火力發(fā)發(fā)電廠點火系統(tǒng)優(yōu)化

火力發(fā)電廠點火系統(tǒng)優(yōu)化作者：顧英春，田慶峰文章來源：本站原創(chuàng)點擊數(shù)：惡更新時間：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.中南電力設計院，湖北武漢430071）摘要：文章以某電廠600MW超臨界機組為例，對鍋爐的點火系統(tǒng)提出了改進方案，并比較了采用等離子點火技術和小油槍點火技術的技術特點和節(jié)油效果。關鍵詞：點火系統(tǒng)；等離子；小油槍；節(jié)油；油系統(tǒng)優(yōu)化中圖分類號：TK227 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2010）22-0119-031概述隨著我國經(jīng)濟騰飛和國力的不斷增強，我國已經(jīng)成為僅次于美國的全球第二大石油消費國。但同時我國人均石油資源相對不足。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。鑒于國內石油資源有限，加之國際油價上漲，國內在火力發(fā)電廠鍋爐節(jié)油點火、穩(wěn)燃技術方面發(fā)展迅速，目前在技術上主要有三大流派：等離子點火技術、氣化小油槍點火技術和高溫空氣無油點火技術。等離子點火技術是利用磁場控制電離產生的直流空氣等離子體、形成高溫“火核”引燃煤粉的技術，該技術已在國內得到廣泛應用，目前已經(jīng)投運和正在安裝的機組已超過200臺；氣化小油槍點火技術是將霧化成超細的油滴在極短的時間內氣化后引燃，產生高溫點燃煤粉的技術，該技術已在多臺單機容量300MW及以下機組使用，600MW機組已有少量的運行業(yè)績；高溫空氣無油點火技術是利用中頻感應產生高溫空氣引燃煤粉的技術，該技術為國家863計劃《燃煤鍋爐超低負荷潔凈高效控制與運行技術的研究》項目的子課題，計劃近期將進行驗收。本文將對某電廠2X600MW級超臨界機組工程對鍋爐采用的節(jié)油點火技術進行專題說明。該電廠擬建設2臺600MW級超臨界燃煤發(fā)電機組，并同步建設脫硝和脫硫裝置燃料本工程設計煤種選用平頂山煙煤，校核煤種選用淮北煙煤，煤質資料見下表所示。鍋爐點火及助燃油采用0號輕柴油。號序目項號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Vda%3320灰基扌車發(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流動溫FTC>1>1度500500鍋爐及制粉系統(tǒng)本工程的建設規(guī)模為2X600MW級超臨界機組，設計鍋爐采用600MW級超臨界壓力燃煤直流鍋爐，單爐膛，一次中間再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結構，鍋。本工程采用中速磨煤機正壓直吹式冷一次風機系統(tǒng)，每臺鍋爐配置6臺中速磨煤機，5臺運行，1臺備用。等離子點火技術介紹等離子點火機理等離子點火裝置利用直流電流在一定介質氣壓的條件下接觸引弧，并在強磁場控制下獲得穩(wěn)定功率的定向流動空氣等離子體，該等離子體在點火燃燒器中形成T>4000K的梯度極大的局部高溫火核，煤粉顆粒通過該等離子體火核時，在千分之一秒內迅速釋放出揮發(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行，高溫等離子體使混合物發(fā)生了一系列物理化學變化，近而使煤粉的燃燒速度加快，達到點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)生器是利用強磁場控制下獲得穩(wěn)定功率的定向流動空氣等離子體的發(fā)生器，它由線圈、陰極、陽極等組成。其中陰極材料采用具有高導電率、高導熱、耐氧化的金屬材料制成。陽極亦由高導電率、高導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足條件后，首先設定電源(6)的工作輸出電流(300?400A),當陰極(2)在直線電機(5)的推動下，與陽極(1)接觸后，電源(6)按設定的工作電流工作，當輸出電流達到工作電流后，直線電機(5)推動陰極(2)向后移動，當陰極離開陽極的瞬間，電弧建立起來，當陰極達到規(guī)定的放電間距后，在空氣動力和磁場的作用下，裝置產生穩(wěn)定的電弧放電，生成等離子體。F辭計|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火系統(tǒng)組成等離子點火系統(tǒng)由等離子點火設備及其輔助系統(tǒng)組成，等離子點火設備由等離子發(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)、一次風在線監(jiān)測系統(tǒng)、等離子燃燒器壁溫監(jiān)測系統(tǒng)等組成。等離子點火技術的應用范圍等離子點火技術的應用原則一般如下：⑴煤質條件：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沖旋流燃燒器。等離子點火在國內的應用現(xiàn)狀等離子點火在600MW及以上機組的應用業(yè)績已經(jīng)達到了150多臺，產生了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。小油槍少油點火技術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，霧化成超細油滴進行燃燒，同時用燃燒產生的熱量對燃料進行初期加熱、擴容、后期加熱，在極短的時間內完成油滴的蒸發(fā)氣化，使油槍在正常燃燒過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、其傳播速度超過聲速，火焰中心溫度超過1500°C?2000°C，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內直接點燃煤粉燃燒，從而實現(xiàn)鍋爐啟動、停止及低負荷穩(wěn)燃。壓縮空氣主要用于點火時實現(xiàn)燃油霧化、正常燃燒時加速燃油氣化及補充前期燃燒需要的氧量，高壓風主要用于補充后期加速燃燒所需的氧量。氣化小油槍（圖2）由進油管、壓縮空氣管、高壓風管、蒸發(fā)氣化管、儲存器、噴嘴、穩(wěn)燃腔等構成。工作過程是由進油管來油首先進入蒸發(fā)氣化管進行初期加熱氣化，獲得一定壓力、溫度的油氣混合燃料再進入儲存器進行擴容氣化，之后經(jīng)過油嘴高速噴出進入穩(wěn)燃腔進行燃燒，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，實現(xiàn)氣化燃燒。壓縮空氣主要用于點火時實現(xiàn)燃油霧化、正常燃燒時加速燃油氣化及補充前期燃燒需要的氧量；高壓風主要用于補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。在鍋爐點火或穩(wěn)燃階段，首先由大油槍提高爐膛溫度，高溫煙氣在通過對流、輻射換熱將熱量傳遞給一次風射流，大油槍燃油中僅有1/4的發(fā)熱量參與了煤粉射流的點火，因此導致鍋爐耗油量較大。將小油槍布置在一次風噴嘴中，該油槍的發(fā)熱量全部用于煤粉氣流的升溫點燃，形成煤粉火焰與油火焰成相互支持，著火穩(wěn)定，從而產生以煤代油的燃燒效果。由理論計算分析，采用10?20kg/h的小油槍實現(xiàn)主燃燒器3?5t/h煤粉的直接點燃是不可能的，點火能量遠遠滿足不了煤粉著火熱的需要，為此小油量氣化燃燒直接點燃煤粉技術采用了逐級燃燒方式，首先由小油槍直接點燃300?500kg/h、濃度為0.4?0.6kg/kg的煤粉，煤粉在快速加熱時揮發(fā)物迅速析出著火，在煤粒表面燃燒產生的熱量使煤粒表面形態(tài)及孔隙結構發(fā)生很大變化，提高了煤焦的反應性能和燃燒速率，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燃更多的煤粉（1kg煤粉燃燒可點燃20kg左右的煤粉），最終實現(xiàn)利用小油量直接點燃熱功率相當于主燃燒器的煤粉量。通過工業(yè)性試驗得出：利用小油量技術通過煤粉多級燃燒器可點燃煤粉3?5t/h。多級煤粉燃燒器由一次燃燒室、二次燃燒室、周界冷卻二次風等構成。其工作過程是由小油槍氣化燃燒產生的高溫火焰，首先點燃進入一次室的濃相煤粉，然后再由已點燃的濃相煤粉進入二次室點燃稀相煤粉，最后噴入爐膛繼續(xù)燃燒，可獲得較大的熱能，滿足鍋爐啟、停及低負荷穩(wěn)燃的需求。圖3點火煤粉燃燒器外觀三維圖小油槍點火系統(tǒng)的主要技術參數(shù)小油槍點火系統(tǒng)的主要技術參數(shù)如下：油壓：0.6?0.8MPa；單只油槍出力：15?20kg/h（針對貧煤，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；油槍高壓風壓力：5000Pa左右；油槍高壓風流量：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)：一次風風速：20?30m/s；可點燃煤粉量3?5t/h；送粉風溫：廠房內空氣溫度；二次風風量：根據(jù)燃燒器壁溫控制，保證燃燒器壁溫不超過450C。小油槍點火技術應用范圍相對而言，小油槍點火技術對煤種的適應性要比等離子點火技術寬的多，可廣泛適用于貧煤、煙煤、褐煤及優(yōu)質的無煙煤，可適用四角切圓、對沖燃燒方式及中間儲藏式、直吹式制粉系統(tǒng)。小油槍點火技術應用現(xiàn)狀小油槍點火技術是上世紀末發(fā)展起來的一種少油點火技術，目前國內的生產廠家較多，比較知名的廠家主要有煙臺龍源、徐州燃燒控制研究院有限公司、浙江大學等，目前小油槍點火技術已逐步應用到了600MW機組上來。節(jié)油點火技術的技術經(jīng)濟論證5.1節(jié)油點火技術的選擇如前所述，等離子點火裝置對于煤種有一定的適應性，揮發(fā)份只是衡量能否應用等離子點火技術的重要指標之一，等離子點火技術的應用對燃煤的灰分、水分也有一定的要求，過于難燃的煤種是不應采用等離子點火裝置的。一般而言當VdafV16%的煤種，實現(xiàn)等離子點火存在一定的困難。小油槍點火技術對煤種的適應性要比等離子點火技術寬的多，可廣泛適用于貧煤、煙煤、褐煤及優(yōu)質的無煙煤，但小油槍點火技術由于起步較晚，在大型火電項目上應用業(yè)績不如等離子點火技術應用的廣泛。本工程設計煤種和校核煤種的干燥無灰基揮發(fā)份分別為33.72%、20.12%，從煤質資料、制粉系統(tǒng)、燃燒方式而言，本工程采用等離子點火技術或少油點火技術均是可行的。5.2節(jié)油效果分析根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會技經(jīng)中心〔2007〕7號文《關于調整和修改火力發(fā)電廠工程基建階段燃油和蒸汽用量標準及其計算公式的通知》，單臺600MW機組試運行期間消耗的燃油定量約為46211,采用等離子點火或其它節(jié)油點火方式時，耗油量按規(guī)定數(shù)量的0.2倍計算。根據(jù)該文件的規(guī)定，采用等離子點火技術或少油點火技術后，2X600MW整個試運期間的可節(jié)約燃油7393.61。以下我們以采用等離子點火為例來計算其節(jié)油效果的經(jīng)濟性，如采用小油槍點火技術，也可得出相同的結論，除設備本身的費用和系統(tǒng)耗電外，其計算方法相同。節(jié)約燃油的費用7393.61X5580元/1=4125.6萬元(輕柴油價格按5580元/1計算)燃煤替代燃油的費用設計煤種的低位發(fā)熱量：20.8MJ/kg輕柴油的低位發(fā)熱量：42.0MJ/kg標準煤的低位發(fā)熱量：29.31MJ/kg標煤價格：550元/1原煤價格：550X20.8/29.31=390.31元/1燃煤替代燃油的費用7393.6X42/20.8X390.31=582.7萬元制粉電耗和等離子點火電耗費用中速磨制粉系統(tǒng)的制粉電耗：23kWh/1單臺中速磨煤機的運行出力：空561/臺單臺等離子點火燃燒器的功耗：200kVA每臺鍋爐等離子點火燃燒器的數(shù)量：4只等離子點火系統(tǒng)的電耗：4X200/56=14.3kWh/1成本電價：0.234元/kWh燃煤替代燃油的數(shù)量：7393.6X42/20.8=14929t采用等離子點火的耗電費用14929X(23+14.3)X0.234=13.0萬元等離子點火系統(tǒng)的設備費用單臺鍋爐的整套等離子點火系統(tǒng)費用：600萬元/臺爐試運期間兩臺爐的總費用4125.6-582.7-13.0-2X600=2329.9萬元通過以上的分析計算可知，采用等離子點火技術后，在調試運行期間，除收回投資外，還可以節(jié)省約2300萬元，機組投入商業(yè)運行后，每年還可節(jié)省冷態(tài)、熱態(tài)鍋爐啟動的燃油費用。油罐及供油系統(tǒng)的容量選擇根據(jù)目前的工程應用情況，鍋爐采用等離子點火技術或少油點火技術后，燃油系統(tǒng)仍應保留，但可適當減小燃油系統(tǒng)容量，在初設階段，應根據(jù)爐型、燃煤特性、耗油量、燃油來源和運輸條件等研究確定油罐容量和燃油系統(tǒng)的設計流量；鍋爐廠應根據(jù)節(jié)油點火裝置的特點，適當減小油槍的出力(一般2X600MW機組燃油系統(tǒng)的出力按15~20%BMCR鍋爐輸入熱量計算，設置2X500m3油罐)。本工程鍋爐點火及助燃油采用0號輕柴油，汽車運油，交通方便，不存在制約交通運輸?shù)钠款i，理論上講采用等離子點火技術或小油槍點火技術后2X500m3油罐可滿足本期工程2X600MW機組的需要。結論根據(jù)本工程的煤質情況，采用等離子點火技術或小油槍點火技術均是可行的，在機組調試運行階段即可收回投資并可節(jié)省約2300萬元，機組投入商業(yè)運行后，每年還可節(jié)約鍋爐冷熱態(tài)啟動的燃油費用。采用等離子點火技術或小油槍點火技術后，油罐及供油系統(tǒng)的容量可適當減小，鑒于本工