600MW超临界机组新型微爆雾化油枪研发与应用

600MW超临界机组新型微爆雾化油枪研发与应用

宋振兴

（广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海，519050）

摘要：随着我国经济增长放缓，能源行业结构性调整以及电力行业改革不断深入，电网峰谷差不断增大，电网调度对火电机组参与深度调峰的需求逐年增加。广东珠海金湾发电有限公司3、4号600MW超临界机组频繁的启停调峰，点火油枪的好坏直接影响着机组启动时间及锅炉点火助燃用油量。因此对于燃煤机组长期参与深度调峰的现实情况而言，提升锅炉点火油枪的性能及稳定性迫在眉睫。

关键词：600MW超临界机组；点火油枪；深度调峰

前言

金湾发电公司#3、4机组运行已超10年，锅炉点火油枪性能及稳定性下降明显，已经很难满足机组快速启动过程中的点火要求。具体表现为：启机过程中反复出现油枪点不着火或者熄火，点火助燃用油消耗大的问题。

经深入排查发现，此问题根源在于：（1）金湾发电公司机组属于供热联产机组，部分对外供热由辅助蒸汽提供导致辅汽温度和过热度均下降明显（温度由原设计320℃降至260℃，过热度从50℃降至28℃），而油枪雾化蒸汽取自辅助蒸汽，导致雾化蒸汽雾化能降低，雾化效果变差；（2）雾化蒸汽管路设计存在缺陷，管路疏水效果差，机组停运后雾化蒸汽冷凝，导致蒸汽管道和油枪软管积水严重，锅炉点火时蒸汽带水温度低，轻油雾化效果差，油枪点不着火或者熄火。因此对锅炉燃烧器油枪雾化性能提升势在必行。

1.油枪雾化方式及管道设计布置存在的缺陷

金湾发电公司#3、4机组油枪雾化方式及管道设计布置主要存在四个方面的缺陷：（1）轻油管道和蒸汽管道现场布置不合理。轻油管道和蒸汽管道分别通过两根长度约1.5米的金属软管与油枪卡扣式连接，油枪在投入和退出的过程中，金属软管中间始终呈宽度约50cm的U型弯，导致油枪冷却后蒸汽冷凝水滞留于金属软管内。另外蒸汽管道和轻油管道水平段与油枪连接段存在1.5米的高度差，管道长度约2.5m，现场没有安装疏水装置，雾化蒸汽冷却后管道就成为储水容器，导致油枪点火时蒸汽带水，必然降低点火成功率；（2）由于雾化蒸汽采用的是辅助蒸汽，压力受限以及管路长、阻力大，不足以将轻油完全雾化，点火效果差，点火次数增加自然会增加轻油消耗，而且未燃烧的轻油进入炉膛附着在燃烧器附近，容易烧坏燃烧器；（3）为了提高雾化效果，机组启动时运行人员不得不提高轻油流量和压力，同时提高雾化蒸汽压力和流量，轻油和蒸汽消耗量均增加；（4）辅助蒸汽作为雾化介质，不仅存在压力高、温度高、管材材质要求高的“三高”问题，而且存在管道易腐蚀、阀门易泄漏的问题，管路系统安全性降低[1-4]。

2.新型微爆雾化油枪替换及管路改造

金湾发电公司提出了锅炉新型微爆雾化油枪替换及管路改造技术方案，并分别于2019年、2020年利用大修机会对#3、4锅炉予以实施，取得了非常理想的效果。具体方案分两步：

(1)充分结合点火助燃油（轻油）油质特性及锅炉燃烧特点，亲自参与研发出新型微爆雾化油枪，以替换原有蒸汽雾化油枪，实现油枪本身技术上的革新。新型微爆雾化油枪使用公司已有压缩空气作为雾化介质，将压缩空气低速注入到油枪喷嘴出口上游的油流中，形成气泡流，气泡运动至喷嘴出口爆破形成液滴。由于气泡的表面膜远小于液柱或液膜厚度，雾化所需能量较小，雾化的粒度也很细。微爆雾化最有效地利用了雾化气的能量，实现了最佳的雾化效果。新型微爆雾化喷嘴的雾化机理并不完全靠气泡与点火助燃油的压差来爆破雾化，气泡与环境间的相对阻力也起非常重要的作用[5]。微爆气泡的爆破主要靠克服助燃油的表面张力，因而新型微爆雾化油枪的雾化机理与原有蒸汽雾化油枪的雾化机理相比产生了质的变化[6]。新型微爆雾化油枪如图所示：

图1 新型微爆雾化油枪

(2)根据现场实际情况，秉持最大程度利旧原则，现场阀门及部分管道利旧，将原用油枪的雾化蒸汽管道改接到仪用压缩空气管道中，原蒸汽管道拆除或堵头封死[7]。油枪及管路布置图分别如图2、3所示：

图2蒸汽雾化油枪及管路布置图

图3新型微爆雾化油枪及管路布置图

经反复试运及检测，新型微爆雾化油枪主要有以下优点：

(1)轻油雾化粒度明显减小（SMD≤40um），较蒸汽雾化时轻油雾化粒度平均下降5um, 雾化粒度减小，轻油着火所需能量随之降低，更利于燃烧。同时轻油雾滴尺寸分布更加均匀（尺寸分布指数>2）；

(2)新型雾化油枪雾化效果几乎不受燃油粘度的影响，粘度的使用范围<70°E。蒸汽雾化时燃油雾化效果受轻油粘度影响较明显，粘度大时，轻油流动性减弱，雾化效果下降；

(3)新型微爆雾化油枪内部结构独特，喷嘴的油孔尺寸和气孔尺寸均较大，因而喷嘴不易堵塞、结焦[8]。而蒸汽雾化油枪因为油孔及气孔尺寸小，雾化效果差，导致喷嘴经常堵塞严重，进一步降低点火成功率；

(4)雾化耗气量少，一般情况压缩空气耗量在10%~25%，较蒸汽耗量更少；

(5)新型微爆雾化油枪点火时火焰刚性强、火焰喷射速度高，抗风干扰能力强（抗风干扰能力可达60m/s），有利于提高点火成功率；

(6)新型微爆雾化油枪燃烧更完全，燃烧效率在99.5%以上，燃烧产物中污染物少，低于国家环保局规定的各项指标；

(7)据跟踪测算，微爆雾化轻油耗量明显下降，燃烧轻油的平均节油率在10%以上；

(8)新型微爆雾化油枪应用后，轻油管道压力降至0.8~1.0Mpa，压缩空气压力仅为 0.6~0.8Mpa，常温即可使用[9]。管道压力明显降低，不仅降低了轻油泵出力，节省电耗，而且提高了系统安全性。

3.新型微爆雾化油枪应用总结

本项目针对金湾发电公司600MW超临界机组锅炉点火频繁出现点不着火或熄火的，锅炉点火助燃油消耗量大的问题，对锅炉点火雾化油枪进行研究，开发了新型微爆雾化油枪，取得了显著效果。

(1)自主参与研发新型微爆雾化油枪，实现了油枪雾化技术上的重大革新，新技术获得了成功应用。

(2)彻底解决了辅助蒸汽作为雾化介质，存在压力高、温度高、管材材质要求高的“三高”问题以及管道易腐蚀、阀门易泄漏的问题，安全性大大提高。

(3)充分利用现有设备，实现新技术高效利用的同时大大降低改造成本。。

4.结束语

目前金湾发电公司#3、4锅炉AB层4个角都已完成新型微爆雾化油枪应用及管路改造。根据现在运行情况来看，两台锅炉油枪改造取得了非常好的应用效果，主要表现为：(1)在保证锅炉点火成功率的同时，缩短了点火时间（如表1，实测数据），有利于锅炉快速启动；（2）点火成功率提高大大降低了点火用轻油，降低公司点火成本；（3）点火重复次数明显减少，对点火设备的损害降低，延长了设备使用寿命；（4）用新型微爆雾化取代辅助蒸汽雾化，大大降低了安全风险，更安全、更高效。

表1 新型微爆雾化油枪替换及管路改造前后锅炉点火情况对照表

据估算新型微爆雾化油枪应用及管路改造后，机组每次启动时，锅炉点火最少可降低0.77t轻油，大大降低了金湾发电公司的发电成本。

参考文献

[1]王魁.微爆雾化油枪在铜冶炼上的应用[J].工艺与设备,2015(09)215.

[2]艾达高.气化微油点火技术在600mw机组上的应用[J].低碳技术,1996(04).

[3]石永智.600mw火电机组w型锅炉小油枪改造[J].黑龙江电力,1997(02).

[4]王琦.富氧燃烧点火技术在600MW超临界锅炉应用[J].能源与动力工程,2013.

[5] 王魁,刘彬.微爆雾化油枪在铜冶炼上的应用[J].大科技, 2015, 000(009):210.

[6] 李华月,周金星,刘辉.一种空气雾化油枪在350MW超临界循环流化床机组的运用与研究[J].自动化应用, 2021(006):000.

[7] 王丰.600MW超临界燃煤机组深度调峰技术研究与实际应用[C]//全国火电机组灵活性改造技术交流研讨会.2018.

[8] 谢霆.国内首例600MW超临界煤电机组与分布式光伏系统联合发电技术研究应用[C]//燃煤电厂节能减排升级与改造先进技术经验交流研讨会.2015.

[9] 梁正川,任礼刚.600MW机组"W"型火焰锅炉小油枪节能改造技术应用[J].电力设备管理, 2017(9):4.

作者简介：宋振兴(1985.5-)，汉族，本科，工程师，研究方向为电力运行技术。