谈大型火电站锅炉节油技术

       摘要：介绍国内某大型电站锅炉在节约燃油方面所采取的措施，总结其中的经验，并分析该电站现有的节油潜力，提出今后节油工作的重点和方向。

       关键词：电站锅炉；节油；燃煤机组

　　在燃煤机组运行中，助燃油一般用于锅炉点火及运行稳燃。有关资料显示：2000年国内30万kW及60万kW机组冷态启动机组平均用油量分别为908.24t/台和451.62t/台，其年平均稳燃用油量分别为546.8t/台及359.8t/台。随着国际能源需求的迅猛增长，原油价格迅速上扬，挖掘燃煤机组节油潜力、节能降耗不仅有利于世界不可再生资源的综合有效利用，更是降低企业生产成本，增强自身市场竞争力的重要手段之一。

     1 国内某大型燃煤机组设备概述及其燃油消耗情况

　　机组额定负荷660MW，锅炉为德国产亚临界参数自然循环汽包炉，单炉膛，r型布置，一次中间再热，平衡通风，固态连续排渣。锅炉采用0号柴油点火助燃，配有24支蒸汽雾化油枪，单支油枪耗油量1.8~3.6t/h。锅炉燃烧系统按双进出磨煤机冷一次风机正压直吹式系统设计，在炉膛前墙、后墙上分别分三层布置有24只旋流式DS燃烧器，单支燃烧器的额定容量为83.7MW。煤粉和空气从前后墙送入，在炉膛中呈对冲燃烧（前后墙各3排垂直错列布置）。前、后墙燃烧器上布置有两层燃尽风喷嘴。

　　机组于2002年10月投产发电。投产初期，由于锅炉存在严重的炉膛结焦，运行不稳定，启停次数多。机组冷态启动一次需耗油260~300t，磨煤机启动停助燃每月需60~100t。仅2002年10~12月，机组共消耗0号柴油960t，按当时油价3000元/t计算，燃油成本288万元，在一定程度上影响了机组的经济效益。为此，电站技术人员深入研究主、辅机设备技术特点，深挖节油潜力，在降低助燃油方面采取了一系列技术措施。

      2 节油技术措施

       2．1 机组冷态启动节油

　　大型机组冷态启动过程是一个复杂的不稳定的传热、流动过程。由于冷态启动前锅炉、汽轮机各部件压力、温度接近环境压力、温度，锅炉升温升压、汽轮机暖缸、暖机需要一定的时间，检修后的机组冷态启动过程中，发电机和汽轮机需要做多项试验，锅炉只能维持在低参数状态下运行，需要消耗大量燃油。因此，研究设备特点，合理安排机组冷态启动步骤，尽量缩短启动时间，可以节约大量燃油。

　　（1）采用滑参数启动，机组充分利用低压、低温蒸汽均匀加热汽轮机转子和汽缸，减少了热应力和启动损失，锅炉过、再热器的冷却条件亦得到改善。由于锅炉、汽轮发电机同时启动，缩短了整机启动时间，减少了燃油消耗。

　　（2）汽包上水时，在汽包壁温差允许的情况下（该机组汽包壁温差要求任意两点不大于36℃），尽量提高除氧器给水温度，保证省煤器出口给水温度高于汽包壁温20~30℃，缩短汽包起压时间，利于机组节油。

　　（3）试运中，一度存在锅炉油枪冷态点火着火困难的问题，经常出现油枪点燃后燃烧不稳而灭火，不得不频繁点火，燃油消耗增加。经不断摸索，根据油枪投入时火焰形状及油烟颜色，找到了雾化蒸汽压力、二次风量、燃油压力、燃油温度的最佳匹配关系，控制燃油压力0.7~0.8MPa，雾化汽压力0.8Mpa左右，冬季提高燃油伴热温度，修改步序使中心风档板开启平缓，经这些调整使冷态油枪点火能够顺畅、稳定，同时减少了燃油不完全燃烧损失。

　　（4）该机组汽轮机中压转子预暖通过轴封漏气进行，中压转子中心温度达到54.4℃为合格，预暖需时4h左右。为了缩短中压转子预暖时间，技术人员将预暖时轴封蒸汽压力由0.03Mpa提高到0.04MPa，适当开启轴封疏水门以提高轴封蒸汽温度，适当提高凝汽器压力至15kpa以减少外界冷空气吸入，使中压转子预暖时间缩短到2h左右。

　　经实施以上措施，缩短了机组冷态启动的时间，冷态启动一次耗油量由原来的260t以上减少到130~150t。

       2．2 机组温、热态启动节油

　　机组温、热态启动节油措施主要是提前投入煤粉燃烧。在冷态启动中，由于锅炉维持低负荷时间较长，相应炉内燃烧强度及炉膛火焰温度均较低，投粉过早、粉量过多很容易造成炉膛燃烧不充分，使火焰中心上移，锅炉升压快，主汽温度、再热汽温难于控制；同时未燃尽煤粉积聚在空气预热器波纹板上，在一定条件下会产生二次燃烧，烧损空预器。因此，冷态启动投粉一般选择在发电机并网后、锅炉所产蒸汽已可经汽轮机泄放后进行，以利于汽压、汽温的控制。在机组温、热态启动中，根据汽温、汽压及汽轮机胀差情况，电站技术人员将启磨投粉时间提前到机组冲转前，投粉后即进行汽轮机冲转、发电机并网操作，既加快了机组代负荷速度，同时也节省了燃油。

      2．3 磨煤机节油

      2．3．1 磨煤机启动节油

　　该机组配置的双进双出一次风正压直吹式制粉系统是现代大型火电厂广泛采用的制粉系统，它适应了大型机组锅炉容量大、燃煤量大的需要，充分体现了双进双出球磨机出力大，磨内存粉量多、出力易于调节、系统简单灵活等一系列特点。但这种制粉系统也普遍存在磨煤机启动助燃油消耗大这一缺点。按照该机组磨煤机启动逻辑要求，为了保证燃烧的稳定、充分，启动磨煤机必须满足一定的火焰联锁条件。即使在锅炉稳定运行中，如需要启动磨谋机，仍需投入该磨煤机对应的燃烧器层或相邻层的部分或全部油枪，由油枪点燃煤粉燃烧器并为其助燃，直至煤粉燃烧器出力正常、燃烧稳定，才允许油枪退出运行。

　　在锅炉启动过程中，由于燃料量小、炉温低、燃烧不稳定，油枪对煤粉着火的支持是必须的，但锅炉稳定运行中，锅炉底层炉温已达1000℃以上，且锅炉配置了易于点火稳燃的低氮型DS旋流燃烧器，磨煤机启动时煤粉不需要油枪来点燃。经研究试验，在锅炉正常运行中，没有油枪助燃的情况下，磨煤机启动顺利，煤燃烧器着火迅速，火焰稳定。在充分考虑安全的基础上，技术人员将磨煤机启动必须投油助燃的逻辑做了修改：当机组负荷高于360MW时，磨煤机允许不投油启动。

　　此项措施，使该机组在日常调峰运行中，启磨不再消耗燃油，按原来日常启磨每次烧油2~5t计算，每年至少可节约助燃油600t。

      2．3．2 改进原热控保护逻辑，消除磨煤机不必要跳闸  

　　直吹式制粉系统中，磨煤机跳闸对锅炉的安全、稳定运行威胁很大。一旦发生磨煤机运行中跳闸，锅炉燃烧迅速恶化，不得不投油稳燃。该机组投产初期，由于磨煤机油站逻辑设计不尽合理，原设计磨煤机顶瓦油压低无延时跳，顶瓦油泵出口滤网堵塞无法实现在线清理，磨煤机频繁跳闸增大了燃油消耗。经过多次攻关试验和分析论证，技术人员将磨煤机顶瓦油系统进行了技术改造，将热控保护逻辑中增加了50min延时，实现了顶瓦油泵出口滤网堵塞在线清理，减少了磨煤机因油系统故障跳闸次数，降低了助燃油消耗，保证了锅炉燃烧稳定。

      2．4 加强设备治理，降低锅炉不投油稳燃负荷  

　　由于该电站锅炉水冷壁设计了大面积和卫燃带，在机组投产后，一度存在严重的锅炉结焦，并且火焰监测系统可靠性差，炉膛落焦经常造成锅炉燃烧恶化、火检闪动而灭火，初期仅能实现450MW负荷不投油稳燃，远远低于不投油稳燃负荷50%BMCR的设计值。

       为此，该电站采取了一系列减轻锅炉结焦，保证锅炉燃烧稳定性的措施：

      ①去除一部分卫燃带，保留的稳卫燃带用隔离带分割成小块，避免大焦块的形成。

      ②改造燃料配煤系统，结合锅炉结焦情况和运行参数选择该锅炉适用的煤种。

      ③安装远射程大力吹灰器，及时清除炉膛积渣。

      ④进行喷燃器叶片调整、燃烧配风等优化燃烧调整。

      ⑤更换更加可靠灵敏的火检装置。

　　通过这些措施，该机组炉膛结焦得到有效控制，锅炉燃烧稳定性极大增强，最低不投油稳燃负荷降低到400MW，使机组启动过程中全部停油的时间得以提前，同时也减少了运行中降负荷投油的几率。

       3 尚待挖掘的节油潜力分析

       3．1 冷态启动中投粉时间的提前

　　目前，很多大型燃煤机组都在探索机组冷态启动中汽轮机冲转前投粉以节省燃油的方法，其中的难点主要是：

      ①煤种与炉膛温度是否允许，煤粉的挥发份直接关系到煤粉的着火温度，采取措施提高启动初期的炉膛的温度和一、二次风温，确保煤粉着火和稳燃是实现早投粉的关键。在布置多台机组的电站中，可以引出临炉高温烟气来加热提高启动锅炉的炉膛及一、二次温度。

      ②投粉后汽温汽压增长较快，如何有效控制汽轮机胀差的问题。可以尝试增加汽缸夹层法兰螺栓加热系统，使缸胀加快，以适应提前投粉后转子的较快的膨胀。

      ③为了避免锅炉受热面超温损坏及煤粉积聚在空预器处，应减少磨煤机启动后最低煤量值，采用投入部分喷燃器的方式，改善配风以优化煤粉燃烧状况，减少不完全燃烧带来的火焰上移。

       3．2 进一步提高锅炉燃烧稳定性，降低不投油稳燃负荷至设计值

　　目前由于锅炉依然存在一定程度的结焦，该电站仍未实现最低不投油稳燃负荷50%BMCR的设计值，随着设备治理的加强，锅炉结焦进一步减轻，锅炉燃烧愈加稳定，实现最低断油稳燃负荷330MW的目标后，将进一步降低稳燃油耗。

      3．3 改造油枪，降低油枪耗油量

　　随着油枪技术的飞速发展，耗油量小，易于点火稳燃的小油枪成为市场的主流，今后在设备改造中，将逐步选用节油、经济的油枪，以节约燃油。

      4 小结

　　通过多年的努力，该大型机组在节油工作上取得了不小的成绩，单机耗油量由2002年的月均320t左右降低到2004年的月均49t，节油效果显着。今后的节油工作将从管理、运行操作、技术革新等多方面入手继续开展下去，进一步增强全体员工的节油意识，实现大型燃煤机组节能降耗的新突破。