微油点火和A制粉系统，可以使贫煤进入挥发分析出燃烧和固定碳燃烧阶段。煤粉投入后，观察氧量变化及炉膛出口温度变化，当氧量变小且炉膛出口温度持续上升时，退出一支大油枪运行，炉膛出口温度先下降再上升，温度再次上升至退出油枪前数值，增加磨煤机出力，再次退出一支大油枪保留两支油枪投运。从而可以实现此设计条件下的微油点火，相对比全部使用大油枪，也达到了一定的节油目的。

6.参考文献

[1]车舟,林树彪.微油点火在燃用贫煤锅炉上的试验研究.山西电力，2009年6月

[2]唐伟民.微油点火系统及运行注意事项

[3]霍东方.微油点火技术在燃用贫煤超临界锅炉上的应用，电力建设，2009年9月