微油点火设计方案

1、太仓港协鑫发电有限公司微油点火工程改造初步设计方案 杭州浙大天元科技有限公司太仓港协鑫发电有限公司微油改造工程设计方案 浙大天元ZHEDATIANYUAN杭州浙大天元科技有限公司二零一零年九月目 录目 录21、前言32、工程概况42.1煤质情况42.2主机情况54.1 微油点火气化燃烧原理73.2 微油点火燃烧器工作原理75、微油点火系统设计方案85.1微油点火系统总体方案85.2煤粉燃烧器设计125.3高能气化微油枪175.4燃油系统185.5微油点火压力冷风系统设计说明205.6气膜冷却风系统215.7送粉系统设计说明215.8一次风加热系统215.9控制系统225.10过程控制系统235

2、.11 微油点火系统的启动及逻辑保护235.12 I/O清单256、环保效益277、供货清单281、前言采用微油点火燃烧技术，实现锅炉冷炉启动时用微量的燃油直接点燃煤粉，在停炉、低负荷稳燃时用微量的油稳定锅炉燃烧，并且在冷态点火和停炉期间即可投入电除尘系统，经济效益和环保效益非常明显。我公司从事微油点火技术研发和工程实践达6年多时间，我们不但实现了微油点火技术的成功应用，更在很多技术细节上进行强化、优化，使得我们的微油点火系统在安全可靠性、节油率方面表现尤为突出，得到了所有电厂用户的一致好评！我公司核心优势： 微油点火及稳燃技术的核心是燃烧器设计和制造技术，我公司池作和教授拥有二十多年、上百台

3、锅炉浓淡燃烧器设计、改造的经验。其“可调煤粉低NOX燃烧及低负荷稳燃技术”获国家科技进步二等奖，CAT辅助解决大型电站锅炉结焦问题的试验研究，获国家科技进步三等奖，这些优秀的科研成果都将全面应用在微油煤粉燃烧器的设计中。 我公司在长期的科研与工程实践中与锅炉厂建立了紧密的合作关系，对各家锅炉厂产品的技术特性非常熟悉。截至目前，我公司已经完成60多台锅炉微油点火改造项目，也是国内第一家将成套技术与设备出口海外，并成功完成微油点火改造的公司。因此对于贵厂锅炉的微油点火改造，我公司在技术、施工经验和团队方面拥有得天独厚的优势。 力求系统简单可靠，减少系统故障率是我公司一贯的设计理念，在微油点火技术领

4、域，我公司的微油点火系统结构最简单，对外界条件（设备）依赖最少，故障率低，运行非常稳定可靠。 是国内唯一使用FLUENT大型仿真计算软件进行微油燃烧器设计的公司。利用该技术，确保每个微油改造项目的设计方案、设计参数最优化，是为用户创造最大效益的可靠保障。2、工程概况2.1煤质情况2.2主机情况 （1）二期（2330MW）机组，锅炉为亚临界控制循环汽包锅炉，单炉膛型露天布置，中速磨正压直吹制粉系统，直流式煤粉燃烧器四角布置，切圆燃烧，摆动燃烧器调节再热汽温，喷水减温调节过热汽温，一次再热，平衡通风，三分仓容克式空气予热器，水力除渣，全钢构架，悬吊结构，燃用烟煤。三期（2320MW）机组，锅炉为亚

5、临界控制循环汽包锅炉，单炉膛型露天布置，中速磨正压直吹制粉系统，直流式煤粉燃烧器四角布置，切圆燃烧，摆动燃烧器调节再热汽温，喷水减温调节过热汽温，一次再热，平衡通风，三分仓容克式空气予热器，水力除渣，全钢构架，悬吊结构，燃用烟煤。3、微油点火系统性能参数微油点火系统投入能够满足锅炉冷态点火直接投粉的要求。 微油点火系统功率可用范围 锅炉启动35%BMCR；按机组正常冷态启动8 小时计算，微油点火最大耗油量_ 4_t。 燃烧器使用寿命 50000 h；冷态启动稳定着火时间 180 s；投入率 100 ；燃油消耗量： 50 kg/h(只)燃油压力： 0.81.5 MPa4、微油点火系统工作原理4.

6、1 微油点火气化燃烧原理微油气化燃烧的工作原理是:利用机械雾化将燃料油挤压、撕裂、破碎，产生超细油滴后通过高能点火器引燃，同时巧妙地利用燃烧产生的热量对燃油进行加热、扩容，使燃油在极短的时间内蒸发气化。由于燃油是在气化状态下燃烧，可以大大提高燃油火焰温度，并急剧缩短燃烧时间。气化燃烧后的火焰，见图1。气化后的火焰传播速度快、火焰呈蓝色，中心温度高达15002000，可作为高温火核在煤粉燃烧器内直接点燃一级煤粉，从而实现电站锅炉启动、停止以及低负荷稳燃。 图1 微油气化燃烧高能油枪火焰状况3.2 微油点火燃烧器工作原理微油点火燃烧器的冷炉启动工作原理是：微油气化油枪与高强度油燃烧室配合，燃烧后形

7、成温度很高的油火焰。高温油火焰引入煤粉燃烧器一级燃烧区，当浓相煤粉通过气化燃烧高温火核时，煤粉温度急剧升高、破裂粉碎，释放出大量的挥发份，并迅速着火燃烧；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。气膜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。微油点火燃烧器的结构示意图，见图2图2 微油点火煤粉燃烧器示意图5、微油点火系统设计方案5.1微油点火系统总体方案微油点火系统改造工程，拆除原最下层4个燃烧器，将原燃烧器改造成微

8、油点火燃烧器，每只角配微油点火高能油枪和辅助油枪各一支，原大油枪不做任何改动；并且微油点火燃烧器兼有主燃烧器的功能。该层原输粉系统维持不变。改造后燃烧器的平面布置图如图3，燃烧器改造位置图，如图4。（图中黄色部分为我公司设计的微油点火燃烧器，红色部分为贵公司原有的燃烧器）图3 燃烧器的平面布置图图4 改造位置布置图微油点火系统的具体情况，整个改造由煤粉燃烧器、高能气化油枪、燃油系统、一次风加热系统、气膜冷却风系统、送粉系统、控制系统等系统组成。设计时，各系统均能实现DCS控制及就地控制。我公司经过技术革新，在保证油枪雾化性能良好的前提下，淘汰了压缩空气雾化系统，系统得到显著简化，稳定性强，减小

9、了维护工作量。单角的系统图如下：5.2煤粉燃烧器设计5.2.1煤粉燃烧器的设计根据贵厂提供的煤质资料，我公司利用大型流体计算软件FLUENT对贵厂的燃烧器进行了仿真计算，并结合多家电厂微油点火燃烧器的成功改造经验，可保证用微量的燃油稳定可靠地点燃煤粉。微油点火改造的核心是煤粉燃烧器的设计。优秀的燃烧器设计不仅可以保证微油点火系统的最佳点火效果和节油率，更能确保燃烧器长期稳定运行。燃烧器低负荷稳燃与防结焦性能是微油煤粉燃烧器所必须拥有的两个重要性能，是关系到微油点火改造后，锅炉是否能够长期良好运行的核心问题！我公司从事大型电站煤粉锅炉燃烧器的设计和改造长达20多年，在燃烧器设计和制造领域拥有雄厚

10、的技术实力。我公司池作和教授的两个重大科研课题先后荣获两个国家科技进步奖这一国家级最高荣誉，并主持国家863、973项目，他们分别是：l 可调煤粉浓淡低NOx燃烧器及低负荷燃烧技术，获国家科技进步二等奖l CAT辅助解决大型电站锅炉结焦问题的试验研究，获国家科技进步三等奖l 国家863项目“利用超细煤粉再燃降低NOx排放（2002AA527053）l 国家973项目“煤粉炉再燃区同时脱硫脱氮技术我们将上述这些先进的技术成果完美的应用于微油煤粉燃烧器的设计过程中，确保微油煤粉燃烧器具备优秀的低负荷稳燃能力和防结焦、防磨损的能力。5.2.2微油煤粉燃烧器稳燃性能优势煤粉水平浓淡低负荷稳燃技术是我公

11、司的传统技术优势。针对微油煤粉燃烧器，我公司采用煤粉水平中心强浓缩技术，满足锅炉煤粉燃烧所必备的三高稳燃原理，即高煤粉浓度、高氧量、高温度，因此使该燃烧器兼具良好的低负荷稳燃性能。我公司很多实际改造案例都能有力的证明这一点。实例一：福建漳平发电厂微油点火改造（2007年华电集团科技项目）该厂为100MW煤粉锅炉，燃用极低挥发份无烟煤（Vdaf=2%-4%）因挥发份极低，锅炉满负荷运行时，都需要投2支250kg/h的油枪进行助燃。经我公司微油改造后，在70MW负荷时，投用两支50kg/h的油枪可以保持稳定燃烧，即使在退出微油气化油枪（即脱油燃烧）情况下，锅炉燃烧工况也较稳定。实例二：皖能铜陵发电

12、有限公司微油点火改造该厂为哈尔滨锅炉厂制造的300MW锅炉，燃用贫煤。经我公司微油点火改造后，低负荷稳燃效果十分良好。以上实例能充分证明我公司的微油点火燃烧器拥有十分优秀的稳燃能力，在国内也是处于领先地位。5.2.3微油点火燃烧器防磨损、防烧坏、防结焦技术、防NOx排放增加的技术措施 微油点火燃烧器的防磨损技术由于微油点火燃烧器在喷口内就已经着火燃烧，这样加剧了燃烧器的磨损，为了保证燃烧器的使用寿命，尽可能地减轻磨损程度，我公司在设计燃烧器时采用如下方法：a) 借助FLUENT大型仿真模拟软件将燃烧器内部主要部件设计成流线型，减小局部阻力和磨损；b) 微油燃烧室的迎流面采用高强度耐磨铸钢并增加

13、厚度以延长使用寿命。 微油点火燃烧器的防烧坏技术 燃烧室及喷口采用耐高温的铸钢整体铸造，一次成型耐温可达1200。微油燃烧器内设壁温监视测点（当温度高于450报警）。 微油点火燃烧器的防结焦、结渣技术针对贵厂锅炉燃用煤质情况，我公司充分发挥在燃烧器设计和制造领域的防结焦、防烧坏、防磨损等核心技术优势，为该锅炉专门设计的燃烧器具有非常优秀的整体性能，具体介绍如下：我公司的微油点火煤粉燃烧器采用独创的三级放大结构（其他微油点火技术大多为两级或者一级燃烧）。它由油燃烧室、一级煤粉燃烧室、二级煤粉燃烧室、三级煤粉燃烧室组成。各级煤粉燃烧室的尺寸与结构是通过理论分析并借助FLUENT软件精确计算后确定的

14、。借助FLUENT软件对煤粉在燃烧器内燃烧过程进行仿真计算微油点火燃烧器采用独创的三级燃烧放大结构，具有非常明显的技术优势，具体介绍如下：所有的微油点火燃烧器在冷态点火和助燃的情况下，煤粉火焰都在燃烧器内部燃烧，煤粉通过油枪火焰的时候，瞬间大量被点燃，更容易导致燃烧器局部位置因为高温辐射而带来结焦、烧坏、堵管等诸多问题。采用三级燃烧控制后，煤粉被逐次点燃并释放能量，而不是瞬间在一个位置被集中点燃，能有效控制煤粉火焰在燃烧器内的燃烧强度和范围，可以确保燃烧器的绝对安全和长期稳定运行。煤粉经过浓淡分离后，分别进入三级燃烧室，先后逐级被点燃，也可以最大程度的实现冷态点火时煤粉的高燃尽率。 防止NOx

15、排放增加的技术措施我公司设计的微油燃烧器喷口和原主燃烧器喷口面积相同，微油燃烧器与原燃烧器的设计风速基本相同，这保证了微油燃烧器和原燃烧器动量矩相同。同时微油燃烧器的设计原则是不改变锅炉原有的空气动力场，本次改造对该燃烧器的二次风不作改动，只将燃烧器的一次风道改成微油点火燃烧器，其动力场不变，煤粉在初始燃烧时的燃烧气氛与改前没有区别，不会增加NOx的生成量。 5.2.4改造后该微油点火煤粉燃烧器的性能v 改造后的微油点火燃烧器，能够稳定可靠的运行。v 改造后的微油点火燃烧器，保证不影响原锅炉的空气动力场。v 改造后的微油点火燃烧器能够可靠地点燃，确保点火过程中不爆燃、不二次燃烧；点火过程中燃烧

16、器不结渣、不烧坏。v 改造后的燃烧器耐热、耐磨，满足运行、检修维护的要求。v 改造后燃烧器满足锅炉冷态启动曲线的要求，同时满足锅炉满负荷连续运行的要求。v 改造后燃烧器后段的外形主要尺寸与原燃烧器相同，便于燃烧器的布置与系统的接口。v 改造后微油燃烧器内设燃烧器壁温监视测点，便于随时对壁温进行调整，既有利于点火又可防止燃烧器被烧坏。5.3高能气化微油枪高能气化微油枪是点燃煤粉的着火热源，它的优劣直接决定着点燃煤粉效果的好坏。针对发电厂#1锅炉的实际情况，我公司每个微油点火燃烧器将设置一支高能气化油枪和一支辅助油枪。高能气化微油枪采用机械雾化的方式，它是点火以及主要的煤粉着火热源，本高能气化微油

17、枪的突出特点是高效机械雾化配合高强度油燃烧室，利用压力冷风提供充足的氧量和刚性，使燃烧温度达到15002000。为了增大微油燃烧器的煤种适应范围，当煤质发生明显变差时，保证冷炉点火的燃烧效果。在油枪的出力设计上留有一定的余量，其调节方法主要是通过调节油压进行。通过增加油枪出力来增加点火能量，增加对煤质范围的适应性，能确保在不同煤质情况下都能保证煤粉的良好燃烧状况。高能气化微油枪气化微油枪配备高档油火检，信号可以直接进入DCS系统，便于远程控制。气化微油枪采用了本公司研制的专利产品，采用吹扫风，具有防堵功能，油枪采用了新型耐磨材料具有防磨功能，经大量的工程应用表明，我公司的高能气化油枪完全符合稳

18、定工作、免维护的性能要求。辅助油枪用于提高锅炉冷态点火时的点火能量，降低飞灰含碳量，在低负荷稳燃时，辅助油枪则不必投入。微油枪的性能指标： 最低油压：0.8MPa； 最高油压：3.5MPa； 高能气化微油枪耗油量： 5010kg/h； 辅助油枪耗油量：5010 kg/h；采用高能点火器进行点火，点火能量大，点火非常可靠。我公司设计的气化微油枪的技术优势：1）我公司第三代微油气化油枪以机械雾化技术替代压缩空气雾化系统，雾化效果良好，该机械雾化技术已经在多家电厂微油系统改造中得到成功的应用，取得了非常理想的效果。取消压缩空气系统后，极大地简化了系统，减少了设备数量，故障概率大大降低，基本实现免维护

19、工作。2）我公司设计的微油枪采用独创的机械雾化方式，因此不需要对原油系统采取减压措施，能灵活地适应电厂原有油系统的油压，与压缩空气雾化技术相比，油压的波动对机械雾化的效果没有任何影响，可以稳定工作。3）我公司的气化微油枪可以通过调节油压灵活的调节油枪出力，对适应煤质的变化具有非常好的效果。4）气化微油枪结构简单，安装方便，非常便于日常保养和检修。采用机械雾化技术的气化油枪燃烧火焰如图：气化油枪点火时油火焰实际长度为0.6米左右，火焰刚性强，油火焰温度很高，短而明亮，火焰长度和形状稳定雾化效果好，燃烧非常彻底。（由于拍摄光线原因实际火焰亮度更高）5.4燃油系统燃油系统的组成：微油气化油枪、输油管

20、路、过滤器和油角阀等。微油点火油系统改造过程中，对原有油系统均不作任何改动，只需在原有油系统的供油母管上接出本系统即可。为了保证油质的清洁，防止堵塞，采用两级高性能的过滤器，一级过滤器采用并联可切换的的布置，过滤器的滤网可以更换。过滤器由我公司自己研制的，具有维护简单，检修方便的特点。本公司在微油枪的防堵方面已进行多项技术改造并取得令人满意的效果，主要原因为采用多级过滤的方法可确保油枪不发生堵塞。燃油系统全部采用不锈钢管，采用氩弧焊接工艺，系统完成后利用压缩空气进行吹扫，燃油管道与气化油枪之间采用软管连接。所有操作及设备自身保护均在就地控制箱内。总之微油燃油系统具有以下特点：1) 油系统为微油

21、枪专用供油系统。2) 所有的控制阀均可实现就地手动控制和点火程序控制要求。3) 燃油系统由原就地燃油管供油，接口尺寸根据现场实际而定。4) 油系统设计简单、可靠，所有管道和设备严密不漏油。5) 油枪的结构简单便于拆卸，能够快速清理油枪及更换配件。6) 油枪的启动迅速，当锅炉燃烧不稳投油时，能迅速投入。7) 在停止使用时不会出现油枪内积油碳化堵塞油枪现象。 油系统图如下： 5.5微油点火压力冷风系统设计说明我公司设计的压力冷风系统的技术特点：1）微油点火燃烧器用风由电厂现有的一次风机供给。2）根据一次风机性能指标进行整套压力冷风系统的设计。3） 根据微油点火燃烧器的性能要求，压力冷风系统装设必要

22、的风门测量装置及热工控制系统。压力冷风系统主要作用是为高能气化微油枪提供充足的氧量和足够的刚性，使雾化的燃油在极短时间内完成燃烧，并在微油枪停止运行时对油枪进行冷却和吹扫。压力冷却风风压为6000Pa，总风量为4000m3/h，为了便于控制风压和风量在该系统上将设置风量测量装置、手动风门，操作简单方便。项目是直吹式制粉系统，其一次风机压头、风量完全可以满足微油枪压力冷风的要求。因此，压力冷风系统只需在原有的冷一次风总管道上接出2195的风管，到炉前后用2196的风管绕锅炉3/4周，接至各角微油枪附近，再用1143的风管和金属软管接入微油枪。如下图所示（一层压力冷风系统）图9 压力冷却风系统 系

23、统炉前操作阀门等安装在燃油操作平台上，以便于操作、检修与维护。相关参数测量一次元件安装在便于检修维护的地方。5.6气膜冷却风系统我公司设计的微油点火燃烧器利用航空发动机的气膜冷却原理，利用气膜冷却风对煤粉燃烧器壁面进行吹扫冷却，经FLUENT仿真软件计算，在气膜冷却风的保护下，燃烧器壁温不超过450，而锅炉点火现场实测，燃烧器壁温均低于400，完全可以确保微油燃烧器不发生结焦、烧坏等问题。无需增加新的新的管道，利用原二次风箱内的二次风即可。5.7送粉系统设计说明微油冷炉点火系统所需的煤粉，通过电厂煤粉锅炉现有的输粉系统即可完成输送，对现有的输粉系统无需作任何的改变。5.8一次风加热系统由于贵厂

24、用了直吹式制粉系统，在微油冷炉点火时，要解决热风来源问题。我公司建议采用在原磨煤机风道上另设旁路以蒸汽为热源输入暖风器自制热风，保证锅炉冷态启动时，磨煤机入口风温满足磨煤机干燥出力、一次风速大于18m/s,不堵管的要求。辅助蒸汽来源于辅助蒸汽联箱，辅助蒸汽压力为：0.6-0.7MPa，温度约为：250。暖风器布置系统图见下图。暖风器的具体安装位置，根据贵厂现场的一次风管走向确定。暖风器设计参数：进风温度常温，磨煤机出口风温60。蒸汽加热器安装位置根据现场实际情况确定，在磨煤机额定风量下加热器风阻不大于300Pa，并且留有不小于20%的裕量。5.9控制系统5.9.1热控系统的组成根据锅炉的实际情

25、况，微油点火控制系统的设计分以下三个部分：1）燃烧器壁温监测系统。2）火焰监视系统。4）过程控制系统。5.9.2燃烧器壁温监测系统为防止发生燃烧器壁面超温现象，在每台微油煤粉燃烧器喷口壁面上安装1个壁温测点，同时监测燃烧器壁面温度。元件：4支K型热电偶，若干K型补偿导线。所有温度信号均在CRT上显示。5.9.3火焰监视系统火焰监视系统分为两部分：煤粉燃烧器煤火焰监视系统和微油枪油火焰监视系统。 根据现场的情况，煤粉燃烧器煤火焰监视系统采用锅炉已有的火焰监视系统。在微油点火燃烧器的设计中，考虑着火距离与原有燃烧器基本相同。根据经验，对原有火检系统基本无影响。对于微油气化高能油枪的油火焰监视系统我

26、们经过长期的实验和结合生产和运行的情况，选用我公司自主研发的油火焰检测系统。该火检应用于油火焰的判断和监测，输出信号为数字量信号。由于该火检灵敏度高、无偷窥现象，并采用冷却系统，保证该火检安全可靠。油火检冷却风由电厂已有火检风机或压力冷风系统提供，风温低于60即可。5.10过程控制系统控制系统采用通过硬接线直接进入DCS系统的方案，控制的策略组态均在DCS里面实现，画面组态等DCS里面组态。这种方案的控制系统的组成如下： 5.11 微油点火系统的启动及逻辑保护1）启动逻辑 启动允许条件：a 油压正常b 无MFT动作信号满足启动允许条件，可以接通高能点火器点火，同时开启各角对应燃油截止阀。2）“

27、微油运行模式”下对应给粉机启动条件“微油运行模式”联锁投入对应给粉机启动微油燃烧室火检正常3）“微油运行模式”下对应给粉机跳闸或启动对应角大油枪条件若其中一个角微油枪火检故障或检测不到火焰，则须使给粉机跳闸。具体使用何种保护方式与电厂讨论后定。“微油运行模式”联锁投入给粉机跳闸任一角油燃烧室检测不到火焰5S以后 任一角微油出现故障5s没有得到恢复，停对应给粉机；4）灭火保护 当锅炉MFT发生时，控制系统自动关闭燃油电磁阀、跳相应给粉机，并闭锁点火器启动和燃油电磁阀操作。 在“微油运行模式”下，只要有一个角微油枪发生故障，即停磨。 当启动点火或燃烧过程中由于运行参数不满足，并且到延时间后还不能恢

28、复，则控制系统自动关闭燃油电磁阀、跳给粉机。 燃油速断阀无故关闭时，通过联锁跳给粉机。以上为锅炉冷态启动阶段微油投入状态的逻辑，在锅炉正常运行状态，微油枪停用，退出上述逻辑。具体的逻辑控制图可以在与贵厂协商后确定。5.12 I/O清单序号位号名称触点类型量程型号信号类型备注1ZYFKFK01#1角油角阀开位反馈常开DI无源2ZYFKFK022角油角阀开位反馈常开DI无源3ZYFKFK033角油角阀开位反馈常开DI无源4ZYFKFK044角油角阀开位反馈常开DI无源5ZYFGFK01#1角油角阀关位反馈常开DI无源6ZYFGFK022角油角阀关位反馈常开DI无源7ZYFGFK033角油角阀关位反

29、馈常开DI无源8ZYFGFK044角油角阀关位反馈常开DI无源9WYHJ011角微油枪油火检信号常开DI无源10WYHJ022角微油枪油火检信号常开DI无源11WYHJ033角微油枪油火检信号常开DI无源12WYHJ044角微油枪油火检信号常开DI无源17DHQQ01#1角高能点火枪启动常开DO无源18DHQQ02#2角高能点火枪启动常开DO无源19DHQQ03#3角高能点火枪启动常开DO无源20DHQQ04#4角高能点火枪启动常开DO无源21ZYJFK01#1角油角阀开常开DO无源22ZYJFK02#2角油角阀开常开DO无源23ZYJFK03#3角油角阀开常开DO无源24ZYJFK04#4角油角阀开常开DO无源25ZYJFG01#1角油角阀关常开DO无源26ZYJFG02#2角油角阀关常开DO无源27ZYJFG03#3角油角阀关常开DO无源28ZYJFG04#4角油角阀关常开DO无源29TE01#1角燃烧器喷口壁温度10-1300AIK型30TE02#2角燃烧器喷口壁温度10-1300AIK型31TE03#3角燃烧器喷口壁温度10-1300AIK型32TE04#4