火力發(fā)發(fā)電廠點(diǎn)火系統(tǒng)優(yōu)化

火力發(fā)電廠點(diǎn)火系統(tǒng)優(yōu)化作者：顧英春，田慶峰文章來(lái)源：本站原創(chuàng)點(diǎn)擊數(shù)：惡更新時(shí)間：2010-8-2613:47:57顧英春1，田慶峰2（1.武漢鍋爐股份有限公司，湖北武漢430205；2.中南電力設(shè)計(jì)院，湖北武漢430071）摘要：文章以某電廠600MW超臨界機(jī)組為例，對(duì)鍋爐的點(diǎn)火系統(tǒng)提出了改進(jìn)方案，并比較了采用等離子點(diǎn)火技術(shù)和小油槍點(diǎn)火技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)和節(jié)油效果。關(guān)鍵詞：點(diǎn)火系統(tǒng)；等離子；小油槍?zhuān)还?jié)油；油系統(tǒng)優(yōu)化中圖分類(lèi)號(hào)：TK227 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2010）22-0119-031概述隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)騰飛和國(guó)力的不斷增強(qiáng)，我國(guó)已經(jīng)成為僅次于美國(guó)的全球第二大石油消費(fèi)國(guó)。但同時(shí)我國(guó)人均石油資源相對(duì)不足。在這種背景下，節(jié)約能源中的節(jié)油工作就具有極為重要的特殊意義。鑒于國(guó)內(nèi)石油資源有限，加之國(guó)際油價(jià)上漲，國(guó)內(nèi)在火力發(fā)電廠鍋爐節(jié)油點(diǎn)火、穩(wěn)燃技術(shù)方面發(fā)展迅速，目前在技術(shù)上主要有三大流派：等離子點(diǎn)火技術(shù)、氣化小油槍點(diǎn)火技術(shù)和高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)。等離子點(diǎn)火技術(shù)是利用磁場(chǎng)控制電離產(chǎn)生的直流空氣等離子體、形成高溫“火核”引燃煤粉的技術(shù)，該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，目前已經(jīng)投運(yùn)和正在安裝的機(jī)組已超過(guò)200臺(tái)；氣化小油槍點(diǎn)火技術(shù)是將霧化成超細(xì)的油滴在極短的時(shí)間內(nèi)氣化后引燃，產(chǎn)生高溫點(diǎn)燃煤粉的技術(shù)，該技術(shù)已在多臺(tái)單機(jī)容量300MW及以下機(jī)組使用，600MW機(jī)組已有少量的運(yùn)行業(yè)績(jī)；高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)是利用中頻感應(yīng)產(chǎn)生高溫空氣引燃煤粉的技術(shù)，該技術(shù)為國(guó)家863計(jì)劃《燃煤鍋爐超低負(fù)荷潔凈高效控制與運(yùn)行技術(shù)的研究》項(xiàng)目的子課題，計(jì)劃近期將進(jìn)行驗(yàn)收。本文將對(duì)某電廠2X600MW級(jí)超臨界機(jī)組工程對(duì)鍋爐采用的節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)進(jìn)行專(zhuān)題說(shuō)明。該電廠擬建設(shè)2臺(tái)600MW級(jí)超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，并同步建設(shè)脫硝和脫硫裝置燃料本工程設(shè)計(jì)煤種選用平頂山煙煤，校核煤種選用淮北煙煤，煤質(zhì)資料見(jiàn)下表所示。鍋爐點(diǎn)火及助燃油采用0號(hào)輕柴油。號(hào)序目項(xiàng)號(hào)符單位頂山平煤淮北煙煤1兀素分析碳收到基Car%.2651.3851收到基Har%3.3.氫1212收到基Oar%4.4.氧1105收到基Nar%0.0.氮8085收到基St,%0.0.全硫ar49462工業(yè)分析收到基Mar%6.9.水分2356灰分收到基Aar%.9933.5830空氣干Mad%0.1.燥基水分7020干燥無(wú)Vda%3320灰基扌車(chē)發(fā)分f.72.123收到基低位發(fā)熱量Qar.netkJ/kg80020320194可磨系數(shù)HGI/6972溫度灰熔融變形溫DT°C>1>1度500500軟化溫ST°C>1>1度500500流動(dòng)溫FTC>1>1度500500鍋爐及制粉系統(tǒng)本工程的建設(shè)規(guī)模為2X600MW級(jí)超臨界機(jī)組，設(shè)計(jì)鍋爐采用600MW級(jí)超臨界壓力燃煤直流鍋爐，單爐膛，一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，鍋。本工程采用中速磨煤機(jī)正壓直吹式冷一次風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，每臺(tái)鍋爐配置6臺(tái)中速磨煤機(jī)，5臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。等離子點(diǎn)火技術(shù)介紹等離子點(diǎn)火機(jī)理等離子點(diǎn)火裝置利用直流電流在一定介質(zhì)氣壓的條件下接觸引弧，并在強(qiáng)磁場(chǎng)控制下獲得穩(wěn)定功率的定向流動(dòng)空氣等離子體，該等離子體在點(diǎn)火燃燒器中形成T>4000K的梯度極大的局部高溫火核，煤粉顆粒通過(guò)該等離子體火核時(shí)，在千分之一秒內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物，并使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于反映是在氣固兩相流中進(jìn)行，高溫等離子體使混合物發(fā)生了一系列物理化學(xué)變化，近而使煤粉的燃燒速度加快，達(dá)到點(diǎn)火并加速煤粉燃燒的目的，大大減少了促使煤粉燃燒所需要的引燃能量。等離子發(fā)生器工作原理等離子發(fā)生器是利用強(qiáng)磁場(chǎng)控制下獲得穩(wěn)定功率的定向流動(dòng)空氣等離子體的發(fā)生器，它由線(xiàn)圈、陰極、陽(yáng)極等組成。其中陰極材料采用具有高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱、耐氧化的金屬材料制成。陽(yáng)極亦由高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱率及抗氧化的金屬材料制成，它們均采用水冷方式冷卻，以承受電弧高溫沖擊。線(xiàn)圈在高溫250°C情況下具有抗2000V的直流電壓擊穿能力，電源采用全波整流并具有恒流性能。其工作原理如圖1。在冷卻水及壓縮空氣滿(mǎn)足條件后，首先設(shè)定電源(6)的工作輸出電流(300?400A),當(dāng)陰極(2)在直線(xiàn)電機(jī)(5)的推動(dòng)下，與陽(yáng)極(1)接觸后，電源(6)按設(shè)定的工作電流工作，當(dāng)輸出電流達(dá)到工作電流后，直線(xiàn)電機(jī)(5)推動(dòng)陰極(2)向后移動(dòng)，當(dāng)陰極離開(kāi)陽(yáng)極的瞬間，電弧建立起來(lái)，當(dāng)陰極達(dá)到規(guī)定的放電間距后，在空氣動(dòng)力和磁場(chǎng)的作用下，裝置產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧放電，生成等離子體。F辭計(jì)|阿出水1=1￡7＞圧?電屯邊口適 閽?.?王=■詣｝鈔想口圖1等離子發(fā)生器工作原理圖等離子點(diǎn)火系統(tǒng)組成等離子點(diǎn)火系統(tǒng)由等離子點(diǎn)火設(shè)備及其輔助系統(tǒng)組成，等離子點(diǎn)火設(shè)備由等離子發(fā)生器、等離子燃燒器、電源柜、隔離變壓器等組成，輔助系統(tǒng)由載體空氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)、冷爐制粉系統(tǒng)、一次風(fēng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、等離子燃燒器壁溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等組成。等離子點(diǎn)火技術(shù)的應(yīng)用范圍等離子點(diǎn)火技術(shù)的應(yīng)用原則一般如下：⑴煤質(zhì)條件：Vdaf$16%的貧煤、煙煤和褐煤，但褐煤只限于中速磨系統(tǒng)。燃燒方式：四角切圓直流燃燒器或前后墻對(duì)沖旋流燃燒器。等離子點(diǎn)火在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀等離子點(diǎn)火在600MW及以上機(jī)組的應(yīng)用業(yè)績(jī)已經(jīng)達(dá)到了150多臺(tái)，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。小油槍少油點(diǎn)火技術(shù)介紹小油槍氣化燃燒器工作原理小油槍氣化燃燒器的工作原理是：先利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎，霧化成超細(xì)油滴進(jìn)行燃燒，同時(shí)用燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)燃料進(jìn)行初期加熱、擴(kuò)容、后期加熱，在極短的時(shí)間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)氣化，使油槍在正常燃燒過(guò)程中直接接觸氣體燃料，從而大大提高燃燒效率及火焰溫度。氣化燃燒后的火焰剛性極強(qiáng)、其傳播速度超過(guò)聲速，火焰中心溫度超過(guò)1500°C?2000°C，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)直接點(diǎn)燃煤粉燃燒，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐啟動(dòng)、停止及低負(fù)荷穩(wěn)燃。壓縮空氣主要用于點(diǎn)火時(shí)實(shí)現(xiàn)燃油霧化、正常燃燒時(shí)加速燃油氣化及補(bǔ)充前期燃燒需要的氧量，高壓風(fēng)主要用于補(bǔ)充后期加速燃燒所需的氧量。氣化小油槍?zhuān)▓D2）由進(jìn)油管、壓縮空氣管、高壓風(fēng)管、蒸發(fā)氣化管、儲(chǔ)存器、噴嘴、穩(wěn)燃腔等構(gòu)成。工作過(guò)程是由進(jìn)油管來(lái)油首先進(jìn)入蒸發(fā)氣化管進(jìn)行初期加熱氣化，獲得一定壓力、溫度的油氣混合燃料再進(jìn)入儲(chǔ)存器進(jìn)行擴(kuò)容氣化，之后經(jīng)過(guò)油嘴高速?lài)姵鲞M(jìn)入穩(wěn)燃腔進(jìn)行燃燒，利用穩(wěn)燃腔壁面和火焰的高溫輻射加速完成燃料的后期加熱氣化，實(shí)現(xiàn)氣化燃燒。壓縮空氣主要用于點(diǎn)火時(shí)實(shí)現(xiàn)燃油霧化、正常燃燒時(shí)加速燃油氣化及補(bǔ)充前期燃燒需要的氧量；高壓風(fēng)主要用于補(bǔ)充后期加速燃燒所需的氧量。圖2氣體小油槍外觀三維圖直接點(diǎn)燃煤粉的工作原理電站鍋爐的啟、停及穩(wěn)燃用油槍通常布置在二次風(fēng)噴嘴中，它的熱功率比較大，一般出力為1.5?2.0t/h。在鍋爐點(diǎn)火或穩(wěn)燃階段，首先由大油槍提高爐膛溫度，高溫?zé)煔庠谕ㄟ^(guò)對(duì)流、輻射換熱將熱量傳遞給一次風(fēng)射流，大油槍燃油中僅有1/4的發(fā)熱量參與了煤粉射流的點(diǎn)火，因此導(dǎo)致鍋爐耗油量較大。將小油槍布置在一次風(fēng)噴嘴中，該油槍的發(fā)熱量全部用于煤粉氣流的升溫點(diǎn)燃，形成煤粉火焰與油火焰成相互支持，著火穩(wěn)定，從而產(chǎn)生以煤代油的燃燒效果。由理論計(jì)算分析，采用10?20kg/h的小油槍實(shí)現(xiàn)主燃燒器3?5t/h煤粉的直接點(diǎn)燃是不可能的，點(diǎn)火能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了煤粉著火熱的需要，為此小油量氣化燃燒直接點(diǎn)燃煤粉技術(shù)采用了逐級(jí)燃燒方式，首先由小油槍直接點(diǎn)燃300?500kg/h、濃度為0.4?0.6kg/kg的煤粉，煤粉在快速加熱時(shí)揮發(fā)物迅速析出著火，在煤粒表面燃燒產(chǎn)生的熱量使煤粒表面形態(tài)及孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生很大變化，提高了煤焦的反應(yīng)性能和燃燒速率，改善煤粉的燃燒特性，使得這一部分煤粉極易著火，然后由能量得到放大的火炬再直接點(diǎn)燃更多的煤粉（1kg煤粉燃燒可點(diǎn)燃20kg左右的煤粉），最終實(shí)現(xiàn)利用小油量直接點(diǎn)燃熱功率相當(dāng)于主燃燒器的煤粉量。通過(guò)工業(yè)性試驗(yàn)得出：利用小油量技術(shù)通過(guò)煤粉多級(jí)燃燒器可點(diǎn)燃煤粉3?5t/h。多級(jí)煤粉燃燒器由一次燃燒室、二次燃燒室、周界冷卻二次風(fēng)等構(gòu)成。其工作過(guò)程是由小油槍氣化燃燒產(chǎn)生的高溫火焰，首先點(diǎn)燃進(jìn)入一次室的濃相煤粉，然后再由已點(diǎn)燃的濃相煤粉進(jìn)入二次室點(diǎn)燃稀相煤粉，最后噴入爐膛繼續(xù)燃燒，可獲得較大的熱能，滿(mǎn)足鍋爐啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃的需求。圖3點(diǎn)火煤粉燃燒器外觀三維圖小油槍點(diǎn)火系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)小油槍點(diǎn)火系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)如下：油壓：0.6?0.8MPa；單只油槍出力：15?20kg/h（針對(duì)貧煤，帶輔助油槍單套出力30~40kg/h）；壓縮空氣壓力：0.25?0.3MPa；壓縮空氣流量：0.9Nm3/min左右；油槍高壓風(fēng)壓力：5000Pa左右；油槍高壓風(fēng)流量：500m3/h左右；氣化油槍燃燒火焰中心溫度：1500°C?2000°C；送粉及燃燒系統(tǒng)：一次風(fēng)風(fēng)速：20?30m/s；可點(diǎn)燃煤粉量3?5t/h；送粉風(fēng)溫：廠房?jī)?nèi)空氣溫度；二次風(fēng)風(fēng)量：根據(jù)燃燒器壁溫控制，保證燃燒器壁溫不超過(guò)450C。小油槍點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用范圍相對(duì)而言，小油槍點(diǎn)火技術(shù)對(duì)煤種的適應(yīng)性要比等離子點(diǎn)火技術(shù)寬的多，可廣泛適用于貧煤、煙煤、褐煤及優(yōu)質(zhì)的無(wú)煙煤，可適用四角切圓、對(duì)沖燃燒方式及中間儲(chǔ)藏式、直吹式制粉系統(tǒng)。小油槍點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀小油槍點(diǎn)火技術(shù)是上世紀(jì)末發(fā)展起來(lái)的一種少油點(diǎn)火技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家較多，比較知名的廠家主要有煙臺(tái)龍?jiān)?、徐州燃燒控制研究院有限公司、浙江大學(xué)等，目前小油槍點(diǎn)火技術(shù)已逐步應(yīng)用到了600MW機(jī)組上來(lái)。節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證5.1節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)的選擇如前所述，等離子點(diǎn)火裝置對(duì)于煤種有一定的適應(yīng)性，揮發(fā)份只是衡量能否應(yīng)用等離子點(diǎn)火技術(shù)的重要指標(biāo)之一，等離子點(diǎn)火技術(shù)的應(yīng)用對(duì)燃煤的灰分、水分也有一定的要求，過(guò)于難燃的煤種是不應(yīng)采用等離子點(diǎn)火裝置的。一般而言當(dāng)VdafV16%的煤種，實(shí)現(xiàn)等離子點(diǎn)火存在一定的困難。小油槍點(diǎn)火技術(shù)對(duì)煤種的適應(yīng)性要比等離子點(diǎn)火技術(shù)寬的多，可廣泛適用于貧煤、煙煤、褐煤及優(yōu)質(zhì)的無(wú)煙煤，但小油槍點(diǎn)火技術(shù)由于起步較晚，在大型火電項(xiàng)目上應(yīng)用業(yè)績(jī)不如等離子點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用的廣泛。本工程設(shè)計(jì)煤種和校核煤種的干燥無(wú)灰基揮發(fā)份分別為33.72%、20.12%，從煤質(zhì)資料、制粉系統(tǒng)、燃燒方式而言，本工程采用等離子點(diǎn)火技術(shù)或少油點(diǎn)火技術(shù)均是可行的。5.2節(jié)油效果分析根據(jù)中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)技經(jīng)中心〔2007〕7號(hào)文《關(guān)于調(diào)整和修改火力發(fā)電廠工程基建階段燃油和蒸汽用量標(biāo)準(zhǔn)及其計(jì)算公式的通知》，單臺(tái)600MW機(jī)組試運(yùn)行期間消耗的燃油定量約為46211,采用等離子點(diǎn)火或其它節(jié)油點(diǎn)火方式時(shí)，耗油量按規(guī)定數(shù)量的0.2倍計(jì)算。根據(jù)該文件的規(guī)定，采用等離子點(diǎn)火技術(shù)或少油點(diǎn)火技術(shù)后，2X600MW整個(gè)試運(yùn)期間的可節(jié)約燃油7393.61。以下我們以采用等離子點(diǎn)火為例來(lái)計(jì)算其節(jié)油效果的經(jīng)濟(jì)性，如采用小油槍點(diǎn)火技術(shù)，也可得出相同的結(jié)論，除設(shè)備本身的費(fèi)用和系統(tǒng)耗電外，其計(jì)算方法相同。節(jié)約燃油的費(fèi)用7393.61X5580元/1=4125.6萬(wàn)元(輕柴油價(jià)格按5580元/1計(jì)算)燃煤替代燃油的費(fèi)用設(shè)計(jì)煤種的低位發(fā)熱量：20.8MJ/kg輕柴油的低位發(fā)熱量：42.0MJ/kg標(biāo)準(zhǔn)煤的低位發(fā)熱量：29.31MJ/kg標(biāo)煤價(jià)格：550元/1原煤價(jià)格：550X20.8/29.31=390.31元/1燃煤替代燃油的費(fèi)用7393.6X42/20.8X390.31=582.7萬(wàn)元制粉電耗和等離子點(diǎn)火電耗費(fèi)用中速磨制粉系統(tǒng)的制粉電耗：23kWh/1單臺(tái)中速磨煤機(jī)的運(yùn)行出力：空561/臺(tái)單臺(tái)等離子點(diǎn)火燃燒器的功耗：200kVA每臺(tái)鍋爐等離子點(diǎn)火燃燒器的數(shù)量：4只等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的電耗：4X200/56=14.3kWh/1成本電價(jià)：0.234元/kWh燃煤替代燃油的數(shù)量：7393.6X42/20.8=14929t采用等離子點(diǎn)火的耗電費(fèi)用14929X(23+14.3)X0.234=13.0萬(wàn)元等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的設(shè)備費(fèi)用單臺(tái)鍋爐的整套等離子點(diǎn)火系統(tǒng)費(fèi)用：600萬(wàn)元/臺(tái)爐試運(yùn)期間兩臺(tái)爐的總費(fèi)用4125.6-582.7-13.0-2X600=2329.9萬(wàn)元通過(guò)以上的分析計(jì)算可知，采用等離子點(diǎn)火技術(shù)后，在調(diào)試運(yùn)行期間，除收回投資外，還可以節(jié)省約2300萬(wàn)元，機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行后，每年還可節(jié)省冷態(tài)、熱態(tài)鍋爐啟動(dòng)的燃油費(fèi)用。油罐及供油系統(tǒng)的容量選擇根據(jù)目前的工程應(yīng)用情況，鍋爐采用等離子點(diǎn)火技術(shù)或少油點(diǎn)火技術(shù)后，燃油系統(tǒng)仍應(yīng)保留，但可適當(dāng)減小燃油系統(tǒng)容量，在初設(shè)階段，應(yīng)根據(jù)爐型、燃煤特性、耗油量、燃油來(lái)源和運(yùn)輸條件等研究確定油罐容量和燃油系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量；鍋爐廠應(yīng)根據(jù)節(jié)油點(diǎn)火裝置的特點(diǎn)，適當(dāng)減小油槍的出力(一般2X600MW機(jī)組燃油系統(tǒng)的出力按15~20%BMCR鍋爐輸入熱量計(jì)算，設(shè)置2X500m3油罐)。本工程鍋爐點(diǎn)火及助燃油采用0號(hào)輕柴油，汽車(chē)運(yùn)油，交通方便，不存在制約交通運(yùn)輸?shù)钠款i，理論上講采用等離子點(diǎn)火技術(shù)或小油槍點(diǎn)火技術(shù)后2X500m3油罐可滿(mǎn)足本期工程2X600MW機(jī)組的需要。結(jié)論根據(jù)本工程的煤質(zhì)情況，采用等離子點(diǎn)火技術(shù)或小油槍點(diǎn)火技術(shù)均是可行的，在機(jī)組調(diào)試運(yùn)行階段即可收回投資并可節(jié)省約2300萬(wàn)元，機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行后，每年還可節(jié)約鍋爐冷熱態(tài)啟動(dòng)的燃油費(fèi)用。采用等離子點(diǎn)火技術(shù)或小油槍點(diǎn)火技術(shù)后，油罐及供油系統(tǒng)的容量可適當(dāng)減小，鑒于本工