燃油式风道加热器的应用及故障分析
时间：2023-06-04 11:35:22 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
王卫华
（北京华科同和科技有限公司，北京 100045）
对于采用直吹式制粉系统的锅炉，冷态启动点火初期必须将热一次风温度短时间内提升至磨煤机启动允许值[1]。加热一次风主要有3种方案[2]：邻炉热风联络母管、蒸汽暖风器、燃油式风道加热器。邻炉热风需要考虑邻炉的运行情况，蒸汽暖风器存在投资大、辅助蒸汽用量大、易泄漏的问题，而燃油式风道加热器具有结构简单、燃烧稳定、调节灵活的特点。对于入炉煤收到基水分高的褐煤机组，宜采用燃油式风道加热器。
1.1 锅炉设备
某锅炉型号为HG-2 145/29.3-HM15，为高效超超临界参数、变压运行直流炉，采用三分仓回转式空气预热器串联一次风管式空气预热器。每台炉配两层等离子系统，位于燃烧器的A、C层。本工程为无助燃油电厂，全厂不设锅炉点火及稳燃用油系统。制粉系统采用中速磨正压直吹式冷一次风制粉系统，每台锅炉配7台中速磨煤机，布置在锅炉两侧。设计煤种属高水分、高挥发份、中低硫、中等灰分、低热值的褐煤。表1为锅炉主要参数，表2为煤质分析。
表1 锅炉主要参数
表2 煤质分析
1.2 燃油式风道加热器
在锅炉两侧的管式空气预热器后的热一次风母管上，分别加装燃油式风道加热器，在锅炉冷态启动时利用风道加热器将磨煤机入口一次风加热到制粉需要的温度。每台炉设置2台风道加热器，分别为A层风道加热器和C层风道加热器，每层风道加热器包含4支油枪。风道加热器的设计进口空气温度为20 ℃，出口200～250 ℃。
风道加热器系统主要由加热混合室、油燃烧装置、可见光火检装置、点火装置及辅助系统等组成。图1为热一次风道及风道加热器布置示意图，图2为风道加热器结构图。
图1 热一次风道及风道加热器布置示意图
图2 燃油式风道加热器结构图
1）风道加热器系统阻力小。风道加热器安装在热一次风道内，机械机构增加的阻力＜100 Pa。本工程为褐煤锅炉，为提高热一次风温，采用三分仓回转式空气预热器串联一次风管式空气预热器，一次风系统阻力大。为减少一次风系统阻力，适宜采用风道加热器来加热一次风。
2）风道加热器出口风温提升快[1,3]。风道加热器投入运行到磨煤机入口风温到达设计值，用时一般在20 min内。尽可能缩短磨煤机投入运行的时间，提高炉膛温度，从而减少锅炉启动时间，达到节能降耗的效果。
3）风道加热器出力大。每台炉设置2台风道加热器，每台风道加热器包含四支油枪，单支油枪出力为100 kg/h～300 kg/h。风道加热器的设计进口空气温度为20 ℃，出口可将A、C磨煤机入口风温同时加热至200～250 ℃。A、C磨煤机最小通风量分别为104.4 t/h。
4）风道加热器出力调节灵活[4]。通过调整油枪投入数量和燃油母管压力可以灵活调节风道加热器的出力，满足制粉系统对于一次风风量和风温的要求。
5）风道加热器辅助蒸汽用量小。风道加热器在进行油管路吹扫时需要用到辅助蒸汽，且用量较少。本工程不设启动锅炉，锅炉冷态启动时所用蒸汽来自临炉或临厂，采用风道加热器可以减少锅炉启动初期辅助蒸汽用量。
6）风道加热器降低一次风含氧量。燃油在风道内燃烧，消耗一次风中的氧量，降低了燃烧器喷口风粉混合物的含氧量。本工程采用等离子点火系统，燃烧器喷口风粉混合物的温度和含氧量对煤粉的着火和燃烧速度都有很大的影响，实际运行中需要综合考虑二者之间的关系[5]。
依据本工程实际情况，综合对比加热一次风的3种方案：邻炉热风联络母管、蒸汽暖风器、燃油式风道加热器，最终选定燃油式风道加热器方案。
3.1 应用情况和故障现象
风道加热器使用0号轻柴油作为燃料，燃油来自于机组柴油发电机日用油箱，通过调门可以调整油枪出力。吹管期间，锅炉投运1台磨煤机即可达到吹管参数。风道加热器总计投运4次，其中A层风道加热器投运3次，C层风道加热器投运1次。
吹管第一阶段，投运C层风道加热器和C层等离子燃烧器。燃油母管压力1.0 MPa，投运2支油枪即可保证C磨煤机入口风温达到200 ℃。C层风道加热器实际使用中，未发生风道壁温超温。
吹管第二阶段，投运A层风道加热器和A层等离子燃烧器。运行中燃油母管压力稳定在1.0 MPa，投运A1或A2油枪，风道壁温超温，投运A3和A4油枪，风道壁温正常，A1和A2油枪投运过程中油箱油位下降较快，A3和A4油枪投运过程中油箱油位下降较慢。A层风道加热器实际使用中，存在短时间风道壁温超温。
吹管第三阶段，投运A层风道加热器和A层等离子燃烧器。试投A1和A2油枪，仍然存在风道壁温超温的现象。
吹管第四阶段，投运A层风道加热器和A层等离子燃烧器。同时投运A3和A4油枪，未发生风道壁温超温。
吹管结束后，进入热一次风道内部进行检查，发现A层风道加热器后5根热一次风道内撑杆烧损，烧损位置偏向于风道右侧，即A1、A2油枪所在的一侧。热一次风道右侧内壁轻微变形且有积碳，热一次风道右侧膨胀节轻微变形，加热混合室右侧地面上有积碳，加热混合室内部无烧损变形。图2中标注了烧损的内撑杆所在的位置，图3为热一次风道内撑杆烧损情况。C层风道加热器未发现内撑杆、风道、加热混合室烧损变形的情况，内壁面无积碳。
图3 热一次风道内撑杆烧损情况
3.2 原因分析
经现场检查分析，排除油枪设计出力偏大、壁温测点偏差、油枪运行工况偏离设计值等因素[4,7-10]，初步判断A1、A2油枪雾化片损坏。将A1、A2、A3、A4四支油枪从风道内抽出，重新做冷态雾化试验。试验发现A1、A2油枪雾化异常，油枪喷出的部分燃油成大液滴状，A3、A4油枪雾化效果良好。将A1、A2油枪雾化片拆下后发现雾化片损坏，更换雾化片后重新进行冷态雾化试验，雾化效果良好。
A1、A2油枪雾化片损坏，导致油枪出力增大、燃油雾化不良。油枪出力增大，造成燃油量与油枪助燃风、冷却风量、加热混合室长度不匹配，火焰延长直接灼烧内撑杆，从而造成内撑杆的烧损。更换雾化片后，A层风道加热器未再发生风道壁温超温。进入热一次风道内检查，也未发现内撑杆和风道壁烧损，A层风道加热器运行良好。
1）风道壁温准确。风道加热器后必须安装壁温测点。壁温测点安装位置正确，壁温测点需经过实际传动，保证壁温测点的准确性。实际运行中，应当注意防止壁温超温。当发生壁温超温时，应及时更换投运油枪，观察壁温是否仍然超温。如果投运任何一支油枪壁温都超温，则需停运该风道加热器，查找壁温超温的原因，并进入一次风道内查看内撑杆和内壁是否有烧损。
2）燃油母管压力稳定。燃油母管压力应保持稳定，通过调整燃油母管压力来调整油枪出力时，应缓慢调整，防止燃油母管压力的突然波动造成油枪熄火。
3）油枪点火前，保证磨煤机具有一定的通风量，使风道加热器油枪位置的一次风具有流动性，防止局部过热致使风道烧损。
4）雾化用压缩空气量与油枪出力相匹配，保证油枪的雾化效果。冷态时进行油枪雾化试验，查看油枪雾化效果。
5）助燃风量与油枪出力相匹配。热一次风道风压较高，助燃风来源需要合理选择，保证助燃风量与油枪出力相匹配。
6）每次停炉后，要进入热一次风道内检查油枪是否有烧损、加热混合室地面和风道内是否有积碳、风道内壁和内撑杆是否有烧损。
对于采用直吹式制粉系统的褐煤锅炉，冷态启动时制粉系统需要的入口一次风温度高、风量大，宜采用燃油式风道加热器来加热一次风。燃油式风道加热器具有系统阻力小、风温提升快、出力大、调节灵活等特点。燃油式风道加热器会降低一次风含氧量，对燃烧器喷口煤粉的着火和燃烧有负面影响。
实际使用中，应在风道内有一定的通风量后，再启动燃油式风道加热器，防止局部过热致使风道烧损。要关注风道壁温，防止壁温超温。应及时投入油枪连锁，以便于油枪灭火后能够及时关闭进油阀，防止大量燃油喷入热一次风道。每次停炉后，要进入热一次风道内检查油枪是否有烧损、加热混合室地面和风道内是否有积碳、风道内壁和内撑杆是否有烧损。
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