气泡雾化节能油枪在电厂中的应用
摘要:结合火电厂油枪节能工程实例,针对火力发电厂油枪在点火及助燃中出现的问题,着重分析了气泡雾化节能油枪的原理、特点及在设备改造中的实际应用,给火电厂油枪点火及助燃节约了大量的轻油、重油,可供今后同类工程设计改造参考和借鉴。
关键词:气泡雾化节能油枪;点火;助燃;电厂
0 引言
目前,我国火力发电厂的锅炉大多采用机械压力式雾化喷嘴或“Y”型蒸汽雾化油枪实现锅炉的点火及助燃,燃油消耗量大,特别是在低负荷投油助燃时,尤为突出。由于无法在燃烧过程中对油枪及进气量进行配比调节控制混合燃烧,造成很大的燃油浪费,不能满足国家目前提倡的节能环保的要求,所以一直是火电厂节能方面的一个主要问题。为了在点火和投油助燃时节约用油方面有所突破,经过多方考察论证,决定利用空气气泡雾化节能油枪技术。气泡雾化节能油枪采用了一种全新的雾化技术,雾化效果快速有效,燃油燃烧充分,不冒黑烟,克服了原来采用的机械雾化油枪燃油消耗量大,易结焦堵塞等的缺陷。因此,改造后的气泡雾化技术油枪节能降耗,提高经济性,并提高了机组的安全可靠性,适用于电厂燃煤锅炉的点火、助燃、低负荷稳燃。
1 气泡雾化节能油枪的基本原理
液体燃料雾化要克服液体的两种阻力:一种为粘性力,一种为表面张力。传统的压力式雾化、机械雾化以及气动雾化靠液柱或液膜与周围介质(如空气、蒸汽、压缩空气等)的剧裂撞击、剪切、旋转来雾化,其实质是靠克服液体的粘性来雾化的。机械雾化油枪的雾化机理主要是利用高油压在旋流雾化片中进行撞击、旋转直至出口处与空气的剪切来雾化的,克服的是燃油的粘性力,其结构简单,使用操作方便,但雾化效果较差,设计良好时雾化颗粒度可达120μm左右,而且分布不均匀,特别是油压降低时雾化效果显著降低,再加上其结构特点,出口孔径较小(一般为 1.8 mm左右),容易出现结焦堵塞,且冷炉点火有冒黑烟现象,油枪
的燃油消耗量大。空气雾化技术主要靠气泡爆破来雾化,其雾化机理是利用流体力学两相流理论,将低压雾化介质(蒸汽或压缩空气)注入到低压油里面,在一混合腔内混合,形成油包气的特定流态———气泡流,利用气泡的产生、运动、变形,直至在枪头出口处形成气泡内外压力差,通过其压差使气泡涨裂来雾化的,破坏的是燃油的表面张力,所以能耗小,雾化颗粒度细(一般可达40μm左右),而且尺寸分布均匀,分布指数N>2。因此,燃烧充分,不冒黑烟;再加上其结构特性,油孔、气孔均较大,而且孔数多,所以不易出现结焦、堵塞,冷炉点火冒黑烟现象。燃烧产物中污染物小,低于国家环保局规定的各项指标,符合国家提倡的节能环保要求[1]。因此,空气雾化油枪的雾化机理特别适用于电厂燃煤锅炉的点火、助燃、低负荷稳燃以及燃油锅炉的主燃油枪的设计。
2 机械压力式雾化油枪与新型空气雾化技术油枪的雾化机理和性能的对比
机械压力式雾化油枪与新型空气雾化技术油枪的雾化机理和性能的对比见表1。
3 空气雾化油枪技术改造实施方案
根据用空气雾化燃烧技术改造锅炉点火系统的实践经验,结合目前在同类型锅炉点火油枪改造的技术经验,新型空气雾化油枪技术,可以改善锅炉点火及投油助燃状况,充分发挥火电厂点火设备的潜能,节约可贵的燃油,方便现场人员的使用和维修。
3.1 空气雾化技术油枪的理论设计
设计空气雾化油枪额定出力为500 kg/h,调节范围为300~1 200 kg/h,油枪雾化角度为900°/300°,顺旋和逆旋各一半,以便和煤粉燃烧器稳燃器的旋向一致,并有利于煤粉的燃烧,达到节油的目的。
油枪枪杆外径为42 mm的钢管,油枪枪头外径42 mm,以便能安装在原有机械雾化油枪位置处,具体油枪长度视现场定(此油枪外径要根据现场实际油枪的外径来定)。
改造后的空气雾化技术油枪雾化介质采用压缩空气,单只油枪燃油最大出力500 kg/h,耗气量按12%计,雾化压缩空气量约为0.77 m3/min。改造一层按16只枪全投时计算,总的最大耗气量约为12.32 m3/min。雾化空气可从厂用仪用空压机处接入,以保证空气雾化技术油枪用气需要。枪前雾化压缩空气管理可以直接从原有油枪的吹扫空气管路中直接接入,连接到空气雾化油枪上来,作为新改造后的油枪雾化空气支管,油枪空气支管采用25 mm×2.5 mm的无缝钢管即可。燃油管路的计算:由于燃油系统枪前燃油支管为25 mm×2 mm可满足改造后的空气雾化技术油枪的需要,因此燃油管路不需要改动。
3.2 压缩空气雾化油枪的具体改造方案
a)采用空气雾化技术油枪,直接安装在原有的机械雾化油枪位置处,从而取代原有油枪。b)保持原有的油枪油管路系统,在原有的机械雾化油枪气动球阀后增加一燃油手动调整阀,以便将高油压侧油压通过手动燃油调整阀调整到空气雾化技术油枪所需油压范围,原有的点火系统和推进装置不做改动。
c)由于空气雾化技术油枪所需油压和气压较低,枪前油压和气压在0.40~0.80 MPa之间(正常运行时一般油压稳定在0.60 MPa左右、气压稳定在0.40~0.60 MPa左右)。为确保燃油压力在0.60 MPa左右,可通过安装在燃油气动球阀后的燃油调整阀调整,同时,气压也可做调整,气压调整是通过安装在枪前雾化空气支管(25 mm×2.5 mm的无缝钢管)上的调整阀来调整到0.40~0.60 MPa左右。
d)原有的空气吹扫管系统不变。
e)空气雾化技术油枪采用的是空气作为其雾化介质,需增加一压缩空气管路,气源的引入从炉前空气管路中接入,为便于实现远程控制点火,在每1只枪前新增加的压缩空气支管中增加一雾化空气气动球阀,以便程控点火。
f)为配合油枪的程控点火改造,热工部门在雾化压缩空气支管上增加电磁阀,将此阀门的开关信号引入到分散控制系统DCS (Distribute ControlSystem)点火控制系统中,以便满足同时进油和进气的目的,达到油枪设计运行的要求。(新增雾化空气电动球阀,以满足油枪同时进油和进气的需要)。
g)更换新型空气雾化的空气雾化技术油枪,结构原理图如图1所示。
3.3 油枪和点火枪安装注意的有关事项a)油枪安装位置应使油枪枪头出稳焰器50 mm,即油枪在炉膛内要比稳焰器伸长50 mm;b)点火枪安装位置应使其比油枪枪头长100 mm,以确保点燃油雾;如图2所示。
4 气泡雾化技术油枪设计有关技术参数
a)此次油枪改造设计额定出力参数为: 500 kg/h;正常调节范围为200~1 000 kg/h。
b)油枪的有效长度为5 200 mm,油枪外管直径为42 mm,油枪的雾化角度为1 200°/300°,单只油枪耗气量按12%计,单只油枪耗气量约为0.8 m3/min。
5 气泡雾化技术油枪就地点火枪前油压和气压的调整
a)将点火控制柜设为就地操作状态。b)进油枪,油枪进到位后,开启吹扫气动球阀,对油枪进行吹扫,吹扫2 min后关闭吹扫气动球阀。
c)吹扫完毕后进行油枪的泄漏试验,打开油枪雾化空气管路上的雾化气动球及雾化空气调节阀,将气压调整到0.60 MPa左右(即气压表值),此时,看油压力表的显示值(即反馈压)是否在0.25 MPa左右。若显示值在0.25 MPa左右时,说明油枪正常;若显示值不在0.25 MPa左右时,说明油枪异常,则有两种情况分析:情况一,若油压力表的显示值远大于0.25 MPa或接近于气压力表的压力值时,说明油枪枪芯内的垫片丢失或密封不严,取下油枪枪头更换垫片后将油枪重新装上;情况二,若油压力表的显示值远小于0.25 MPa或无压力显示时,说明油枪枪头内的油孔或气孔有杂物堵塞,取下油枪枪头,对油枪枪头的油孔或气孔进行清洗,清洗干净后,重新安装油枪[3]。
d)情况正常后,进点火枪(点火枪进到位自动打火30 s),开启燃油截止阀和燃油气动球阀,调整燃油调节阀,将燃油压力调整到0.70 MPa。看油雾是否点燃,并观察油雾的燃烧状况。
e)待油雾火焰燃烧稳定后,调整二次风量及风速,补充燃烧所需的空气,直到火焰明亮,烟囱不冒黑烟为止,即为点火成功。
冷炉点火时,为确保一次点火成功,应使燃油压力比气压略高0.10 MPa左右,油压调整后,枪前燃油调节阀可以保持一定的开度,以便保持稳定的燃油压力值。
6 油枪点火常见问题及解决方法
7 气泡雾化油枪单支调试压力与油枪出力表3是在压缩空气压力为0.50 MPa,通过调整燃油压力、压缩空气压力和燃油流量的关系。每支油枪压缩空气压力如为0.50 MPa的情况下,每支油枪每小时最大出力情况下最多需要0.7 m3压缩空气。
8 结论和建议
实践表明,采用气泡雾化节能措施具有以下优点。
a)该技术节能效果显著。与机械油枪相比,实际可节油16%左右,特别是在机组投油助燃时,通过对来油的调节及良好的油气混合,节油效果更加突出。
b)能够实现重油冷态直接点火,不需用轻油,燃油系统改造方便、简单。
c)运行时油枪燃烧稳定,不熄火、不脱火,油枪所用油压较低,提高了燃油管路的安全性,降低了油泵的能耗。
d)油枪油孔、气孔均较大,油枪堵塞的情况很少。
e)油枪雾化良好,燃烧完全,不冒黑烟,燃烧产物中污染物少,低于环保的各项指标。
f)新油枪雾化质量明显比原有油枪好,特别是在高油压,大油量时表现尤为突出。气泡雾化节能油枪在使用中优势明显,具有广阔的应用前景和推广价值。
参考文献:
[1] 吴道洪.气泡雾化油枪燃烧技术的应用[M].北京:清华大学出版社, 2002: 275278.
[2] 何建军,杨顺强,徐宏和.应用气泡雾化油枪全面改造锅炉燃油系统[J].中国电力, 2001, 3 (3): 2324.
[3] 樊培利,王恒.气泡雾化油枪及其控制在石横电厂的应用[J].山东高等电力专科学校学报, 2008 (3): 5758.