微油点火系统及运行注意事项

微油点火系统及运行注意事项
唐伟民
一、微油点火技术基本原理
1.1微油气化燃烧原理
微油气化燃烧的工作原理是: 先利用一定的油压进行一级简单机械雾化，将燃料油挤压、撕裂、破碎，形成微小油滴，再利用压缩空气的高速射流将燃料油微小油滴二次直接击碎，雾化成超细油滴进行燃烧，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（图1）传播速度快、火焰呈蓝色，中心温度高达1500～2000℃，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。

1.2微油点火燃烧器工作原理
冷炉微油点火燃烧器的工作原理是：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（图2），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。

图1 微油气化燃烧火焰状况图2 煤粉燃烧火焰状况
1.3 微油点火的主要技术参数
燃油压力：0.8～2.0MPa；
主油枪出力：20～40kg/h；辅助油枪出力20~100kg/h；
压缩空气压力：0.3～0.6MPa；
压缩空气流量：0.9Nm3/min左右（单支）；
油枪高压风压力：5000Pa左右；
油枪高压风流量：500m3/h左右（单支）；
气化油枪燃烧火焰中心温度：1500～2000℃；
火焰颜色：蓝色透明；
送粉及燃烧系统：一次风风速：20～30m/s；
可点燃煤粉量：2～10t/h；
燃油：0号轻柴油
二、系统设计
根据现场实际情况,将4套微油点火及稳燃燃烧器替换原锅炉下层A磨对应的四只喷燃器，取代原有的等离子燃烧器，作为锅炉点火燃烧器和主燃烧器使用,可满足锅炉启、停或低负荷稳燃的要求。

微油气化直接点煤粉燃烧系统由微油点火系统、煤粉燃烧系统、控制系统三部分组成。

微油点火系统：由微油气化油枪和辅助油枪、高能点火装置、油火检装置、燃
油系统、压缩空气系统、高压助燃风系统等组成。

煤粉燃烧系统：由点火煤粉燃烧器、煤粉浓缩装置、周界风冷却风系统和送粉
系统（原有系统不变）等组成；
控制系统：由DCS系统和就地控制箱、保护系统和运行参数监测等组成，对微油点火系统和燃烧系统进行控制，保证锅炉安全、稳定、可靠运行；
2.1微油点火系统设计
2.1.1气化小油枪
主油枪：由进油管、喷嘴、进气管及高能点火装置组成，油压：0.8～2.0Mpa；出力：20～40kg/h。

辅助油枪：由进油管、喷嘴、进气管组成，油压：0.8～2.0Mpa；出力：20～100kg/h。

2.1.2 燃油系统
利用原有的燃油系统平台，在邻近微油点火燃烧器附近由四角来油管道出分别引出一根φ22×3的不锈钢管，安装燃油手动球阀（DN10、PN10）及气动球阀（DN10、PN10），通过高压燃油软管和气化主、辅油枪连接，完成整个燃油系统 (见燃油系统图)。

2.1.3 压缩空气系统
利用原压缩空气系统，接一根钢管送至锅炉改造层各燃烧器附近作为压缩空气母管，并在压缩空气母管上安装总门，同时由母管向点火燃烧器处引分支管φ22×3钢管，在每个的分支管道上安装气动球阀、气动球阀入口手动球阀（DN15、PN4.0），最后通过高压空气软管和气化主、辅油枪连接，完成整个压缩空气系统（见压缩空气系统图）。

2.1.4高压风系统
气化油枪在运行和备用期间，需要有一风压为5000Pa、出力4000m3/h的助燃吹扫风, 该路风取自一次风机出口管道用钢管引出，从两侧用钢管连至炉前平台形成高压风母管，再由母管分别向4个点火燃烧器处引分支管φ89×3钢管，分两路通过高压风软
管和气化主、辅油枪连接，完成整个高压风系统 (见高压风系统图)。

2.2煤粉燃烧系统设计
2.2.1煤粉燃烧器结构
拆除该炉A磨下层原4个等离子燃烧器部件，整套点火微油枪从燃烧器45°方向
插入，改造成微油点火燃烧器。

保留原燃烧器的燃烧功能，喷口出口净面积与低氮燃
烧器改造喷口相比无变化，喷口一次风速维持改造设计值。

微油煤粉燃烧器为两级煤粉浓缩\两级燃烧放大方式，当煤粉被安装在燃烧器前部
流线型浓淡分离装置浓缩后，浓相煤粉通过1级燃烧室，煤粉受到高温油火焰的冲击
加热，挥发分快速析出，并被迅速引燃。

第1级引燃的煤粉再引燃第第2级煤粉，达
到在冷炉状态下，用微油点燃煤粉的目的，冷却方式采用淡煤粉气流冷却一次室、二
次风冷却二次室（结构见附图）。

微油点火燃烧器不仅可以作为点火以及低负荷稳燃燃烧器，而且在正常运行时可
以作为主燃烧器使用。

煤粉燃烧器改造后具有以下特性：
1)喷口面积与煤粉燃烧器一致，一次风风管内的风速仍选用煤粉燃烧器设计风
速。

2)喷口具有周界内二次风，防止喷口烧坏和锅炉结焦。

3)改造后对炉内空气动力场基本无影响，从而不会对锅炉结渣、飞灰可燃物、汽
温、NOx排放产生影响
4)微油煤粉燃烧器可从燃烧器后部拆除，方便检修和维护。

5)微油煤粉燃烧器采用耐磨、耐高温的材料（浓缩器及燃烧器入口镶嵌10mm陶
瓷；一、二次室采用ZG35Cr24Ni7SiMnN材料制作，长期耐温1200℃），并由
分级的气膜冷却风保护，保证喷口的使用寿命。

6)每个微油煤粉燃烧器均设置1个可更换温度监测点，监测燃烧室壁温。

表3 微油点火燃烧器主要设计参数
2.2.2煤粉浓缩器
煤粉浓缩分配器的作用是将一次风气流进行风粉分离，形成浓、稀两股煤粉气流分别导出。

由于高浓度煤粉具有着火温度、着火热降低易被点燃的特点，因此微油煤粉燃烧器设计成多级燃烧能量逐级放大结构，将浓侧煤粉流引入燃烧器的一次室，被高温气化燃烧油火焰点燃，稀相侧煤粉被引入二次室被浓相煤粉火焰点燃，稀侧煤粉流兼有冷却一次室壁面，防止一次室结焦或烧损及补充的作用。

根据电厂锅炉下层燃烧器特点，本次改造浓缩器设计采用环向浓缩结构，浓稀比可达4～6倍，在来粉燃烧器入口安装浓缩装置，完成煤粉的浓、稀相分离，浓煤粉流向中心浓缩，淡煤粉位于环向外侧。

2.2.5气膜风冷却系统
气化微油点火及稳燃燃烧器气膜冷却风有两部分组成，一部分由油枪套筒的油配风做为高强度油燃烧室冷却风，原一次风作为一次燃烧室的冷却，另一部分由内旋流
二次风改为二次室冷却风。

改造保留原有风门，风道等部件。

2.2.6送粉系统
由于将微油点火燃烧器改在最下层4只主燃烧器处，作为点火兼有主燃烧器的功能，因此送粉系统可以完全利用原有4只送粉管道，包括一次风给粉管道，无需增加新的设备和管道。

2.3控制系统设计
微油点火的控制与监测系统就是用于微油直接点煤粉过程中，实现微油点火装置启停状态控制与过程参数（压力、温度等）的采集与监测，以及锅炉安全保护与联锁。

本系统由DCS、FSSS控制系统和操作员站组成，对应前墙下层燃烧器所配套的4个就地控制箱(就近安装在各微油枪平台)，及高能点火器，智能火焰检测装置，燃油气动球阀、压缩空气气动球阀等被控设备，以及相应电缆和就地指示压力表组成。

2.3.1微油点火主要逻辑
㈠启动逻辑
控制室启动允许条件：
⑴燃油母管压力正常（大于0.4Mpa）；
⑵压缩空气母管压力正常（大于0.2Mpa），空气阀关闭；
⑶锅炉允许点火，MFT复归；
⑷角在远控位.
⑸高压风风压为5000Pa、出力4000m3/h
程控启动微油点火
满足启动允许条件，往DCS发出“程控启动#1角微油”指令，就地控制柜接到启动指令后接通高能点火器点火，同时自动开启燃油阀，油枪燃烧稳定3秒后（火检有火证实），自动开启压缩空气阀，完成启动过程。

高能点火器启动后25秒后自动停止。

手动启动微油点火
满足启动允许条件，集控画面手动操作启动点火器，同时开启燃油阀，油枪燃烧稳定3秒后（火检有火证实），开启压缩空气阀，完成启动过程。

关闭点火器
㈡灭火保护
⑴当MFT，OFT发生时，DCS向就地控制柜发出停止指令，控制关闭所有角的燃油阀、并禁止微油枪启动；
⑵当启动点火30秒内，油阀在开位且仍然无火，控制系统自动关闭对应燃油阀，本次点火失败。

⑶在点火燃烧过程中由火检检测到灭火时（燃油阀在开位且油枪火检持续3秒以
上无火），控制系统自动关闭对应燃油阀，同时关闭对应送粉管道的磨煤机出口关断门（即PC门）。

详细逻辑需与电厂研究，根据具体情况确定DCS最终组态。

㈢停止逻辑
⑴火检灭火后，自动关燃油阀，此时不关压缩空气阀；
⑵操作员在控制面板上操作“停止”按钮；
⑶就地操作停止。

⑷MFT动作停止。

在微油枪停止时，一般应在燃油阀关闭后，保持压缩空气阀继续延迟3秒关闭，以达到冷却和吹扫微油枪的效果。

㈣给煤机启动
气化点火油枪火焰证实（作为点火启动时启动条件）着火稳定后或锅炉点火能量
满足（作为主燃烧器使用时），可启动给煤机给煤。

㈤锅炉FSSS/BMS逻辑的修改
为保证机组的安全及微油枪点火系统的正常运行，结合本工程300MW机组FSSS/BMS 的设计特点，需对FSSS/BMS逻辑进行以下修改：
1)在FSSS中设计A磨煤机“正常运行模式”与“微油运点火模式”两种运行模式，并
可相互切换，从而实现A磨煤机BMS逻辑切换功能。

其他磨煤机的逻辑功能不变。

2)“正常运行模式”运行时，磨煤机维持原有的FSSS/BMS逻辑。

3)“微油点火模式”运行时，A磨煤机BMS启动条件中增加由微油枪装置送来的4台微
油枪中任意两台启动允许条件满足，略去原油燃烧器着火的条件。

4)在主控室声光报警系统中增加“微油枪点火装置故障”信号，任一台微油枪点火装置
异常，DCS送信号至声光报警系统发出报警（此信号由微油枪运行正常信号处理所得）。

5)A磨煤机以“微油点火模式”运行时，任一个微油枪装置灭火或故障，DCS自动关闭
A磨煤机出口一次风插板门（PC门）；达到三个微油枪装置工作灭火或故障时，给煤机跳闸，关闭A磨煤机出口全部一次风插板门，同时跳A磨。

6)A磨煤机运行，且机组电负荷大于30%时，操作人员可将微油枪运行方式转入“正常
运行方式”或当上层燃烧器对应的磨煤机投入，煤火检满足逻辑条件，操作人员可将
微油枪运行方式转入“正常运行方式”。

7)在“微油点火模式”下的其它燃料层火嘴、“正常运行模式”下的所有层按照FSSS
正常保护进行控制。

8)锅炉MFT时，按FSSS方式保护动作，同时微油枪跳闸，并禁启。

具体逻辑组态见附图。

2.3.2系统主要设备及原理
㈠就地控制箱
就地操作控制箱上装有按钮和指示灯（具有点火器点火启停、压缩空气阀开启和关闭、燃油球阀开启和关闭，和对应状态指示），可实现所对应微油枪点火的就地控制，并显示火焰和就地位状态，就地操作控制箱还可接受DCS和/或FSSS的远方启停控制。

如果控制室允许就地操作，则就地箱就地位指示灯亮，表示控制在就地位；如果控制室禁止就地操作，则就地箱就地位指示灯不亮，此时，就地操作无效，控制仍然在远控位，就地不能操作。

表4微油点火就地控制箱内设备一览表
注意：微油枪系统点火器和油枪都不需要推进机构，直接点火、开阀即可。

㈡高能点火器
本系统采用高能点火，高频高能点火装置是由高能点火能量发生器（点火器），高压高温电缆、高压导电杆（点火枪）、半导体高能电嘴和电源电缆等组成，将点火箱点火频率开关设定到合适位置，就地操作点火器启动或控制室按下微油枪启动后，在油枪上安装的半导体高能电嘴发生尖端放电，产生电火花，点燃燃油,为保护高频高能点火装置，点火延时一段时间后，自动停止，延时时间由DCS设定（10-30秒内）。

技术参数：电源等级 220V 5A
输出能量 20J
点火频率 2-15次/min
连续连续工作时间≤5min
使用寿命 10~20万次
㈢智能火焰检测装置
火焰检测探头布置对准燃烧器一次室。

微油点火系统的火焰检测系统，用于点火及运行过程中的火焰监视与联锁保护。

由安装在燃烧器上的火检探头光电阻检测火焰光强度变化，随之电阻阻值发生变化，火焰光强度越强，电阻阻值越低，通过安装在就地控制箱内的测量模块测量电阻值，判断是否有火，给出开关量闭合／断开接点信号，闭合代表有火，当灭火持续3秒以上，接点断开，证明无火。

经中间继电器HZJ扩展接点，分别在就地控制箱和控制室的操作画面显示，DCS根据逻辑组态，实现对燃油阀及A磨煤机的控制，实现相应逻辑控制和保护。

㈣空气、油气动球阀
气动球阀采用双向气缸、电磁阀、三片焊接阀体、执行机构、反馈等组成，该设备采用智能控制与定位，以仪表压缩空气为动力，阀杆带动阀芯在阀体内转动90°，实现全开-全闭动作，最大全行程时间小于1秒。

供给油枪的燃油由气动球阀控制,就地操作油气动球阀开启或控制室按下启动后,
气动球阀开回路上电打开；在就地操作油气动球阀关闭或控制室按下停止后, 气动球阀
关回路上电关闭, 在就地或控制室操作画面上均可监视阀位状态。

另外，在点火初期，经延时一段时间后（延时时间由DCS在0-60秒内设定），如仍然无火，DCS应组态使油气动球阀因点火失败而自动关闭。

供给油枪的压缩空气也由气动球阀控制，提供油枪气化燃烧所需的氧气，并起到一定的油嘴雾化冷却作用。

压缩空气气动球阀也可以在就地或DCS控制启动和关闭。

注意：微油枪的压缩空气是气化用的，必须油阀启动后方可开启，在油阀关闭后5分钟再关闭。

2.3.3 热控测点
就地操作控制箱提供设备状态共7个DI点,供DCS/FSSS根据锅炉运行情况实现相应逻辑联锁和保护。

每支微油枪在DCS可通过4个DO点（要求为：继电器干接点输出，容量220V AC 3A 以上）接受DCS的控制，分别为微油点火启/停，另外一个DO点用于控制是否允许就地启动微油枪并开启摄像头电源，还可在紧急状态停止微油枪。

表5 微油点火就地控制箱进DCS/FSSS测点表
2.3.4电缆清单
表6 微油枪电缆统计清单(A层4只)
三、启动运行方式
3.1运行方式的基本原则
⑴煤粉在燃烧器内成功被点燃，燃烧稳定且有较高的燃烧效率；
⑵炉膛不爆燃、尾部受热面不发生二次燃烧；
⑶与机组启动曲线相适应，保证启动过程整台机组的安全；
⑷控制煤粉浓度、一次风速等参数，调整煤粉的着火特性；
⑸严格控制入炉总风量，控制风膜冷却风及二次风随炉温升高的投入量。

⑹控制炉膛出口温度，保证再热器、过热器不超温。

3.2锅炉升温升压速率控制
根据锅炉运行规程，锅炉的升温升压曲线受到严格的控制。

锅炉进行冷态启动时，在启动初期点火启动应严格控制升温速率，特别是直流锅炉更要保证锅炉过热器的安全运行，初始投入功率非常重要。

300MW机组传统点火方式初始投入功率锅炉厂一般为额定负荷功率的5～7％，既此时最小需要投入8.8t/h煤粉，根据前面燃烧器等功率计算原则，启动初期，单只燃烧器给粉量6 t/h，可满足锅炉升温、升压的要求，投4只微油煤粉燃烧器完全满足磨煤机最小出力的要求（16.68t/h），启动后期可根据升温升压曲线要求增加E磨煤机出力和投入上层燃烧器。

启动后可通过先投临近层燃烧器，在投对面墙燃烧器的运行方式来满足锅炉启动时的升温升压曲线的要求。

3.3 冷态启动程序
⑴按锅炉运行规程要求使锅炉具备点火启动条件。

⑵启动燃油泵，建立炉前油循环，并开启微油燃烧器燃油母管手动截止阀，建立微油燃烧器油路通道，保证油压合适(运行时油压1.0MPa)。

⑶开通仪表压缩空气气源，保证气路压力合适(>0.3MPa)。

⑷运行人员负责检查锅炉本体、风烟系统、汽水系统、燃油系统、制粉系统等应具备启动的条件。

⑸按顺序启动空预器，启动吸风机、送风机，调整入炉总风量》30%，炉膛负压0～50Pa ,进行炉膛吹扫。

吹扫完毕，MFT复位，启动火检风机。

同时检查磨煤机及辅助系统应具备启动条件。

⑹启动冷一次风机，开启冷炉启磨热风加热系统进行暖磨。

同时先开启A磨入口总门及
磨出口一次风管气动插板门和旁路风道出入口插板门，建立一次风通道。

⑺当磨入口风温达到200℃，启动E磨煤机。

⑻调整一次风机出力，维持出口压力6kPa左右，调整一次风速20～24m/s。

⑼接调度指令允许点火，按微油点火程序，由运行人员执行对应风管微油点火操作。

⑽点火正常后，关闭或减小微油燃烧器对应的二次风门。

⑾当磨煤机出口风温达到80℃，启动对应给煤机按磨最小出力给煤，观察炉膛出口烟温和炉内燃烧情况，调整各参数至最佳值，确认微油点火煤粉燃烧器出口煤粉着火良好后，可缓慢增加给煤机出力，过程中适时调整配风和入炉风量。

⑿根据锅炉升温升压的要求，继续增加磨煤机出力，直至汽机冲转、机组并网。

⒀锅炉负荷达到20%BMCR以上，投入其它磨煤机，缓慢增加出力，参照机组启动曲线增加负荷。

⒁当负荷加至允许脱油负荷，炉内燃烧状况良好，可逐只停掉4只微油枪，此时4台微油点火煤粉燃烧器可以作为主燃烧器运行。

⒂后续仍按正常升温升压曲线运行。

3.4 停炉程序
1)机组降负荷，逐次停止上层燃烧器和对应的磨煤机运行；
2)当机组负荷降至最低不投油稳燃负荷后，启动前墙下层4只微油点火燃烧器；
3)机组继续降负荷，逐次停用相邻层主燃烧器及给、磨煤机；
4)机组降负荷，磨煤机调整给煤量、一、二次风量，逐渐减小给粉出力，剩前墙下层4只燃烧器；
5)前墙下层燃烧器对应的磨煤机给煤量降至磨煤机最小出力运行。

6)停该层燃烧器对应的给煤机5分钟后，停止E磨煤机，然后微油点火燃烧系统停用，锅炉灭火。

四、问题答疑
4.1 锅炉尾部二次燃烧问题
锅炉尾部烟道引起二次燃烧的主要原因是由于大油枪雾化不好燃烧不完全，使未燃烧的油滴进入尾部烟道，从而停积在尾部烟道上。

受烟道内高温烟气的加热气化从而引起二次燃烧。

微油点火不会发生尾部烟道二次燃烧，其主要原因如下：
1）微油枪出力非常微小，燃烧非常充分，不存在剩余未燃烬的油滴进入尾部烟道，
因此尾部烟道包括空预器不会由于剩余的油滴气化自燃而引起二次燃烧。

2）锅炉冷态启动采用微油点火初期时(0.5～1h)，煤粉燃烧效率不高，在85％左右，剩余未燃烬的煤粉确实进入了尾部烟道。

但是由于煤粉的挥发份已完全燃烬，因此进入锅炉尾部烟道的未燃烬煤粉中的可燃部分基本是固定碳，固定碳的着火非常困难（着火点1000℃左右），而尾部烟道达不到这么高的温度和烟气中的含氧量较低（一般为5-8%左右），因此没有引发二次燃烧的条件。

另外，为了加强运行的安全性，在利用微油点火进行锅炉冷态启动时，可以增加尾部烟道及空气预热器吹扫的次数，来减少未燃烬煤粉的堆积量。

大量微油改造工程实践也表明，进行微油改造后机组运行安全可靠，未发生任何二次燃烧的事故。

4.2 燃烧器使用寿命问题
微油气化小油枪直接点燃煤粉系统主要由气化小油枪及煤粉燃烧器组成。

⑴气化小油枪
油燃烧器无易损件，因此无使用寿命问题。

⑵煤粉燃烧器
煤粉燃烧器由一次室和二次室组成，燃烧顺序是油点燃一次室煤粉，再由一次室火焰点燃二次室煤粉，最后喷入炉膛燃烧，一次室安装在二次室内，它存在影响寿命的问题是可能产生磨损或结焦烧损。

a磨损问题:
在前墙下层主燃烧器上改造，由于它除锅炉启停及稳燃功能外，还代替了主燃烧器运行，因此磨损是一个主要问题，主要集中在一次室，所以设计时在煤粉气流冲刷部位采用耐磨合金材料与粘贴耐磨陶瓷块方案，提高其抗磨性。

同时在该处设计较低一次风速，由于磨损与速度的三次方成正比，因此可大大降低磨损速率，一次室寿命可保证6年，二次室寿命可保证8年。

在设计一次室时考虑磨损后更换方便，采用活动式的，即把一次风弯头卸开即能抽出一次室，现场检修人员能灵活操作和更换，首次一次室更换由厂家按成本价提供备件。

b烧损问题:
关于结焦烧损问题，由于燃烧器采用了多级多层风膜冷却技术，燃烧器壁温始
终保持在500℃以下，因此，不会产生结焦或烧损问题，截止目前已运行的各个电厂工程中（包括燃用易结焦煤锅炉）均未出现结焦烧损问题。

五、结束语
5.1采用微油量点火技术后，锅炉可实现微油量的启、停及稳燃，节油率在90%以上，综合节能效益80%，锅炉启动一次耗油约5t，投资回报期1年。

另外，采用该技术可实现锅炉点炉初期和低负荷稳燃期间投入电除尘，有益于环保。

5.2微油量点火技术改造在四只主燃烧器上进行，利用微油量气化燃烧煤粉燃烧器替代原煤粉燃烧器，既有点火功能又具有主燃烧器功能，送粉利用原送粉管道。

整个系统改造简单，运行维护量小，投资费用低。

（11）附图
1.燃烧器结构示意图
2．微油点火控制与保护逻辑图
．燃油系统图
4.雾化压缩空气系统图
5．高压风系统。