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煤粉锅炉水平浓淡微油(节油)点火燃烧器技术研究报告一、立项依据和设计指导思想1）选题针对性和开题理由：2007年底，我国采煤25.23亿吨，生产石油约2亿吨，进口石油1.6亿吨。我国生产一美元产值的油耗是800克，而美国是230克，日本是130克；我国每万元产值要消耗煤碳1.3--1.5吨，同样产值能源消耗是发达国家的三倍，因此节能任务任重而道远。国内燃油价格是煤碳价格的10-15倍，新疆油价是煤碳价格的30--50倍，一个500MW的电厂，每年消耗在锅炉起动和低负荷稳燃的油量约为2000吨左右，一台410t/h煤粉炉起动到正常运行一次的耗油量约18-20吨；平均每烧1000吨煤要消耗1吨油，因此节约用油，或以煤代油，一直是发电企业的梦想。电站煤粉锅炉，节约起动点火和稳燃用油，采用小油量以煤代油点燃技术，是国家发改委，科技部，环保总局联合发布的2005年65号公告，[国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术]260项重点技术之一。奥科公司技术人员，在1996年开始研究浓淡燃烧器，目的是通过对燃烧器改造，稳定锅炉炉膛燃烧火焰，防止水冷壁管结焦，使锅炉在低临界负荷时，火焰稳定，减少稳燃耗油量，并在乌鲁木齐石化热电厂2号炉进行改装，使该炉最低临界负荷由额定负荷的60%下降到50%，最低负荷曾到45%不投油，消除了该炉后墙结焦，并使该炉的氮氧化物排放浓度下降25-30%。在上述技术基础上又在化肥厂连续改造两台210t/h高压锅炉。燃料分级水平浓淡燃烧器：浓侧一次风淡侧在1995年到1998年，我们研制了新型煤粉锅炉煤粉直接点火燃烧器，对燃烧器结构，油枪喷嘴，电气控制系统都作了大量改进设计，连续改造红雁池一厂4台220t/h锅炉，苇湖梁电厂450t/h锅炉，塔什店电厂5号炉等6台锅炉，燃烧烟煤，锅炉起动节油率80-85%，低负荷稳燃节油率60%。小油枪一次风煤粉直接点火燃烧器奥科公司在完善了蒸汽型声波清灰器开发后，2004年转入水平浓淡微油点火燃烧器研制开发，先后在昌吉热电厂，山东黄岛电厂，乌石化热电厂，塔里木热电厂等六台锅炉，烟煤贫煤等三种不同煤种锅炉上点火成功。煤粉锅炉水平浓淡微量油燃烧器申请了实用新型专利，在2007年6月20日国家专利局授权公告。2）奥科公司对微量油点火燃烧器的开发思路：90年代，为开发声波清灰器产品，国内成立了多家公司，由于基本质量未满足生产要求，最后，本公司以高质量的产品占领了市场；现在微量油点火燃烧器开发，与当年有些类似，但最大的不同点是，现在这些燃烧器生产厂家有相国电，华电，鲁能等大公司支持；而本公司是一家民营小企业，要在节油燃烧器产品中占领市场；难度比当年要大得多。现在市面销售的六家燃烧器产品，有一共同问题是在锅炉正常运行时，虽能作为一般燃烧器使用，但燃烧器内形成较大空气阻力，对燃烧腔磨损严重，一般仅能使用2-3年，即应更换。燃烧器设计为圆形，但制造厂一般设计锅炉切圆燃烧器喷口为方形，在布置上有一定难度。气化油枪在运行时，风火轮挡油严重，使雾化油趟入燃烧器，形成二次燃烧。鉴于上述状况，本公司设计产品作如下设想：1.点火油枪和水平浓淡煤粉燃烧器组合成一个整体，使锅炉启动时燃用柴油节油率提高85﹪—95﹪，锅炉低负荷稳燃节油率达50﹪—60﹪，水平浓淡燃烧器可使锅炉低临界负荷下降到50﹪以下；2．利用我公司原有设计水平浓淡燃烧器和煤粉直接点火燃烧器经验，将燃烧器设计保留原水平浓淡燃烧器特点，使锅炉在正常运行条件下实现水平浓淡燃烧功能。燃烧器内设有煤粉撞击锥和挡块，浓侧煤粉正对炉膛火焰中心，提高火焰中心温度，淡侧煤粉偏向水冷壁管附近，使这一区域为富氧区，可有效防止水冷壁结渣，降低对大气氮氧化物NOX的排放量25-30﹪；3．保留原周界风和侧二次风设计，以防止燃烧器和水冷壁管结焦；4．将油枪改造，风火轮装在进风侧，高压风形成高速旋转气流，冲向油枪喷口，形成高速旋风火炬，加速与煤粉混合燃烧；5．为加速大锅炉燃烧器容量增大后燃烧和使用贫煤燃烧，在主油枪前增加附油枪以满足燃烧充份完善要求；6．火检保护装在燃烧器出口或燃烧器前部，确保点火时锅炉安全；7．自行设计改造滤油装置，确保锅炉点火时油路畅通；8．控制系统能进入PLC和DCS通信系统；9．使用标准丹佛斯喷嘴；二、国内同类技术研究进展情况1）国内外动态和研究方向：上世纪70年代，美国CE公司，B&W公司等都投入过大量人力物力，进行节油研究，但没有出现过完整的产品。1997年，丹麦发明使用等离子点火，点燃煤气，然后点燃煤粉，实行无油点火成功。1998年，澳大利亚太平洋公司研制成50KW等离子点火燃烧器，在300MW机组上使用，煤种挥发份25%，使用氮气作为阴极保护，实行锅炉无油点火成功应用。1995年，俄罗斯在670t/h锅炉上，使用等离子无油点火成功。在上世纪80年代初，我国在黄山的全国性锅炉学述会议上，出现过华中工学院的钝体燃烧器，内蒙中试所得预燃室燃烧器，和山东中试所得等离子燃烧器；这三种燃烧器有一个共同点就是在锅炉运行低负荷稳燃，起动点火过程节约燃油。在以后的十多年里，对燃烧器改为各种类型钝体燃烧器，包括清华单通道大速差燃烧器，双通道大速差燃烧器，日本引进的PM上浓下淡燃烧器及美国引进的下浓上淡WR燃烧器，东北电科院的船形钝体燃烧器，百叶窗浓淡燃烧，华中工学院的内燃腔钝体燃烧器，山东的内螺旋管浓淡燃烧器，和西交大，浙大的浓淡燃烧器等，都是为一个目的，将进入炉膛的燃料进行浓淡分级，利用浓侧煤粉着火点低的特性稳定锅炉燃烧，降低低临界负荷，节约燃油。1995年代初，新疆电科院引进的哈萨克斯坦动力研究院的样机三台等离子点火燃烧器，在宝鸡电厂，进行五次工业试验，最长一次运行3小时零8分，因电源质量和设计缺陷等问题，无法长期使用。1998年广东电科院引进俄罗斯西北利亚动力研究院等离子点火装置，在韶关电厂燃烧贫煤点失败。1997年烟台龙源公司成立后，由新疆电科院为其提供哈萨克斯坦动力研究院图纸资料和部份资金，在国家电力公司资助下，开始等离子点火装置研究。2000年初，在烟台电厂220t/h锅炉上工业试验成功；西安热工研究院为其作了鉴定。以后在全国推广，现在已在60多台大型锅炉上使用。实际使用过程，燃烧稳定性较差，燃煤挥发份仍必须大于30%，由于等离子点火装置两个燃烧器，初投资约500-600万元，以烟煤为主。2001年，黑龙江电科院在等离子点火成功基础上开发气化小油枪燃烧器，2002年10月获气化油枪专利权，2003年在石河子天富热电75t/h，130t/h锅炉上工业试验点火成功，单燃烧器出力18-25Kg/h，总节油率〉95%。气化小油枪燃烧器，初投资约50-100万元，一般当年就可收回投资，所以气化小油枪节燃烧器很快在全国得到推广。2004年以来，玛纳斯电厂，红一电，红二电，塔城铁厂沟，苇湖梁，天业，拜城等相继安装了点燃烟煤的黑龙江类型气化节油燃烧器；国电清方原改装小油燃烧器，也改为开发微量油点火燃烧器。到2007年，新疆约有20多台锅炉，改装了节油燃烧器。全国发电锅炉约有8000多台，还有十几万台燃烧煤粉的工业锅炉，已经改装为等离子点火燃烧器和微量油节油燃烧器的锅炉不足300台，因此节油燃烧器的改造有广阔的市场空间。2）国内节油燃烧器的研制应用状况：国内经营等离子无油点火有国电烟台龙源公司，和徐州燃烧控制研究所华远燃烧控制工程公司两家。经营微量油点火燃烧器的公司有：黑龙江电科院气化小油枪燃烧器油枪一次风气膜风1．2002年以后，国内节油燃烧器开发使用始于黑龙江电科院的气化小油枪，现在有该院龙燃公司经营，新疆有康捷公司于2004年经营黑龙江产品；在新疆共装有13台锅炉；2．国电山东烟台龙源公司相继于2003年6月，在等离子点火装置油枪一次风气膜风烟台龙源微量油点火燃烧器基础上延伸改为小油枪点火燃烧器，第一台装在喀什电厂二号炉；在2007年烟台龙源公司成立海融公司，专营微量油节油燃烧器，单油枪出力80-100Kg/h；在新疆阿拉尔电厂中标；油枪气膜风一次风烟台龙源海融公司小油枪3.北京国电清方，原经营煤粉锅炉常轨小油枪改造，节油率50-70%，于2004年底开始，改为改造煤粉炉微量油点火燃烧器，燃用烟煤单枪出力60Kg/h；已在新疆拜城及红一电，库车等四台锅炉上安装运行；一次风小油枪火检孔国电清方小油枪点火燃烧器4.徐州燃烧控制研究所开发的XSQ双强煤粉点火燃烧器，在2005年9月在潍坊电厂300MW机组，用贫煤点火成功，节油率大于90%；5．浙大天元科技公司开发的微量油燃烧器，工作原理与黑龙江相似。在台州电厂420t/h锅炉上，用烟煤点火起动锅炉，节油率大于97.5%；6.北京华电光耀公司，为黑龙江技术电科院技术，增加附助油枪，单燃烧器耗油量大于100Kg/h，已在红二电等厂安装运行；三、研制过程概要本公司自2003年收集相关技术资料，调研烟台龙源等离子无油燃烧器点火装置及黑龙江电科院研制的气化小油枪点火燃烧器，相关资料，参加了上述项目的相关研讨鉴定会议。于2004年开始研发属于本公司知识产权的水平浓淡微油量（节油）点火燃烧器。1）水平浓淡燃烧器技术特点：1.使用撞击锥作为浓淡分离装置，该撞击锥采用高碳高锰耐磨纲制造，使用寿命大于7-10年；2.浓淡分离后浓侧正对炉膛切圆中心，淡侧靠水冷壁附近，实行燃料分级燃烧，为降低氮氧化物排放创造了有利条件；3.淡侧靠水平壁附近，使水冷壁区域造成富氧条件，能有效防止水冷壁四周结渣的形成；4.提高煤粉局部浓度，能加速煤粉着火，有利于稳定燃烧，能使锅炉低临界负荷降低10%；5.燃烧器喷口，采用高鉻耐热钢制造；2）水平浓淡微量油（节油）点火燃烧器技术特点：在上述水平浓淡燃烧器有利条件的基础上，我公司在燃烧器浓煤粉侧安装气化微量油枪，根据煤种特点，采用分级供粉，分级点燃技术，分级供风，保障煤粉稳定着火技术等；设计出具有：使锅炉启动时燃用柴油节油率提高85﹪—95﹪，锅炉低负荷稳燃节油率50﹪—60﹪，水平浓淡燃烧器可使锅炉低临界负荷下降到50﹪一下，为主要性能的煤粉锅炉水平浓淡微量油（节油）点火燃烧器。其设计特点如下：微量油枪辅助油枪一次风撞击锥一次风第一燃烧室第二燃烧区气膜风1.示意图燃烧器为烟煤设计，采用贫煤燃烧时，燃烧器设计将有适当变动；2.浓煤粉进入一次燃烧室，与微量油枪火焰相遇，开始燃烧。上下两侧淡煤粉进入第二燃烧室，与着火后的煤粉相遇混合燃烧；3.采用颜氏燃烧器气膜进风技术，有补充氧量和冷却喷口作用；4.撞击锥和进口档板为高锰耐磨钢制造，第一燃烧室，第二燃烧室，出口喷嘴等全由耐热高鉻钢制造；5.本燃烧器原则上为方形设计，根据用户须要，也可设计成圆形；6.原锅炉四角喷燃燃烧器，如果设计有周界风和侧二次风，在改装成微量油点火燃烧器时，仍保留原周界风和侧二次风设计。7.本燃烧器设计阻力与原水平浓淡燃烧器阻力相当，较常规气化小油枪燃烧器阻力低2/3；8.采用本燃烧器设计，不改变原燃烧器的风量风速和射流方向，不改变炉膛空气动力状；9.在主油枪前增加附油枪的设计以满足大锅炉和贫煤充份燃烧的要求，使燃烧器的使用范围更加广泛；3）气化油枪的改进及性能测试：国内常规采用的加热管风火轮气化油枪，在油雾遇到加热管和风火轮后，会产生大量油滴，掉落在燃烧腔内，粘污煤粉，结成煤粉块。本公司设计的微量油枪为：采用标准丹佛斯喷嘴，压力雾化和压缩空气雾化共同作用，旋风轮装在油枪头后侧，补充高压风预先变为旋风，进入由耐火粘土制成的燃烧腔内，由油雾和高速旋风组成的燃烧火炬产生1500℃-2000℃的高温蓝色火焰，为一次风煤粉进入第一燃烧区作了点火准备。微量油枪压缩空气油枪高能点火器高压风旋风轮燃烧室为保障油枪工作质量，自行研制配备油枪试验台，空压机及油泵；以鉴定微油量气化油枪雾化质量，确定油枪在各种压力下的出力。对微油量气化油枪的出力进行冷态标定，标定方法采用称重法。下图为公司试验台作出的使用丹佛斯各规格喷嘴油枪的出力曲线图。0.6mm0.8mm1.0mm1.2mm油压MPa0.80.60.4喷油量Kg/h20304050丹佛斯喷嘴--油枪出力