1炉小油点火改造方案.docx
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1炉小油点火改造方案
大唐长春第二热电有限责任公司
小油量气化燃烧直接点燃煤粉系统
改造设计方案
哈尔滨龙燃电力新技术有限公司
二OO五年四月二十四日
1前言
采用小油量气化燃烧直接点燃煤粉技术，可实现机组启停、低负荷稳燃，节油率95%，运行费用为燃油费用的20%左右，具有初投资少、煤种适应性广、运行稳定、系统简单、操作方便等优点。
该项技术2001年6月建立试验台进行试验，2002年9月在哈尔滨热电有限责任公司成功完成工业性应用试验，在该厂#5锅炉#2、#3、#5燃烧器上安装了三只小油量气化燃烧直接点燃煤粉燃烧器，并配备了完整的PLC控制系统，实现了锅炉由冷态点火、到汽机定速并列、直至锅炉脱油运行，全过程耗油仅200kg，达到节油的目的，该系统运行过程中燃烧稳定，燃烧器无结焦现象。
该项技术于2003年1月18日通过黑龙江省科技厅组织的技术鉴定，同时获得了黑龙江省科技进步二等奖。
2003年8月通过黑龙江省经济贸易委员会组织的节能产品认证。
目前，该技术已在12MW~200MW十余台机组获得成功应用。
受大唐长春第二热电有限公司委托，由哈尔滨龙燃电力新技术有限公司对该厂#1锅炉（670t/h）进行小油量气化燃烧直接点燃煤粉系统方案设计，根据现场实际情况,将四套小油量气化燃烧直接点燃煤粉燃烧器安装在下一次风位置，取代原有的主燃烧器，作为点火燃烧器和主燃烧器使用,可满足锅炉启、停或低负荷稳燃的要求。
2小油量气化燃烧直接点燃煤粉技术工作原理
2.1小油量气化燃烧器原理
小油量气化燃烧器的工作原理是：
先利用压缩空气的高速射流将燃料油直接击碎，雾化成超细油滴进行燃烧，同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热，扩容，后期加热，在极短的时间内完成油滴的蒸发气化，使油枪在正常燃烧过程中直接燃烧气体燃料，从而大大提高燃烧效率及火焰温度。
气化燃烧后的火焰（见图）刚性极强、其传播速度极快超过声速、火焰呈完全透明状（根部为蓝色，中间及尾部为透明白色），火焰中心温度高达1500～2000℃，可作为高温火核在煤粉燃烧器内进行直接点燃煤粉燃烧，从而实现电站锅炉启动、停止以及低负荷稳燃。
压缩空气主要用于点火时实现燃油雾化、正常燃烧时加速燃油气化及补充前期燃烧需要的氧量；高压风主要用于补充后期加速燃烧所需的氧量。
气化燃烧器火焰状况
2.2直接点燃煤粉工作原理
工作原理是小油量气化油枪燃烧形成的火焰，在煤粉燃烧器内形成温度梯度极大的局部高温火核，使进入一次室的浓相煤粉通过气化燃烧火核时，煤粉颗粒温度急剧升高、破裂粉碎，并释放出大量的挥发份迅速着火燃烧，然后由已着火燃烧的浓相煤粉在二次室内与稀相煤粉混合并点燃稀相煤粉，实现了煤粉的分级燃烧，燃烧能量逐级放大，达到点火并加速煤粉燃烧的目的，大大减少煤粉燃烧所需引燃能量，满足了锅炉启、停及低负荷稳燃的需求。
周界冷却二次风主要用于保护喷口安全，防止结焦烧损及补充后期燃烧所需氧量。
2.3主要技术参数
油压：
0.6～0.8MPa；
单只油枪出力：
≤25kg/h；
压缩空气压力：
0.3～0.4MPa；
压缩空气流量：
1.0Nm3/min左右；
气化油枪燃烧火焰中心温度：
1500～2000℃；
送粉及燃烧系统：
一次风风速：
22～28m/s；
可点燃煤粉量3～7t/h；
一次风风温：
正常点火期间厂房内空气温度。
3电厂设备及技术参数概况
大唐长春第二热电有限责任公司2号锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG－670/140－YM14型自然循环固态排渣煤粉炉，设计煤种为烟煤，燃烧系统采用直流燃烧器切圆燃烧方式，油燃烧器布置在最下层二次风口内，共计四油燃烧器。
制粉系统为钢球磨中储式乏气送粉系统。
机组于1990年投产。
3.1锅炉主要技术参数：
锅炉型号：
HG－670/140－YM14型；
锅炉结构形式：
超高压、一次中间再热、单汽包自然循环、平衡通风、固态排渣煤粉炉，采用乏气送粉；
额定蒸发量：
670t/h；
额定蒸汽压力：
13.73MPa；
额定蒸汽温度：
540℃；
再热蒸汽量：
559t/h；
再热蒸汽进出口压力：
2.32/2.13Mpa；
再热蒸汽进出口温度：
311/540℃；
给水温度：
249.5℃；
排烟温度：
144℃；
锅炉保证效率：
90.91%；
引风机型号：
Y4-73№.29.1/2F（压头4030Pa，出力638000m3/h）；
送风机型号：
G4-73-13№28D（压头6530Pa，出力400000m3/h）；
排粉机型号：
M6-31№.18.6D（压头11000Pa，出力100000m3/h）；
3.2煤质及灰份分析
表1：
煤质及灰份分析
序号
名称
符号
单位
设计煤种
设计煤质情况
1
应用基碳
Car
％
47.15
2
应用基氢
Har
％
3.36
3
应用基氧
Oar
％
8.64
4
应用基氮
Nar
％
0.76
5
应用基硫
Sar
%
0.66
6
应用基灰份
Aar
％
26.29
7
应用基水分
War
％
13.14
8
可燃基挥发份
Ｖr
％
39.79
9
低位发热量
Ｑar.ent.p
kJ/kg
17610
10
灰熔点t1
t1
℃
1150
11
t2
℃
1210
12
t3
℃
1280
4小油量气化燃烧直接点燃煤粉系统改造方案
小油量气化燃烧直接点煤粉燃烧系统由点火系统、煤粉燃烧系统、控制系统三大部分组成。
点火系统由小油量气化油枪、燃油系统、压缩空气系统等组成；煤粉燃烧系统由煤粉浓缩环、点火煤粉燃烧器、周界风冷却系统等组成；控制系统由DCS系统和就地控制箱、火焰电视监视系统等组成，对点火系统和送粉系统进行控制，保证锅炉安全、稳定、可靠运行。
4.1煤粉燃烧器煤粉量计算
按锅炉原安装的单支点火油枪的出力为1593kg/h，计算出折合煤粉量（柴油的低位发热量Qar.ent.p=37620kj/kg，煤的低位发热量Qar.ent.p=17610kj/kg）：
=4254kg/h
即单只点火煤粉燃烧器的热功率与单支油枪的热功率相同时，燃烧器的煤粉出力为4254kg/h。
一次风管直径与风速及煤粉浓度的关系式如下：
式中：
D—管道直径，m；ρ—气流密度，kg/m3；W—气流速度，m/s；T—给粉量，t/h；μ—煤粉浓度，kg/kg。
风粉混合温度取20C（气流密度ρ=1.205kg/m3）、给粉量为4254kg/h、一次风速为20m/s、一次风管直径为0.51m（内径）的前提下，则一次风煤粉浓度为0.24kg/kg，煤粉浓度偏低。
当单只点火煤粉燃烧器的热功率与1.5支油枪的热功率相同时，燃烧器的煤粉出力为6381kg/h,一次风煤粉浓度为0.36kg/kg，能够满足煤粉着火要求。
小油量气化燃烧直接点燃煤粉燃烧器，在运行中需要将高浓度煤粉送入一次燃烧室才能保证煤粉稳定燃烧，而一次风管径偏大为Ф530×10，一次风煤粉浓度在点火初期略显偏低，因此需要在一次风管道中安装煤粉浓缩器，提高进入一次燃烧室的煤粉浓度。
根据点火煤粉燃烧器的热功率和一次风管尺寸，经过计算煤粉燃烧器应为φ594×1800，可以满足锅炉点火和低负荷稳燃的要求。
4.2小油量气化油枪压缩空气量计算
考虑煤种适应性，选择小油量气化油枪出力为35-40kg/h。
点火煤粉燃烧器出力约为3-7t/h。
柴油的理论空气量：
单只小油量气化油枪的耗油量为35-40kg/h，燃油完全燃烧所需空气量为346-396Nm3/h，则四只油枪完全燃烧所需空气量为1384-1584Nm3/h。
根据燃油燃烧所需要的空气量并结合试验台试验数据，四只小油量气化油枪完全燃烧所需的压缩空气量为600Nm3/h；其余部分风量靠自然通风补充。
4.3点火系统
4.3.1小油量气化油枪
由进油管、蒸发管、储油罐、喷嘴、进气管及点火装置（高压自动点火）等组成，油压：
0.6～0.8Mpa；出力：
35～40kg/h。
4.3.2燃油系统
利用原有的油系统，接一根φ22×3的不锈钢管作为来油母管，并在来油母管上安装来油总门（截止阀DN15、PN10.0）、并列安装两只油过滤器及出入口门（截止阀DN15、PN10.0），同时由母管向四角点火燃烧器处引分支管φ22×3，在每角的分支管道上安装电动球阀（DN15、PN4.0）、电动球阀出入口阀（球阀DN15、PN6.4）及旁路阀（球阀DN15、PN6.4）、油过滤器、减压孔板等构成供油系统（见油、气系统图）。
安装要求：
a、油管道安装按照相关规程进行施工；
b、管道安装前进行清扫，保证管内干净、无杂质；
c、所有焊口打好坡口，均采用氩弧焊；
d、系统安装结束后要进行打压（最高压力4.0MPa）及彻底吹扫干净（吹扫介质采用蒸气＋压缩空气），方可与油枪连接；
4.3.3压缩空气系统
利用原压缩空气系统，接一根φ32×3的钢管作为来压缩空气母管，并在压缩空气母管上安装总门（截止阀DN25、PN4.0），同时由母管向四角点火燃烧器处引分支管φ22×3，在每角的分支管道上安装电磁阀、电磁阀出入口阀（针形阀DN10、PN4.0）及旁路阀（针形阀DN10、PN4.0）等构成压缩空气系统（见油、气系统图）。
在就近的压缩空气母管上取气源，要求含水量低，达到仪表气源标准；在气源最低点处安装低点放水，以便于排出压缩空气管道中的水分。
安装要求：
a、空气管道安装按照相关规程进行施工；
b、管道安装前应进行清扫，保证管内干净、无杂质；
c、所有焊口打好坡口，均采用氩弧焊；
d、系统安装结束后要进行彻底吹扫干净，方可与油枪连接；
e、水平管道要求有一定坡度，保证系统水分流到低点，通过低点放水排出；
4.4煤粉燃烧系统
由煤粉浓缩器、一燃烧次室、二次燃烧室、周界冷却风等组成。
根据现场的实际情况，本次改造采用四套φ594×1800小油量气化燃烧直接点燃煤粉燃烧器，安装在下层一次风喷口处，取代原有的煤粉燃烧器，作为点火燃烧器和主燃烧器使用。
采用此方案需对原有系统进行如下改造：
a、将原有的直流煤粉燃烧器喷口拆除，安装小油量气化燃烧直接点燃煤粉燃烧器，新装的煤粉燃烧器的标高和安装角度与原一次风喷口相同。
b、小油量气化燃烧直接点燃煤粉燃烧器周界风口（φ273×5mm）与原一次风喷口的周界风道联接。
c、在弯头后300mm处的一次风管道内安装煤粉浓缩器。
4.5控制系统
小油量气化燃烧直接点燃煤粉燃烧系统的监测与控制系统，用于实现小油量气化燃烧直接点燃煤粉过程的启停控制与过程参数（压力、温度等）的数据采集与监测，实现炉膛和设备安全保护与联锁，确保系统安全运行。
4.5.1系统构成
根据电厂实际情况，小油量气化燃烧直接点燃煤粉监测控制系统进入DCS控制系统，由DCS控制系统实现对小油量气化燃烧直接点燃煤粉系统进行监测、控制。
在点火燃烧器所在角安装就地点火控制箱、燃油电动球阀、压缩空气电磁阀、油压力变送器、压缩空气压力变送器、、火检探头、高压自动点火装置以及相应电缆和压力表组成。
4.5.2系统安装
a、就地点火控制箱
采用壁挂式安装,可安装在小油枪所在角附近,干燥、通风、温度较低位置。
b、燃油电动球阀
燃油电动球阀应尽量安装在距离气化油枪较近位置,以减少阀后管路存油量。
c、压缩空气电磁阀
压缩空气电磁阀尽量安装在距离气化油枪较近位置。
d、变送器及压力表
尽量集中在合适位置，便于观察和维护，并保证取样要求。
e、火焰检测探头
火焰检测探头由小油量气化油枪自带，经油枪后部引出。
小油量点火系统的火焰检测系统，采用CDs光敏电阻,用于点火及运行过程中的火焰监视与联锁保护。
系统由安装在气化油枪上的光敏电阻检测火焰光强度变化，随之电阻阻值发生变化，通过测量模块测量电阻值，当阻值达到预先设定阈值时，给出有火／灭火开关量闭合／断开接点信号，经DCS测量此开关量信号，获得有火或灭火信息，送显示和进行相应逻辑控制和保护。
4.5.3控制逻辑
4.5.3.1点火启动逻辑
点火器启动允许条件：
a油压正常，大于0.5MPa；
b压缩空气压力正常,大于0.45MPa；
c无MFT。
满足启动允许条件，可以接通高压点火器点火。
高压电子点火器启动停止逻辑
给粉机允许启动条件：
小油量气化油枪火焰证实；
高压电子点火器启动停止：
启动后30秒自动停止运行，时间可在0—60秒内任意调整；也可以手动停止。
4.5.3.2灭火保护
当MFT发生时，控制系统自动关闭燃油电动球阀、跳相应给粉机，并闭锁点火器启动和燃油电动球阀操作。
4.5.3.3跳闸逻辑
当启动点火和燃烧过程中由小油量气化油枪上的火检探头检测到灭火时，控制系统自动关闭燃油电动球阀、跳相应给粉机。
当启动点火和燃烧过程中由于运行参数不满足且延时时间到不能恢复，则控制系统自动关闭燃油电动球阀、跳相应给粉机。
当在DCS系统里人为关闭燃油电动球阀时，不跳相应给粉机。
控制、监测、保护系统逻辑图和就地控制箱逻辑图见附图。
4.5.4图像火检系统
图象火检系统由四个带CCD摄象机火检探头组成，其视频信号通过高温电缆送至集控室四画面分割器，经处理再送到工业电视，可同时监视四个小油量气化燃烧点火装置的火焰。
图象火检系统的探头冷却风源取自灭火保护系统的探头冷却风机。
4.5.5系统过程输入输出点配置
根据小油量点火控制系统的要求，需要配置的测点如下：
序号
测点名称
信号类型
数量
备注
1
压缩空气压力
AI
1
0-1.6MPa1点
0-2.5MPa4点
2
燃油压力
AI
4
3
压缩空气阀启停指令
DO
8
4
燃油电磁阀启停指令
DO
8
5
点火器启停指令
DO
8
6
火焰检测信号
DI
4
7
点火器运行状态
DI
4
8
电动球阀阀位状态
DI
8
9
允许就地操作
DI
1
5经济效益分析
由于没有安装输粉绞龙，因此锅炉启动前期必须使用大油枪进行前期点火，当热风温度达到制粉条件并开始制粉。
粉位达到一定程度后，可以用小油量气化燃烧直接点燃煤粉燃烧器替代大油枪。
根据经验，达到制粉条件，一般需要1.5小时左右，制粉并可以投粉需要40分钟。
燃油量为12吨左右。
5.1节油效益计算
2#锅炉进行小油量气化燃烧直接点燃煤粉燃烧技术改造后，采用该技术启、停锅炉按5次计算。
按原方式锅炉启动一次，平均为30吨，停炉一次平均耗油12吨；采用小油量气化燃烧直接点燃煤粉燃烧系统启动锅炉一次耗油总计350公斤，停炉150kg。
节油率：
（1-（12+0.35+0.15）/42）=70%
5.2综合经济效益计算
5.2.1锅炉每年启、停节约运行费用：
A、采用小油量气化燃烧直接点燃煤粉燃烧技术启、停一次总费用：
并
燃油费用：
启、停一次总耗油0.5+12=12.5吨
燃油价格（#0柴油）：
0.33万元/吨
燃油费用：
12.5×0.33=4.425万元
燃煤费用：
每次点火启动、停止平均总耗油量为42-12-0.5=29.5吨；其热负荷对应燃煤量（以试验期间入炉煤为计算依据）为：
55.12吨；
小油量点火期间平均燃烧效率为：
90%
则每次点火启动、停止共需要的燃煤量为：
61.24吨
燃煤价格平均为：
200元/吨
燃煤费用为：
1.225万元
制粉厂用电费用：
钢球磨制粉平均单耗：
25kw.h/吨
对应燃煤量制粉消耗电能为：
25kw.h×87.1=2177kw.h
厂用电价格为：
0.15元/kw.h
制粉耗电费用为：
2177×0.15=0.0326万元
小油量气化燃烧直接点燃煤粉燃烧技术启、停一次总费用：
4.425+1.225+0.0326=5.683万元。
B、采用原方式（大油枪）方式启、停运行费用：
每次点火启动、停止平均总耗油量为42吨；
燃油单价：
0.33万元/吨
采用原方式（大油枪）方式启、停一次运行费用：
0.33×42=13.86万元
C、每启、停一次可节约运行费用：
13.86-5.683=8.18万元
D、每年节约运行费用计算
每年用于启、停节约的运行费用：
8.18×5=40.9万元。
5.2.2锅炉每年用于低负荷稳燃节约的运行费用
49.82万元（同上）
5.2.3每年用于机组启、停及低负荷稳燃节约的费用
40.9+49.82=90.72万元
通过分析该项目属于低投入高产出的节能项目,投资回报期不足一年。
6设备及材料
系统设备与材料明细表以及乙方供货范围
序号
名称
型号
单位
数量
备注
1、燃烧系统材料表
1
小油量气化油枪
套
4
乙方提供
2
煤粉燃烧器
套
4
乙方提供
3
油过滤器
200μm
台
2
乙方提供
4
双层过滤器
200μm
个
4
乙方提供
5
燃油截止阀
DN15,PN6.4
个
5
乙方提供
6
电动球阀
DN10,PN6.4
个
4
乙方提供
7
不锈钢球阀
DN10PN6.4
个
16
乙方提供
8
压缩空气截止阀
DN20,PN2.5
个
1
乙方提供
9
不锈钢针形阀
DN10,PN6.4
个
16
乙方提供
10
仪表针形阀
DN6,PN6.40
个
12
乙方提供
11
电磁阀
DN15,PN2.0,介质为空气
个
4
乙方提供
12
高压金属软管
L=2000mm,DN6,PN5.0
根
8
乙方提供
13
高压金属软管
L=2000mm,DN8,PN5.0
根
8
乙方提供
14
钢管
Ф22×3
米
乙方提供
Ф32×3
米
Ф12×2
米
15
表管
Ф12×2
米
50
2、运行参数测量系统材料表
1
压力表
0～1.0MPa
块
5
乙方提供
2
压力表
0～4.0MPa
块
1
3
压力表
0～2.5MPa
块
4
4
压力表变送器
0～1.6MPa
块
1
5
压力表变送器
0～2.5MPa
块
4
3、点火系统材料表
26
点火变压器
台
4
乙方提供
27
火检探头
支
4
28
高压电缆
米
100
5、火焰电视监视系统
1
火焰电视探头
套
4
乙方提供
2
火焰电视
台
1
3
四画面分割器
台
1
4
高温视频电缆
米
600
6、控制系统材料表
1
点火控制箱
600×400
个
4
乙方提供
2
电缆（控制、动力等）
7结论
7.1安全稳定可靠。
从控制逻辑以及运行方式来看，该技术具备安全、稳定可靠的特点，这一点在应用的许多实例中得到证实。
7.2节油效果明显。
采用该技术进行冷态启动200MW机组，一次总耗油仅为600-800kg；其节油率在95%以上。
7.3经济效益显著。
扣除启、停及低负荷稳燃期间点火系统的燃煤、燃油等费用，其综合节能效益可达80%以上。
7.4系统简单，稳定可靠性好，可长时间运行，操作方便，维护量小。
7.5没有特殊系统，便于检修、运行人员在极短时间内掌握，同时也利于设备管理。
7.6由于燃油实现气化燃烧，燃油量极少，不会对电除尘电极污染，因此采用该技术后，机组启、停及低负荷稳燃期间可投入电除尘，有益于环保。
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