徐 鵬

(神頭第二發(fā)電廠,山西朔州 036011)

氣泡霧化節(jié)能油槍在電廠中的應(yīng)用

徐 鵬

(神頭第二發(fā)電廠,山西朔州 036011)

結(jié)合火電廠油槍節(jié)能工程實例,針對火力發(fā)電廠油槍在點火及助燃中出現(xiàn)的問題,著重分析了氣泡霧化節(jié)能油槍的原理、特點及在設(shè)備改造中的實際應(yīng)用,給火電廠油槍點火及助燃節(jié)約了大量的輕油、重油,可供今后同類工程設(shè)計改造參考和借鑒。

氣泡霧化節(jié)能油槍;點火;助燃;電廠

0 引言

目前,我國火力發(fā)電廠的鍋爐大多采用機(jī)械壓力式霧化噴嘴或 “Y”型蒸汽霧化油槍實現(xiàn)鍋爐的點火及助燃,燃油消耗量大,特別是在低負(fù)荷投油助燃時,尤為突出。由于無法在燃燒過程中對油槍及進(jìn)氣量進(jìn)行配比調(diào)節(jié)控制混合燃燒,造成很大的燃油浪費,不能滿足國家目前提倡的節(jié)能環(huán)保的要求,所以一直是火電廠節(jié)能方面的一個主要問題。為了在點火和投油助燃時節(jié)約用油方面有所突破,經(jīng)過多方考察論證,決定利用空氣氣泡霧化節(jié)能油槍技術(shù)。氣泡霧化節(jié)能油槍采用了一種全新的霧化技術(shù),霧化效果快速有效,燃油燃燒充分,不冒黑煙,克服了原來采用的機(jī)械霧化油槍燃油消耗量大,易結(jié)焦堵塞等的缺陷。因此,改造后的氣泡霧化技術(shù)油槍節(jié)能降耗,提高經(jīng)濟(jì)性,并提高了機(jī)組的安全可靠性,適用于電廠燃煤鍋爐的點火、助燃、低負(fù)荷穩(wěn)燃。

1 氣泡霧化節(jié)能油槍的基本原理

液體燃料霧化要克服液體的兩種阻力:一種為粘性力,一種為表面張力。傳統(tǒng)的壓力式霧化、機(jī)械霧化以及氣動霧化靠液柱或液膜與周圍介質(zhì) (如空氣、蒸汽、壓縮空氣等)的劇裂撞擊、剪切、旋轉(zhuǎn)來霧化,其實質(zhì)是靠克服液體的粘性來霧化的 。機(jī)械霧化油槍的霧化機(jī)理主要是利用高油壓在旋流霧化片中進(jìn)行撞擊、旋轉(zhuǎn)直至出口處與空氣的剪切來霧化的,克服的是燃油的粘性力,其結(jié)構(gòu)簡單,使用操作方便,但霧化效果較差,設(shè)計良好時霧化顆粒度可達(dá)120μm左右,而且分布不均勻,特別是油壓降低時霧化效果顯著降低,再加上其結(jié)構(gòu)特點,出口孔徑較小 (一般為φ1.8 mm左右),容易出現(xiàn)結(jié)焦堵塞,且冷爐點火有冒黑煙現(xiàn)象,油槍的燃油消耗量大?？諝忪F化技術(shù)主要靠氣泡爆破來霧化,其霧化機(jī)理是利用流體力學(xué)兩相流理論,將低壓霧化介質(zhì) (蒸汽或壓縮空氣)注入到低壓油里面,在一混合腔內(nèi)混合,形成油包氣的特定流態(tài)——氣泡流,利用氣泡的產(chǎn)生、運動、變形,直至在槍頭出口處形成氣泡內(nèi)外壓力差,通過其壓差使氣泡漲裂來霧化的,破壞的是燃油的表面張力,所以能耗小,霧化顆粒度細(xì) (一般可達(dá)40μm左右),而且尺寸分布均勻,分布指數(shù)N>2。因此,燃燒充分,不冒黑煙;再加上其結(jié)構(gòu)特性,油孔、氣孔均較大,而且孔數(shù)多,所以不易出現(xiàn)結(jié)焦、堵塞,冷爐點火冒黑煙現(xiàn)象。燃燒產(chǎn)物中污染物小,低于國家環(huán)保局規(guī)定的各項指標(biāo),符合國家提倡的節(jié)能環(huán)保要求[1]。因此,空氣霧化油槍的霧化機(jī)理特別適用于電廠燃煤鍋爐的點火、助燃、低負(fù)荷穩(wěn)燃以及燃油鍋爐的主燃油槍的設(shè)計。

2 機(jī)械壓力式霧化油槍與新型空氣霧化技術(shù)油槍的霧化機(jī)理和性能的對比

機(jī)械壓力式霧化油槍與新型空氣霧化技術(shù)油槍的霧化機(jī)理和性能的對比見表1。

3 空氣霧化油槍技術(shù)改造實施方案

根據(jù)用空氣霧化燃燒技術(shù)改造鍋爐點火系統(tǒng)的實踐經(jīng)驗,結(jié)合目前在同類型鍋爐點火油槍改造的技術(shù)經(jīng)驗,新型空氣霧化油槍技術(shù),可以改善鍋爐點火及投油助燃狀況,充分發(fā)揮火電廠點火設(shè)備的潛能,節(jié)約可貴的燃油,方便現(xiàn)場人員的使用和維修。

表1 機(jī)械霧化油槍與空氣霧化油槍的性能的對比[2]

3.1 空氣霧化技術(shù)油槍的理論設(shè)計

設(shè)計空氣霧化油槍額定出力為500 kg/h,調(diào)節(jié)范圍為300～1 200 kg/h,油槍霧化角度為900°/300°,順旋和逆旋各一半,以便和煤粉燃燒器穩(wěn)燃器的旋向一致,并有利于煤粉的燃燒,達(dá)到節(jié)油的目的。

油槍槍桿外徑為φ42 mm的鋼管,油槍槍頭外徑φ42 mm,以便能安裝在原有機(jī)械霧化油槍位置處,具體油槍長度視現(xiàn)場定 (此油槍外徑要根據(jù)現(xiàn)場實際油槍的外徑來定)。

改造后的空氣霧化技術(shù)油槍霧化介質(zhì)采用壓縮空氣,單只油槍燃油最大出力500 kg/h,耗氣量按12%計,霧化壓縮空氣量約為0.77 m3/min。改造一層按16只槍全投時計算,總的最大耗氣量約為12.32 m3/min。霧化空氣可從廠用儀用空壓機(jī)處接入,以保證空氣霧化技術(shù)油槍用氣需要。

槍前霧化壓縮空氣管理可以直接從原有油槍的吹掃空氣管路中直接接入,連接到空氣霧化油槍上來,作為新改造后的油槍霧化空氣支管,油槍空氣支管采用φ25mm×2.5 mm的無縫鋼管即可。

燃油管路的計算:由于燃油系統(tǒng)槍前燃油支管為φ25mm×2mm可滿足改造后的空氣霧化技術(shù)油槍的需要,因此燃油管路不需要改動。

3.2 壓縮空氣霧化油槍的具體改造方案

a)采用空氣霧化技術(shù)油槍,直接安裝在原有的機(jī)械霧化油槍位置處,從而取代原有油槍。

b)保持原有的油槍油管路系統(tǒng),在原有的機(jī)械霧化油槍氣動球閥后增加一燃油手動調(diào)整閥,以便將高油壓側(cè)油壓通過手動燃油調(diào)整閥調(diào)整到空氣霧化技術(shù)油槍所需油壓范圍,原有的點火系統(tǒng)和推進(jìn)裝置不做改動。

c)由于空氣霧化技術(shù)油槍所需油壓和氣壓較低,槍前油壓和氣壓在0.40～0.80MPa之間 (正常運行時一般油壓穩(wěn)定在0.60 MPa左右、氣壓穩(wěn)定在0.40～0.60 M Pa左右)。為確保燃油壓力在0.60MPa左右,可通過安裝在燃油氣動球閥后的燃油調(diào)整閥調(diào)整,同時,氣壓也可做調(diào)整,氣壓調(diào)整是通過安裝在槍前霧化空氣支管 (φ25 mm×2.5 mm的無縫鋼管)上的調(diào)整閥來調(diào)整到0.40～0.60MPa左右。

d)原有的空氣吹掃管系統(tǒng)不變。

e)空氣霧化技術(shù)油槍采用的是空氣作為其霧化介質(zhì),需增加一壓縮空氣管路,氣源的引入從爐前空氣管路中接入,為便于實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制點火,在每1只槍前新增加的壓縮空氣支管中增加一霧化空氣氣動球閥,以便程控點火。

f)為配合油槍的程控點火改造,熱工部門在霧化壓縮空氣支管上增加電磁閥,將此閥門的開關(guān)信號引入到分散控制系統(tǒng)DCS(Distribute Control System)點火控制系統(tǒng)中,以便滿足同時進(jìn)油和進(jìn)氣的目的,達(dá)到油槍設(shè)計運行的要求。(新增霧化空氣電動球閥,以滿足油槍同時進(jìn)油和進(jìn)氣的需要)。

g)更換新型空氣霧化的空氣霧化技術(shù)油槍,結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 氣泡霧化技術(shù)油槍的結(jié)構(gòu)原理圖

3.3 油槍和點火槍安裝注意的有關(guān)事項

a)油槍安裝位置應(yīng)使油槍槍頭出穩(wěn)焰器50 mm,即油槍在爐膛內(nèi)要比穩(wěn)焰器伸長50 mm;

b)點火槍安裝位置應(yīng)使其比油槍槍頭長100 mm,以確保點燃油霧;如圖2所示。

圖2 氣泡霧化技術(shù)油槍的安裝示意圖

4 氣泡霧化技術(shù)油槍設(shè)計有關(guān)技術(shù)參數(shù)

a)此次油槍改造設(shè)計額定出力參數(shù)為:500 kg/h;正常調(diào)節(jié)范圍為200～1 000 kg/h。

b)油槍的有效長度為5 200 mm,油槍外管直徑為φ42mm,油槍的霧化角度為1 200°/300°,單只油槍耗氣量按 12%計,單只油槍耗氣量約為0.8 m3/min。

5 氣泡霧化技術(shù)油槍就地點火槍前油壓和氣壓的調(diào)整

a)將點火控制柜設(shè)為就地操作狀態(tài)。

b)進(jìn)油槍,油槍進(jìn)到位后,開啟吹掃氣動球閥,對油槍進(jìn)行吹掃,吹掃2 min后關(guān)閉吹掃氣動球閥。

c)吹掃完畢后進(jìn)行油槍的泄漏試驗,打開油槍霧化空氣管路上的霧化氣動球及霧化空氣調(diào)節(jié)閥,將氣壓調(diào)整到0.60 MPa左右 (即氣壓表值),此時,看油壓力表的顯示值 (即反饋壓)是否在0.25 MPa左右。若顯示值在0.25 MPa左右時,說明油槍正常;若顯示值不在0.25 MPa左右時,說明油槍異常,則有兩種情況分析:情況一,若油壓力表的顯示值遠(yuǎn)大于0.25 MPa或接近于氣壓力表的壓力值時,說明油槍槍芯內(nèi)的墊片丟失或密封不嚴(yán),取下油槍槍頭更換墊片后將油槍重新裝上;情況二,若油壓力表的顯示值遠(yuǎn)小于0.25 MPa或無壓力顯示時,說明油槍槍頭內(nèi)的油孔或氣孔有雜物堵塞,取下油槍槍頭,對油槍槍頭的油孔或氣孔進(jìn)行清洗,清洗干凈后,重新安裝油槍[3]。

d)情況正常后,進(jìn)點火槍 (點火槍進(jìn)到位自動打火30 s),開啟燃油截止閥和燃油氣動球閥,調(diào)整燃油調(diào)節(jié)閥,將燃油壓力調(diào)整到0.70 MPa?？从挽F是否點燃,并觀察油霧的燃燒狀況。

e)待油霧火焰燃燒穩(wěn)定后,調(diào)整二次風(fēng)量及風(fēng)速,補(bǔ)充燃燒所需的空氣,直到火焰明亮,煙囪不冒黑煙為止,即為點火成功。

冷爐點火時,為確保一次點火成功,應(yīng)使燃油壓力比氣壓略高0.10 MPa左右,油壓調(diào)整后,槍前燃油調(diào)節(jié)閥可以保持一定的開度,以便保持穩(wěn)定的燃油壓力值。

6 油槍點火常見問題及解決方法

油槍點火常見問題及解決方法見表2。

表2 油槍點火常見問題及解決方法

7 氣泡霧化油槍單支調(diào)試壓力與油槍出力

氣泡霧化油槍單支調(diào)試壓力與油槍出力對照表見表 3。

表3 氣泡霧化油槍單支調(diào)試壓力與油槍出力對照表

表3是在壓縮空氣壓力為0.50 MPa,通過調(diào)整燃油壓力、壓縮空氣壓力和燃油流量的關(guān)系。每支油槍壓縮空氣壓力如為0.50 MPa的情況下,每支油槍每小時最大出力情況下最多需要0.7 m3壓縮空氣。

8 結(jié)論和建議

實踐表明,采用氣泡霧化節(jié)能措施具有以下優(yōu)點。

a)該技術(shù)節(jié)能效果顯著。與機(jī)械油槍相比,實際可節(jié)油16%左右,特別是在機(jī)組投油助燃時,通過對來油的調(diào)節(jié)及良好的油氣混合,節(jié)油效果更加突出。

b)能夠?qū)崿F(xiàn)重油冷態(tài)直接點火,不需用輕油,燃油系統(tǒng)改造方便、簡單。

c)運行時油槍燃燒穩(wěn)定,不熄火、不脫火,油槍所用油壓較低,提高了燃油管路的安全性,降低了油泵的能耗。

d)油槍油孔、氣孔均較大,油槍堵塞的情況很少。

e)油槍霧化良好,燃燒完全,不冒黑煙,燃燒產(chǎn)物中污染物少,低于環(huán)保的各項指標(biāo)。

f)新油槍霧化質(zhì)量明顯比原有油槍好,特別是在高油壓,大油量時表現(xiàn)尤為突出。

氣泡霧化節(jié)能油槍在使用中優(yōu)勢明顯,具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價值。

[1] 吳道洪.氣泡霧化油槍燃燒技術(shù)的應(yīng)用 [M].北京:清華大學(xué)出版社,2002:275-278.

[2] 何建軍,楊順強(qiáng),徐宏和.應(yīng)用氣泡霧化油槍全面改造鍋爐燃油系統(tǒng)[J].中國電力,2001,3(3):23-24.

[3] 樊培利,王恒.氣泡霧化油槍及其控制在石橫電廠的應(yīng)用 [J].山東高等電力?？茖W(xué)校學(xué)報,2008(3):57-58.

The Application of Energy-saving Bubble Atom ized O ilGuns in Power Plant

XU Peng
(Shentou No.2 Power Plant,Shuozhou,Shanxi 036011,China)

Based on the p roblems that occured when oil guns are used in ignition and aid combustion in thermal pow er plant,this paper analyses the p rincip le and features o f energy-saving bubb le atom ized oil gun and its application in equipment modification.Many facts p rove that a great deal of light and heavy oil can be saved using this instrument,which provides reference to the design and modification of sim ilar engineering.

energy-saving bubb le atomized oil guns;ignition;aid combustion;power plant

TM 621.2

B

1671-0320(2010)03-0047-04

2009-12-23,

2010-04-27

徐 鵬 (1969-),男,山西天鎮(zhèn)人,1989年畢業(yè)于大同電力技工學(xué)校熱能動力專業(yè),技師,從事熱工程控保護(hù)專業(yè)。