1000MW超超临界发电机组点火油系统设计优化
吴江
（江苏新海发电有限公司江苏连云港222023）
则，对新海发电有限公司新建2×1000MW超超临界燃煤机组点火油系统设计、供油泵容量及 摘要：文中结合新海发电有限公司老厂现有情况，基于“可行性、可靠性、经济性”三大原配置、卸油设施的配置以及油耀容量的配置进行充分论证，提出点火油系统设计优化方案，既节约工程投资，也节约今后运行成本.
关键词：1000MW机组；燃油系统：设计优化
中图分类号：TK229.4文献标志码：B文章编号：1009-3230（2013）07-0014-05
1000MWUltra-supercriticalTurbineOilSystemOptimization Design of Ignition
WU Jiang(Jiangsu Xinhai Power Company Limited Lianyungang 222023 China)
Abstract: With the development of 1000MW Ultra-supercritical units will bee the main units inpower construction and development of our country million ultra-supercritical break the conventionalgeneration Co.Ld.ased on ‘the fesibility reliability cnomyof the three major priniples design has bee an inevitable. In this paper bined with the new old factory existing powerin Xinhai Power Company Limited of 2 x 1000MW supercritical coal-fired unit ignition oil systemdesign pump capacity and allocation unloading facilities and configuration of tank capacity isanalyzed in detail put forward the optimized design scheme of ignition oil system not only savingengineering investment but also save the operation cost.
Key words: 1000MW unit; Fuel oil system; Design optimization
依据.合理选择和配置燃油系统，不仅可以节省济性[1-3). 初投资，而且还可以节省运行费用，提高机组的经
1概述
燃煤电厂燃油系统是火电厂重要的辅助系统之一，主要功能是为燃煤锅炉提供启动点火及低负荷助燃用油，包括卸油、储存、过滤、输送及污油处理，也可为启动锅炉和柴油发电机组提供燃料.
2启动助燃油枪的选择
2.1燃油品质
根据对近年来一些600MW以上机组试运和运行情况的调研情况，绝大多数电厂的点火及助燃油系统均采用轻柴油，只有少数几家电厂采用重油作为点火或助燃用油.
燃油系统的优化主要目的是通过分析合理确定：点火用油、启动用油、助燃用油的合理油种，合理负荷率、合理炉前油压等，为供油泵流量、压头及裕量的合理匹配，以及供油泵的设置台数提供
其主要原因是：采用轻油作为点火、启动及助燃用油虽然运行费用要比重油高一些，但燃油系统简单，没有庞大的加热和吹扫设施，不必消耗额
外的加热能量，采购、装卸、贮运方便，便于运行管理，环境卫生好，设备投资少，占地少.目前已有不少原设计燃用重油作点火、启动及助燃用燃料的电厂改为燃用轻柴油.
工程地处经济相对较为发达的华东地区，所需燃油均为外购.从可靠性、采购、方便运行等角度考虑，工程燃油系统油源为轻柴油.
2.2启动助燃油枪雾化方式介绍及比较
火力发电厂锅炉燃油系统的油枪形式按其功能主要分为：点火油枪、启动助燃油枪.当锅炉点火方式采用等离子或微油点火技术时，启动助燃油枪的雾化方式主要有三种：机械压力式雾化油枪、“Y”型蒸汽-机械雾化油枪及气泡雾化油枪.
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，其结好时雾化颗粒度可达120wm左右，而且分布不均 构简单，使用操作方便，但其雾化效果较差，设计良匀，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Φ1.8mm左右），容易出现结焦堵塞，冷炉点火冒黑烟现象.
机械雾化油枪流量调节特性曲线如图1所示.
图1喷嘴喷油量、雾化角和油压的关系曲线
“Y"型蒸汽雾化油枪雾化机理主要是利用
高油压与蒸汽之间的相对运动来进行剪切、撞击、旋转雾化的.其结构特点主要在油枪枪头处有一"Y”型装置，在其出口处形成油汽之间的相对运动，通过蒸汽不断的剪切油来雾化的，克服的是燃油的粘性力，其出口孔径一般为1.8mm左右，雾化颗粒度可达100wm左右，因此，也存在雾化效果差，燃烧不充分，容易出现结焦、堵塞，冷炉点火冒黑烟现象.
蒸汽雾化油枪流量调节特性曲线如图2所示.
图2“Y"型雾化油枪流量调节特性曲线
气泡雾化的设想最初是由美国A.H.Web-和IS.Chin于1986年提出.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）注人到低压油里面，在一混合腔内混合，形成油包气的特定流态一气泡流，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，所以其能耗小，雾化额粒度细（一般可达50um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.
另外，根据油滴燃烧直径平方-直线定律，即扬程为320m.
新海发电有限公司2×1000MW级机组属于原2×220MW及2×330MW机组使用.而根据上文计算，本期新建机组设计燃油量为58.65m/h，其100%与50%容量分别为58.65m²/h，29.33m'/h.
(1)
秒后的油滴直径（mm）；t为燃烧时间（s）；k为燃烧速度常数（mm²/s），k由实验确定.
当8=0时，即油滴烧完，此时可得到直径为0的油滴燃烧所需的时间为：=&/k.
由上可知，油滴初始直径平方与燃尽时间成正比.因此，等量的燃油，油滴雾化直径越小，燃尽时间越短，燃烧热效率越高.因为气泡雾化的颗粒直径比机械压力雾化的颗粒直径小得多，所以等量的液体燃料燃烧释放全部能量的时间，前者比后者小的多，从面使气泡雾化燃烧温度比压力雾化高300℃以上.在此种情况下，就可以相对较早投人煤粉，早撒油枪，节约燃油.
4卸油设施论证
4.1工程设计特点
电厂点火和启动助燃用油可采用铁路、公路、水路运输或管道输送.对距油源较近的发电厂，可采用汽车运输；当水路来油时，卸油码头宜与灰渣码头、运大件码头或煤码头合建.
新海发电有限公司属于位于连云港市海州区，厂址处于连云港市的西南边缘地区，因此燃油主要来源于连云港市内，燃油运输按汽车运输方式考虑.
3供油系统及供油泵容量
3.1燃油系统出力
老厂现有两台卸油泵，参数如下：流量86m²/h，扬程90m.
根据《火力发电厂设计技术规程）（DL5000-2000）的8.4.2条的规定：全厂点火及助燃油系统的设计出力应按下列要求选择：
4.2卸油设施选择
目前油罐车的容量有10t25t、40t几种，考虑在2h以内卸完三车燃油，设置两台汽车卸油泵，1台运行1台备用，因此卸油泵最大出力按照3 ×40×1.1/0.83/2=80m²/h考虑.
（1）单一油种的系统出力宜不小于一台锅炉最大的点火油量与另一台最大容量锅炉启动助燃油量之和.
（2）锅炉点火燃油量应根据锅炉厂所配点火油枪需同时使用部分的总出力来确定.
4.3结论
对比老厂现有卸油泵参数，其可以满足本期新建工程需要.因为卸油泵属于不经常使用设 备，保留原有卸油泵继续使用，既节省了初投资，其可靠性及经济性也可以保证，原有卸油泵可以继续使用.
（3）锅炉启动助燃油量应根据煤种和炉型、燃烧器布置特点选择：当燃用烟煤、高挥发分贫煤10%. 时，宜为锅炉最大连续蒸发量工况下输人热量的
3.2方案比较及结论
选用2×100%1×30%或3×50%；也可选用两台，容量按2×100%选用.另本期锅炉采用气泡雾化技术油枪，根据锅炉厂资料，其供油母管（油枪调节阀前）设计压力不大于1.8MPa，即扬程不增加电厂运行管理工作量，遭遇恶劣天气或突发
定：全厂燃油系统供油泵台数宜为3台，其容量可5.1设计要求及本工程特点
燃煤电厂的燃油油罐需要有适当的容量，容量太大，会增加油罐材料、土建、消防等各方面的投资；油罐容积太小，燃油很快用完，来油周期短，大于220m.又根据管道初步布置，计算供油泵事故时，燃油来不及补充，对电厂的连续、稳定运
行带来风险.
稿）》的推荐，采用节油点火系统时，助燃油罐宜按下列规定选用：3000th级锅炉，为2×（500-800 m²).
工程的特点是：老厂现共有三只油罐，两只500m”，一只1000m”，且三只油罐相互连通，贮油总容量满足规范.两只500m”为220MW机组建设时所建，由于使用时间已经很长，油罐老化严重，220MW停机后目前已经停用，急需改造；一只1000m为300MW机组建设时所建，目前仍在使用之中.对比设计规范及现有厂址条件，在满足运行要求的条件下，应尽量减少油罐的容量，从面实现”经济适用、降低造价”的目的.下面我们将论证老厂现有油罐容量满足新建2×1000MW机组要录，即不需要新增加油罐.
5.2考虑节油点火系统的油罐容量设计
5.2.1单台锅炉用油量计算
电厂用油量基本取决于锅炉燃油系统的出力、机组启停次数、电厂运行习惯等几方面因素.本工程采用微油冷炉点火方式，油罐的容量不再考虑冲管和调试期间的用油要求，只按机组正常运行的用油量考虑.
模式，考虑机组在低负荷运行时的投油稳燃时间 按照年利用小时为5500h的机组运行统计的启动过程投油时间，分别对采用微油冷炉满足1台机组纯燃油一次冷态启动或两次温态启点火和常规燃油点火两种情况计算燃油用量.
机组启动和停机过程中如果采用微油冷炉点火，机组的启停过程不用燃油，则每年燃油用量大约比常规燃油点火助燃系统减少53.2%左右.
5.2.2油罐数量和油罐容积计算
发电厂可以通过发电计划的调整，最大限度减少2台机组同时长时间低负荷投油稳燃的时间，因此2台机组同时长时间投油燃烧的几率较小，时间也不会太长.另外锅炉装备了微油冷炉启停或停机都可以采用微油冷炉点火装置.因此
（1）机组启动
（2）长时间投油
燃油罐的储量主要考虑单台机组的启停和助燃用按照《大中型火力发电厂设计规范（意见油，两台机组同时用油的情况仅作为暂时的紧急工况进行核算，保证电厂在等离子装置故障而两台机组同时用油的时候有充分的时间采取应对措施.
按照以上单台机组用油量的计算结果，假设锅炉的微油冷炉点火装置不投，燃油的来油周期（相当于储油时间）分别的1个月（30）、15d、10d，分别计算出不同的来油周期每台机组燃油罐的容量.
当来油周期为小于15d的时候，每台机组油罐的容量可以按500m设计.以上是假定一年中每个月的用油量是相同计算的，在实际运行中，受电网负荷调度的影响，每个月的用油量其实是不相同的，因此还要核算不利情况下油罐的容量是否满足要求.以下按照机组启动和长时间助燃两种情况进行分析.
机组冷态启动需要投油时间较长，当微油冷炉点火装置故障，机组又必须启动时，假设机组启动的时候油枪都投人，既所需油量为：2×24/0.82=58.54（m²/h），则500m²油罐可供油时间为：500/58.54=8.54（h）.按照锅炉启动曲线，3.7h，在一个来油周期15d内，500m”油罐可以 冷态启动投油时间约7.5h，温态启动投油时间约动要求.
当机组调峰夜间长时间低负荷投油时，按照低负荷稳燃油量10239（kg/h）计算，500m²油罐可供油时间为：500×0.82/（10239/1000）=40.0h.
如果每天夜间投油稳燃时间按6h计算，则一只500m的燃油储罐至少可以满足机组6d的用油量.如果2台机组同时投油，全厂共2000m点火装置，与燃油点火系统互为备用，机组的计划容量的油罐可以使用12d.在这种情况下，电厂也有足够的时间组织运油和储备.
36d，完全可以满足电厂的运行要求.
5.2.3油罐方案的选择
本期工程2×1000MW锅炉建成后，全厂月均耗油按679.33x2=1358.66t.考虑到新海电厂原2x500m油罐已严重老化，可在原址新建2×500m²油罐或1×1000m²油罐，与原1000m油罐统筹全厂考虑利用，来油周期约为36d，完全可以满足电厂的运行要求.
6 经济效益分析
从表2可看出，燃油系统经优化后，充分利用老厂现有设备，新建机组共需初投资为11.5万， 比常规新建机组节约投资约171万元.
表2 投资分析对比
优化方案 妮方案项目 造价 造价配置 /万元 配置 /万元供油1×80AY50 2 ×100.AY67×8型系统 x6（含电机） 15 1 × 65.AY50 × 11 651 × 1 000 m² 型（含电机）淮区 油罐 65 000 140卸油泵无 0 2×100Y-120B（含 30电机）合计 土建费用 90 10 土建费用 19
原址新建2×500m²油罐或1×1000m²油罐两种方案比较见表1.
表！ 治费用比较表单位2x500m² 1×1000=² 备注项目继体直径 m 9.07 11.7治爆费用 万元 70 65 005基础费用 万元 8 老油灌基础相关油系 万元 4 2统费用系统配置 复杂 简单 与老厂原1000m 统等考虑总费用 万元 74 75
7 结束语
工程燃油系统经优化后，充分利用老厂现有设备，本期工程2×1000MW工程拆除原有老厂2x500m²油罐后新建1×1000m²油罐，与原1000m油罐统筹全厂考虑利用，卸油设施推荐仍用老厂设备，供油系统新加一台50%容量变频供 油泵，采用气泡雾化方式点火系统，不但大大节约电厂调试用燃油、节约电厂占地面积，而且也节约了工程投资.
从上表1可以看出，原址新建2x500m²油罐或1x1000m²油罐两者费用相差不大.从全厂统筹考虑，两台油罐比一台油罐要多出一套油罐区相关阀门管道，且500m油罐与原300MW机组所用1000m”油罐体积不同，油系统比较复杂.新建1000m”油罐，全厂油系统更加简单可靠，因此推荐本工程拆除原有老厂2×500m”油罐后，新建1×1000m²油罐满足储油需要.
参考文献
[1]吴蹈蹈，育生基，发电机定子公路装运安全稳定性研究[J].森林工程 2007 23（3）：67-69.[2]张继文.基于Q参数化方法的水轮发电机组鲁棒控器设计[J]-盘林工程 2008 24（1)：48-5061.[3]来敏亚，流谈汽轮发电机机组基磁的设计[J].森林工程，2000 16（5）：21-24.
综上，考虑到厂址位于城市近郊，油料供应稳定.本期工程2×1000MW工程拆除原有老厂2x500m²油罐后新建1×1000m²油罐，与原1000m²油罐统筹全厂考虑利用，来油周期约为
