火電站的鍋爐節油技術分析論文
火電站的鍋爐節油技術分析論文
在燃煤機組執行中，助燃油一般用於鍋爐點火及執行穩燃。有關資料顯示：2000年國內30萬kW及60萬kW機組冷態啟動機組平均用油量分別為908.24t/臺和451.62t/臺，其年平均穩燃用油量分別為546.8t/臺及359.8t/臺。隨著國際能源需求的迅猛增長，原油價格迅速上揚，挖掘燃煤機組節油潛力、節能降耗不僅有利於世界不可再生資源的綜合有效利用，更是降低企業生產成本，增強自身市場競爭力的重要手段之一。
1國內某大型燃煤機組裝置概述及其燃油消耗情況
機組額定負荷660MW，鍋爐為德國產亞臨界引數自然迴圈汽包爐，單爐膛，r型佈置，一次中間再熱，平衡通風，固態連續排渣。鍋爐採用0號柴油點火助燃，配有24支蒸汽霧化油槍，單支油槍耗油量1.8~3.6t/h。鍋爐燃燒系統按雙進出磨煤機冷一次風機正壓直吹式系統設計，在爐膛前牆、後牆上分別分三層佈置有24只旋流式DS燃燒器，單支燃燒器的額定容量為83.7MW。煤粉和空氣從前後牆送入，在爐膛中呈對沖燃燒（前後牆各3排垂直錯列布置）。前、後牆燃燒器上佈置有兩層燃盡風噴嘴。
機組於2002年10月投產發電。投產初期，由於鍋爐存在嚴重的爐膛結焦，執行不穩定，啟停次數多。機組冷態啟動一次需耗油260~300t，磨煤機啟動停助燃每月需60~100t。僅2002年10~12月，機組共消耗0號柴油960t，按當時油價3000元/t計算，燃油成本288萬元，在一定程度上影響了機組的經濟效益。為此，電站技術人員深入研究主、輔機裝置技術特點，深挖節油潛力，在降低助燃油方面採取了一系列技術措施。
2節油技術措施
2．1機組冷態啟動節油
大型機組冷態啟動過程是一個複雜的不穩定的傳熱、流動過程。由於冷態啟動前鍋爐、汽輪機各部件壓力、溫度接近環境壓力、溫度，鍋爐升溫升壓、汽輪機暖缸、暖機需要一定的時間，檢修後的機組冷態啟動過程中，發電機和汽輪機需要做多項試驗，鍋爐只能維持在低引數狀態下執行，需要消耗大量燃油。因此，研究裝置特點，合理安排機組冷態啟動步驟，儘量縮短啟動時間，可以節約大量燃油。
（1）採用滑引數啟動，機組充分利用低壓、低溫蒸汽均勻加熱汽輪機轉子和汽缸，減少了熱應力和啟動損失，鍋爐過、再熱器的冷卻條件亦得到改善。由於鍋爐、汽輪發電機同時啟動，縮短了整機啟動時間，減少了燃油消耗。
（2）汽包上水時，在汽包壁溫差允許的情況下（該機組汽包壁溫差要求任意兩點不大於36℃），儘量提高除氧器給水溫度，保證省煤器出口給水溫度高於汽包壁溫20~30℃，縮短汽包起壓時間，利於機組節油。
（3）試運中，一度存在鍋爐油槍冷態點火著火困難的問題，經常出現油槍點燃後燃燒不穩而滅火，不得不頻繁點火，燃油消耗增加。經不斷摸索，根據油槍投入時火焰形狀及油煙顏色，找到了霧化蒸汽壓力、二次風量、燃油壓力、燃油溫度的最佳匹配關係，控制燃油壓力0.7~0.8MPa，霧化汽壓力0.8Mpa左右，冬季提高燃油伴熱溫度，修改步序使中心風檔板開啟平緩，經這些調整使冷態油槍點火能夠順暢、穩定，同時減少了燃油不完全燃燒損失。
（4）該機組汽輪機中壓轉子預暖透過軸封漏氣進行，中壓轉子中心溫度達到54.4℃為合格，預暖需時4h左右。為了縮短中壓轉子預暖時間，技術人員將預暖時軸封蒸汽壓力由0.03Mpa提高到0.04MPa，適當開啟軸封疏水門以提高軸封蒸汽溫度，適當提高凝汽器壓力至15kpa以減少外界冷空氣吸入，使中壓轉子預暖時間縮短到2h左右。
經實施以上措施，縮短了機組冷態啟動的時間，冷態啟動一次耗油量由原來的`260t以上減少到130~150t。
2．2機組溫、熱態啟動節油
機組溫、熱態啟動節油措施主要是提前投入煤粉燃燒。在冷態啟動中，由於鍋爐維持低負荷時間較長，相應爐內燃燒強度及爐膛火焰溫度均較低，投粉過早、粉量過多很容易造成爐膛燃燒不充分，使火焰中心上移，鍋爐升壓快，主汽溫度、再熱汽溫難於控制；同時未燃盡煤粉積聚在空氣預熱器波紋板上，在一定條件下會產生二次燃燒，燒損空預器。因此，冷態啟動投粉一般選擇在發電機併網後、鍋爐所產蒸汽已可經汽輪機洩放後進行，以利於汽壓、汽溫的控制。在機組溫、熱態啟動中，根據汽溫、汽壓及汽輪機脹差情況，電站技術人員將啟磨投粉時間提前到機組衝轉前，投粉後即進行汽輪機衝轉、發電機併網操作，既加快了機組代負荷速度，同時也節省了燃油。
2．3磨煤機節油
2．3．1磨煤機啟動節油
該機組配置的雙進雙出一次風正壓直吹式制粉系統是現代大型火電廠廣泛採用的制粉系統，它適應了大型機組鍋爐容量大、燃煤量大的需要，充分體現了雙進雙出球磨機出力大，磨記憶體粉量多、出力易於調節、系統簡單靈活等一系列特點。但這種制粉系統也普遍存在磨煤機啟動助燃油消耗大這一缺點。按照該機組磨煤機啟動邏輯要求，為了保證燃燒的穩定、充分，啟動磨煤機必須滿足一定的火焰聯鎖條件。即使在鍋爐穩定執行中，如需要啟動磨謀機，仍需投入該磨煤機對應的燃燒器層或相鄰層的部分或全部油槍，由油槍點燃煤粉燃燒器併為其助燃，直至煤粉燃燒器出力正常、燃燒穩定，才允許油槍退出執行。
在鍋爐啟動過程中，由於燃料量小、爐溫低、燃燒不穩定，油槍對煤粉著火的支援是必須的，但鍋爐穩定執行中，鍋爐底層爐溫已達1000℃以上，且鍋爐配置了易於點火穩燃的低氮型DS旋流燃燒器，磨煤機啟動時煤粉不需要油槍來點燃。經研究試驗，在鍋爐正常執行中，沒有油槍助燃的情況下，磨煤機啟動順利，煤燃燒器著火迅速，火焰穩定。在充分考慮安全的基礎上，技術人員將磨煤機啟動必須投油助燃的邏輯做了修改：當機組負荷高於360MW時，磨煤機允許不投油啟動。
此項措施，使該機組在日常調峰執行中，啟磨不再消耗燃油，按原來日常啟磨每次燒油2~5t計算，每年至少可節約助燃油600t。
2．3．2改進原熱控保護邏輯，消除磨煤機不必要跳閘
直吹式制粉系統中，磨煤機跳閘對鍋爐的安全、穩定執行威脅很大。一旦發生磨煤機執行中跳閘，鍋爐燃燒迅速惡化，不得不投油穩燃。該機組投產初期，由於磨煤機油站邏輯設計不盡合理，原設計磨煤機頂瓦油壓低無延時跳，頂瓦油泵出口濾網堵塞無法實現線上清理，磨煤機頻繁跳閘增大了燃油消耗。經過多次攻關試驗和分析論證，技術人員將磨煤機頂瓦油系統進行了技術改造，將熱控保護邏輯中增加了50min延時，實現了頂瓦油泵出口濾網堵塞線上清理，減少了磨煤機因油系統故障跳閘次數，降低了助燃油消耗，保證了鍋爐燃燒穩定。
2．4加強裝置治理，降低鍋爐不投油穩燃負荷
由於該電站鍋爐水冷壁設計了大面積和衛燃帶，在機組投產後，一度存在嚴重的鍋爐結焦，並且火焰監測系統可靠性差，爐膛落焦經常造成鍋爐燃燒惡化、火檢閃動而滅火，初期僅能實現450MW負荷不投油穩燃，遠遠低於不投油穩燃負荷50%BMCR的設計值。
為此，該電站採取了一系列減輕鍋爐結焦，保證鍋爐燃燒穩定性的措施：
①去除一部分衛燃帶，保留的穩衛燃帶用隔離帶分割成小塊，避免大焦塊的形成。
②改造燃料配煤系統，結合鍋爐結焦情況和執行引數選擇該鍋爐適用的煤種。
③安裝遠射程大力吹灰器，及時清除爐膛積渣。
④進行噴燃器葉片調整、燃燒配風等最佳化燃燒調整。
⑤更換更加可靠靈敏的火檢裝置。
透過這些措施，該機組爐膛結焦得到有效控制，鍋爐燃燒穩定性極大增強，最低不投油穩燃負荷降低到400MW，使機組啟動過程中全部停油的時間得以提前，同時也減少了執行中降負荷投油的機率。
3尚待挖掘的節油潛力分析
3．1冷態啟動中投粉時間的提前
目前，很多大型燃煤機組都在探索機組冷態啟動中汽輪機衝轉前投粉以節省燃油的方法，其中的難點主要是：①煤種與爐膛溫度是否允許，煤粉的揮發份直接關係到煤粉的著火溫度，採取措施提高啟動初期的爐膛的溫度和一、二次風溫，確保煤粉著火和穩燃是實現早投粉的關鍵。在佈置多臺機組的電站中，可以引出臨爐高溫煙氣來加熱提高啟動鍋爐的爐膛及一、二次溫度。②投粉後汽溫汽壓增長較快，如何有效控制汽輪機脹差的問題。可以嘗試增加汽缸夾層法蘭螺栓加熱系統，使缸脹加快，以適應提前投粉後轉子的較快的膨脹。③為了避免鍋爐受熱面超溫損壞及煤粉積聚在空預器處，應減少磨煤機啟動後最低煤量值，採用投入部分噴燃器的方式，改善配風以最佳化煤粉燃燒狀況，減少不完全燃燒帶來的火焰上移。
3．2進一步提高鍋爐燃燒穩定性，降低不投油穩燃負荷至設計值
目前由於鍋爐依然存在一定程度的結焦，該電站仍未實現最低不投油穩燃負荷50%BMCR的設計值，隨著裝置治理的加強，鍋爐結焦進一步減輕，鍋爐燃燒愈加穩定，實現最低斷油穩燃負荷330MW的目標後，將進一步降低穩燃油耗。
3．3改造油槍，降低油槍耗油量
隨著油槍技術的飛速發展，耗油量小，易於點火穩燃的小油槍成為市場的主流，今後在裝置改造中，將逐步選用節油、經濟的油槍，以節約燃油。
4小結
透過多年的努力，該大型機組在節油工作上取得了不小的成績，單機耗油量由2002年的月均320t左右降低到2004年的月均49t，節油效果顯著。今後的節油工作將從管理、執行操作、技術革新等多方面入手繼續開展下去，進一步增強全體員工的節油意識，實現大型燃煤機組節能降耗的新突破。