小油枪点火技术在燃用低挥发份煤超临界锅炉中的应用及问题分析

张志俊，车 刚

（1.国电聊城发电有限公司，山东 聊城 252033；2.山东电力研究院，山东 济南 250002）

0 引言

火力发电厂煤粉锅炉在基建吹管、试运期间以及投产后的启动和低负荷稳燃期间要耗用大量的燃油。随着电力市场的开放，峰谷差的加大使得机组频繁启停调峰或处于低负荷工况下运行，用油量进一步增加。因此以煤代油，节约煤粉锅炉启动和低负荷助燃用油是电力行业实施节约和替代石油工程的一个重要途径。

国电聊城发电有限公司2×600 MW机组的锅炉为东方锅炉（集团）股份有限公司生产的超临界、对冲燃烧、单炉膛、一次中间再热、变压直流炉。为了节约燃油，该工程采用了烟台海融电力技术有限公司设计制造的小油枪点火燃烧器。目前，两台机组已完成试运工作，小油枪燃烧器运行可靠，节油效果明显，实现了小油枪点火技术在燃用低挥发份煤超临界锅炉中的成功应用。

1 小油枪点火及稳燃技术的原理

1.1 小油枪点火原理

小油枪煤粉直接点火是利用强化燃烧技术使燃油充分燃烧，很小的燃油量（根据燃用煤种不同，着火温度不同，燃油量可在50～300 kg/h之间）就可获得一个刚性较强、温度较高的稳定火炬，当煤粉通过火炬时很快受热，并使煤粉颗粒破裂粉碎，迅速被点燃。根据分级燃烧的原理，使煤粉在点火初期就尽可能充分燃烧，达到煤粉锅炉点火启动和低负荷稳燃目的。

1.2 油的强化燃烧技术

高强度油燃烧器利用提高空气气流速度、使气流旋转加强扰动以及深度补氧等措施加强混合。独特的燃烧器结构使燃油在着火前、着火过程中及燃烧后期都有氧气补充进去并强烈混合，燃料在燃烧筒内进行富氧燃烧，使燃烧更充分，火焰刚性强、温度高，给点燃煤粉创造了有利条件。

1.3 煤粉燃烧机理

煤粉燃烧室由一级、二级（及三级）燃烧室组成，燃烧器入口煤粉通过高浓缩比流线型煤粉浓缩器后进入第一级燃烧室，当煤粉颗粒进入高温油火焰时，因受到迅速加热而膨胀破碎，大大降低了煤粉着火所需的能量，并迅速发生着火。着火的煤粉不断放出热量，从而引燃第二级（及第三级）燃烧室煤粉。其意义在于应用多级放大的原理，使系统的风粉浓度、气流速度处于一个十分有利于点火的工况条件，从而完成一个持续稳定的点火、燃烧过程。

由于采用高强度燃烧室、煤粉浓缩装置、多级放大等原理，使微量的油即可点燃大量的煤粉，从而实现少油点火的功能。

1.4 小油枪点火技术稳燃工作原理［1］

采用浓淡燃烧方式已经使煤粉在着火区域形成了高浓度、高温度、易着火的有利条件。投入小油枪后，轻油的烃类挥发使得煤粉着火区域的挥发份浓度和还原性气氛有了显著提高，着火热降低，火焰传播速度加快，更有利于着火和稳燃。

煤粉中的挥发份在较低的截面热负荷下易造成析出不稳定，使得着火初期发生脉动性燃烧，随着时间的延续，使燃烧恶化。小油枪的投入，为煤粉燃烧提供了较为稳定、充足的可燃气体，消除了燃烧脉动现象。在更低负荷需要投油稳燃时，通过气化小油枪的燃烧热以提供煤粉着火区所需的局部高温、高热源着火条件，并且遏制煤粉着火随负荷降低而产生的波动，保证了煤粉出口的着火稳燃要求，形成一种稳定的热源，从而实现整个炉膛煤粉稳燃要求的良性燃烧循环。

2 锅炉设备概况

本机组锅炉设计煤种为70%阳泉无烟煤与30%新源贫瘦煤的混煤，可燃基挥发份为11.24%。

锅炉为东方锅炉（集团）股份有限公司生产的超临界参数变压直流炉，单炉膛、一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。

制粉系统采用双进双出磨煤机并配置动态分离器直吹式制粉系统，每炉配6台磨煤机。燃烧方式采用前后墙对冲，设6层煤粉燃烧器，前、后墙各3层，每层4只共24只。

煤粉燃烧器采用双调风低NOx旋流煤粉燃烧器，燃烧风被分为三股：直流一次风、旋流二次风和旋流三次风。直流一次风粉刚性较好，旋流助燃风有利于燃料与空气的充分混合，通过调节可以获得较好的燃烧特性。

锅炉共有油枪24支，采用压缩空气雾化，油枪出力从0.3 t/h至1.5 t/h可调，每炉油枪的最大出力约36 t/h。

3 小油枪点火系统改造方案

小油枪点火系统采用的强化小油枪点火及稳燃技术主要由小油枪点火煤粉燃烧器、小油枪、炉前油系统、助燃风系统、冷炉制粉系统和热工监控系统组成。

3.1 小油枪点火煤粉燃烧器

小油枪点火燃烧器由油燃烧器、中心筒一级燃烧室、内套筒二级燃烧室，外套筒等部分组成。中心筒一级燃烧室：引入浓缩后的含粉气流，高温油火焰与煤粉在此发生强烈的化学反应，煤粉裂解，产生大量挥发分并被点燃；内套筒二级燃烧室：挥发分及煤粉继续燃烧，并将后续引入的煤粉点燃，实现分级燃烧；外套筒：利用高速含粉气流冷却二级燃烧室，同时将部分煤粉推入炉膛燃烧。

根据本项目锅炉的实际情况，将E磨煤机对应的锅炉前墙下排四只燃烧器改造为兼有少油点火功能的主燃烧器，设计院原设计的一次风、二次风管路系统及布置不变。

拆除原燃烧器的一次风筒部分及一次风管弯头，替换为特制的可实现分级点火的小油枪点火燃烧器，保留原燃烧器喷口不变，且不改变任何现有二次风系统及布置,保持其旋流特性。小油枪点火燃烧器自带直角弯头，弯头带煤粉浓缩机构且内衬耐磨材料。进粉方式为直流方式并采用多级燃烧,每级燃烧筒之间的一次风粉具有气膜冷却作用,使燃烧器不易超温结焦。

小油枪沿燃烧器中心轴向插入，与一次风同向，且处于一次风中心，真正形成了粉包火。中心浓煤粉先着火，在煤粉通过燃烧器向炉内流动过程中，逐步引燃四周煤粉，可以有效保证小油枪点火燃烧器四壁温度在400℃左右，解决了燃烧器中心筒超温结渣导致烧损的问题，提高了煤粉燃尽度。在锅炉点火和稳燃期间，该燃烧器具有点火和稳燃功能，在锅炉正常运行时，该燃烧器具有主燃烧器功能，不影响锅炉整体性能。

3.2 小油枪燃油及压缩空气系统

小油枪采用空气雾化方式，压缩空气取自现场压缩空气管道。小油枪供油母管从原炉前燃油母管引出，加装调节阀、压力变送器、过滤器，在每支小油枪供油分支管路上安装手动截止阀、气动开关阀、过滤器、逆止阀及压力表组件等，再接到小油枪供油接口上。每支油枪的油压控制在0.6～1.5 MPa，压缩空气压力为0.5～0.6 MPa。油枪吹扫管路系统从压缩空气系统引一路油枪吹扫系统，油枪退出时自动吹扫，避免油枪在停止使用时出现油枪内积油碳化堵塞油枪现象。

3.3 助燃风系统

小油枪助燃风直接取自一次风机出口冷风管道，母管设置手动总门，分四路至每只小油枪点火燃烧器，在每路单独加装电动风门，以方便调整助燃风参数，确保油燃烧效果达到最佳。助燃风风压＞4 kPa，单只油燃烧器最大风量约3 000 m3/h。

3.4 冷炉制粉系统

为了使小油枪点火系统能够实现冷态启炉,在E磨煤机入口前的热一次风母管旁路上安装蒸汽暖风器，利用辅助蒸汽对E磨入口一次风进行加热，以实现冷炉制粉。

3.5 控制与检测系统

控制与检测系统主要包括小油枪点火控制系统、图像火焰监视系统、一次风速在线监测系统、燃烧器壁温监测系统等。

小油枪可实现就地和远方控制点火，远方采用就地柜硬接线方式进DCS系统。为了判断小油枪着火情况，为每支小油枪燃烧器配可见光火检一支，采用开关量信号接入DCS。每台燃烧器上装有两路热电偶，一路安装在煤粉燃烧器的中心筒上，另一路安装在燃烧器喷口附近，温度信号通过补偿导线接入DCS。

图像火焰监视系统由图像监视探头（CCD）、视频复合电缆、四画面分割器及探头冷却风构成，用于监视小油枪点燃的煤粉火焰。为防止监视探头因炉膛高温损坏，从火检冷却风系统接入冷却风。

4 “少油点火模式”下的联锁保护

为保证机组的安全及小油枪点火系统的正常运行，对E磨煤机和FSSS保护逻辑进行了相应修改：

（1）E层各油火检有火信号改为小油枪的可见光油火检有火信号并参与FSSS保护。

（2）E磨煤机增加“少油点火模式”及“正常运行模式”。在机组启动过程中，当机组负荷大于50%时，E磨煤机由 “少油点火模式”自动切换至“正常运行模式”，或者由运行人员根据锅炉燃烧的具体情况手动切换。

（3）在“少油点火模式”下，任意两支小油枪灭火，E磨煤机跳闸。如需手动停运E磨油枪，则必须先将“少油点火模式”切换至“正常运行模式”。

（4）在“少油点火模式”下，若1支油枪灭火，则关闭油角阀、雾化阀，并联关该燃烧器对应的磨煤机分离器出口煤粉关断门。

（5）RB发生时，“RB投小油枪”联锁投入。若E磨处于停运状态，则小油枪不投入；若E磨正在运行，则投入小油枪助燃，4支油枪联动投入，每只油枪的投入时间差为5～10 s，以防止炉膛爆燃和同时投入油枪太多，影响油压的稳定。

（6）小油枪顺控逻辑

顺控投小油枪时，开吹扫阀吹扫20 s后关吹扫阀，吹扫阀关到位后打开压缩空气雾化阀，进点火枪到位后开油角阀，点打火枪20 s后停止打火退点火枪，点火成功。若20 s后火检无火，则顺停油角阀、压缩空气雾化阀，开吹扫阀20 s，重新点火。

顺控停小油枪时，关油角阀、压缩空气雾化阀，油角阀关到位后，开吹扫阀吹扫20 s后关闭吹扫阀。

RB投小油枪时，不进行吹扫，直接进点火枪，开压缩空气雾化阀、油阀进行点火。

5 小油枪点火系统的应用情况

目前小油枪点火系统在华能沁北发电厂二期600 MW超临界机组中应用情况良好，根据沁北的运行经验，对于燃烧可燃基挥发份在15%～17%之间的贫煤，小油枪点火系统燃烧情况较好，若可燃基挥发份再低时，燃烧情况就不很理想。本项目机组试运期间的燃煤与设计煤种有略微差异，实际燃煤的可燃基挥发份在13%左右，有时低于11%。

5.1 锅炉吹管阶段

虽然小油枪点火设置了冷炉制粉系统，具备直接采用小油枪进行冷炉投粉启动的功能，但考虑到小油枪点火系统目前尚未有燃烧可燃基挥发份在13%左右贫煤的成功经验，且从一期老厂接入的辅汽压力、温度低，小油枪点火暖风器投运后，担心无法达到所要求的暖磨一次风温140～150℃，所以锅炉首次点火时先启动后墙下层的四支点火油枪，对炉膛进行预热，提高炉膛温度，然后再启动小油枪点火系统点燃煤粉。

投运E层（前墙下层）燃烧器4只小油枪，维持油压1.5 MPa、压缩空气压力0.55 MPa、助燃风压3.5 kPa，启动E磨煤机，先将磨煤机容量风开至3～5%，逐步增大旁路风开度至30%左右，维持一次风管风速18～20 m/s，开始建立料位，待料位差压至700～800 Pa，维持给煤机给煤量在 25～30 t/h，逐渐关闭旁路风、开启容量风，维持一次风管风速，磨煤机分离器出口温度70℃左右，观察炉膛着火情况良好，燃烧器出口煤粉被引燃，火核火焰明亮。运行一个小时后，逐步加大给煤机给煤量30～40 t/h，维持一次风管风速在24～26 m/s，锅炉温升率保持在0.6～1℃／min之间，锅炉升压速率保持在0.035 MPa/min，满足规程升温升压要求。

机组吹管方式为稳压吹管，在吹管期间，三台磨煤机投入运行，中间点压力为5～6 MPa左右，温度在280℃～320℃左右,受补水能力限制，每次有效吹管时间在50～80分钟左右。自2008年11月28日开始点火至12月2日吹管完成共历时5天，吹管期间燃油耗量共计318 t。

在整套启动带负荷试运阶段，汽机冲转前，锅炉升压速率为0.074 MPa/min，锅炉升温速率为1.07℃／min，满足升温升压速率要求；机组并网后锅炉升压速率为0.041 MPa/min，锅炉升温速率为0.25℃／min，满足升温升压速率要求（机组并网后，锅炉最大升压速率<2.5 MPa/min，温度变化率限制在1.5℃／min）。机组负荷为50 MW时，投用第二套制粉系统对应的点火油枪，然后启动第二套制粉系统；机组负荷为200 MW时，锅炉燃烧情况良好，运行人员将E磨煤机由“少油点火模式”切换至“正常运行模式”，投用第三套制粉系统对应的点火油枪，启动第三套制粉系统；机组负荷为300 MW时，三套燃烧器燃烧稳定，逐步停运点火油枪，随着负荷的增加投入其它制粉系统。

6 小油枪点火技术在使用中需要注意的问题

6.1 小油枪参数调整

小油枪燃油压力在未投粉时油压调整到0.8～1.2 MPa左右，投粉后油压为：1.0～1.2 MPa；小油枪雾化空气压力调整0.55 MPa，允许范围在0.4～0.6 MPa之间，不允许超过0.6 MPa；助燃风压力调整到4 kPa；允许范围：3.5～4.5 kPa之间；锅炉冷态点火初期一次风管点火风速维持在18～20 m/s，待炉温升高后，提高一次风速至24～26 m/s。

6.2 小油枪点火稳定性

根据小油枪点火逻辑，在“少油点火模式”下，若1支油枪灭火，则关闭油角阀、雾化阀，并联关该燃烧器对应的磨煤机分离器出口煤粉关断门；任意两支小油枪灭火，E磨煤机跳闸，可见光油火检无火导致MFT。因此在“少油点火模式”下，如何减少甚至杜绝两个或以上小油枪同时灭火或失去火检是关键问题。在小油枪投运期间，若油压或气压出现波动时，偶尔会出现小油枪灭火，或者火焰强度低导致火检检测不到火焰。考虑到此时小油枪系统正常，只需要启动点火枪即可马上投运小油枪，因此对逻辑进行修改，在“少油点火模式”下，在小油枪投运期间，若油火检无火，不联关油角阀、雾化阀和对应分离器出口插板门，进点火枪点火10 s，点火10 s后仍检测不到火焰，顺停油角阀、雾化阀，联关对应分离器出口插板门，打开吹扫阀吹扫20 s。通过逻辑修改，增强了小油枪点火的稳定性，有效避免了火检瞬时波动或小油枪灭火引起的MFT。

6.3 停炉后小油枪内仍然有火

在空负荷调试结束停炉后，发现E1、E3小油枪内仍然有火。现场从小油枪燃烧器外窥式火检中发现燃烧器内部仍然有火焰燃烧。停炉后90 min，E1燃烧器喷口金属温度由130℃升至736℃，E3燃烧器喷口金属温度由135℃升至1013℃；随后E1燃烧器喷口金属温度下降至306℃，E3燃烧器喷口金属温度下降至326℃。现场将四支小油枪从燃烧器中抽出后发现E1、E3燃烧器内中心筒内部存在大量煤粉燃烧；E2燃烧器内部积少许煤粉，小油枪配风筒出口处粘有油粉混合物。打开E1、E3煤粉弯头发现煤粉弯头处存在积粉。另外，现场检查发现E1、E3燃烧器外侧法兰处有漏油油迹。

经分析判断，锅炉初次点火进行燃油泄漏试验时E1、E3油角阀内漏导致中心风筒内部积油，更换E层油角阀后燃油泄漏试验成功。E1、E3燃烧器中心风筒内积油后导致部分煤粉粘在中心风筒内且越积越多。另外，在试运期间多次发生MFT，MFT后不能进行燃油吹扫则油枪内的残油流到燃烧器内部；且MFT后煤粉管道也不能进行吹扫，整个煤粉管路积粉也会导致燃烧器中心风筒内积粉增多。停炉后中心风筒的煤粉自小油枪喷口处向煤粉管道弯头部位燃烧，就出现了停炉后小油枪燃烧器内仍然有火的现象，并且由于没有一次风冷却，燃烧器喷口金属温度很快升高。

小油枪点火燃烧器内部积油积粉后会增加燃烧器的阻力甚至堵塞燃烧器，如果燃烧器壁温升高，还将导致结焦现象，甚至会烧坏燃烧器。因此小油枪停运后，对小油枪点火系统进行彻底吹扫非常重要。

根据燃烧系统和制粉系统的特点，对小油枪停运逻辑进行修改，小油枪停运后对小油枪进行吹扫避免燃烧器内部积油、积粉，以保证设备安全。

顺控停小油枪时，关闭油角阀，保持压缩空气雾化阀，油角阀关到位后，开吹扫阀吹扫10分钟后关闭雾化阀、吹扫阀。

当锅炉负荷达到最低稳燃负荷后，由运行人员手动依次退出4只小油枪，一次风及助燃风正常投运。

当锅炉正常停炉时，将小油枪切换至“正常运行模式”，点燃后墙下层B燃烧器两只点火油枪，停E磨煤机，吹空磨煤机及煤粉管道，由运行人员手动依次退出4只小油枪，保持一次风及助燃风，对小油枪燃烧器吹扫10 min，确保残油被彻底吹扫干净，然后停运后墙下层两只油枪。

7 结束语

国电聊城发电有限公司小油枪点火燃烧器应用情况良好，实现了小油枪点火在燃用低挥发份煤超临界锅炉成功应用，为小油枪点火燃烧器点燃可燃基挥发份低于15%的贫煤提供了成功经验。自蒸汽吹管、汽机冲转、机组并网带负荷及满负荷阶段共耗油921.45 t，远远小于定额标准，经济效益可观。

（1）小油枪点火燃烧器点火初期，能够满足燃用低挥发份煤超临界直流锅炉升温升压曲线及着火特性。

（2）小油枪燃烧器结构和系统简单，在小油枪投运时，可作为点火或稳燃燃烧器使用；小油枪不投运时，作为正常的煤粉燃烧器使用。

（3）小油枪点火技术减少了锅炉在点火或稳燃阶段大油枪的投用数量和时间，从而达到了节油的目的。

［1］ 蒋周进，陈华安.1025 t／h锅炉气化小油枪点火及稳燃技术的应用与试验［J］.电力设备，2006，5.

［2］ 烟台海融电力技术有限公司.锅炉小油枪点火系统调试措施，2008.

［3］ 钱志永，孙建绿，周智华，毛晓飞，朱云鹏.气化小油枪燃烧器在 300 MW 机组中的应用［J］.江西电力，2006，1.