電站鍋爐兩種操作中的油點(diǎn)火技術(shù)

0等離子點(diǎn)火和微油點(diǎn)火技術(shù)為了落實(shí)國(guó)家節(jié)能減排政策，能源行業(yè)積極推動(dòng)了多項(xiàng)節(jié)能技術(shù)和相關(guān)燃料開(kāi)采技術(shù)，主要包括以下技術(shù)：低負(fù)荷技術(shù)、中央加熱技術(shù)、空氣加熱技術(shù)、小氣器技術(shù)和微油火力發(fā)射技術(shù)。在以上這些技術(shù)中,等離子點(diǎn)火和微油點(diǎn)火技術(shù)目前在電廠(chǎng)應(yīng)用最為廣泛,節(jié)油效果最好。本文對(duì)采用等離子點(diǎn)火和微油點(diǎn)火技術(shù)的2臺(tái)600MW機(jī)組進(jìn)行比較,用數(shù)據(jù)表明這兩種點(diǎn)火方式的優(yōu)缺點(diǎn),供有關(guān)設(shè)計(jì)和電廠(chǎng)鍋爐改造參考。1微油點(diǎn)火的原理等離子點(diǎn)火基本原理是:通過(guò)陰極和陽(yáng)極接觸引弧,并在強(qiáng)磁場(chǎng)下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體火炬,其溫度可達(dá)6000K,流經(jīng)等離子火炬中心區(qū)的煤粉在極短的時(shí)間內(nèi)迅速著火燃燒,并為其它煤粉的燃燒提供穩(wěn)定的高溫?zé)嵩?最終使煤粉全部點(diǎn)燃形成穩(wěn)定的燃燒火炬。微油點(diǎn)火是指鍋爐點(diǎn)火小油槍的耗油量達(dá)到了20~80kg的等級(jí),與傳統(tǒng)意義上小油槍200kg的出力相比,又降低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。微油點(diǎn)火的基本原理是:利用高能氣化油槍,使微量的油燃燒,并形成溫度很高的油火焰(1600~1800℃),該高溫火焰首先使一小部分煤粉溫度迅速升高,著火燃燒,然后已經(jīng)著火燃燒的煤粉與更多煤粉混合并點(diǎn)燃它們,分級(jí)燃燒,逐級(jí)放大,達(dá)到點(diǎn)燃煤粉的目的。一般煤粉燃燒器的點(diǎn)火是在爐膛內(nèi),依靠爐膛的輻射熱和高溫?zé)煔獾幕亓鬟M(jìn)行。等離子與微油點(diǎn)火是用較小功率的火源,采用特殊設(shè)計(jì)的燃燒器,在燃燒器內(nèi)點(diǎn)火,當(dāng)煤粉經(jīng)過(guò)燃燒器時(shí)部分煤粉被點(diǎn)燃釋放熱量,提供其它煤粉點(diǎn)火的著火熱量,燃燒熱量逐級(jí)放大,最終使煤粉著火燃燒。無(wú)論微油點(diǎn)火或等離子無(wú)油點(diǎn)火,其本質(zhì)是以煤代油完成點(diǎn)火啟動(dòng)過(guò)程并起到穩(wěn)燃作用,在沒(méi)有煤粉的情況下,都不能發(fā)揮作用。2微油點(diǎn)火系統(tǒng)等離子與微油點(diǎn)火技術(shù)所需的設(shè)備有很大差別。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)包括等離子燃燒器、等離子發(fā)生器、電源控制柜、隔離變壓器、控制系統(tǒng)、載體風(fēng)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、壁溫監(jiān)測(cè)、圖像火檢系統(tǒng)、一次風(fēng)速在線(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)、蒸汽加熱器等;微油點(diǎn)火系統(tǒng)主要由微油槍及高能點(diǎn)火器、微油燃燒器、高壓助燃風(fēng)系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、壁溫監(jiān)測(cè)、火檢系統(tǒng)、蒸汽加熱器等組成。從廣東省2臺(tái)600MW機(jī)組采用等離子點(diǎn)火與微油點(diǎn)火技術(shù)時(shí)增加的設(shè)備對(duì)比情況來(lái)看,等離子點(diǎn)火技術(shù)同微油點(diǎn)火技術(shù)相比,設(shè)備較多,系統(tǒng)較復(fù)雜。3600w機(jī)組的應(yīng)用效果比較廣東臺(tái)山電廠(chǎng)3號(hào)鍋爐采用等離子點(diǎn)火,汕尾電廠(chǎng)2號(hào)鍋爐采用微油點(diǎn)火,兩爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)均為神府東勝煤,兩爐點(diǎn)火時(shí)各種指標(biāo)比較見(jiàn)表1。3.1等離子點(diǎn)火試驗(yàn)臺(tái)山電廠(chǎng)3號(hào)鍋爐型號(hào)為SG-2028/17.5-M907,鍋爐采用“п”型布置,四角切向燃燒,擺動(dòng)式燃燒器。制粉系統(tǒng)為冷一次風(fēng)正壓直吹式,配備6臺(tái)由上海重型機(jī)器廠(chǎng)生產(chǎn)的HP983型中速磨煤機(jī)和6臺(tái)由沈陽(yáng)施道克公司生產(chǎn)的EG-2490稱(chēng)重式給煤機(jī)。設(shè)計(jì)和校核煤種為神府東勝煤,4個(gè)等離子燃燒器安裝在最底層F層,等離子發(fā)生器為徑向布置。鍋爐采用等離子點(diǎn)火降壓吹管。吹管壓力實(shí)際控制在5~5.5MPa,平均每小時(shí)實(shí)際吹管3~3.5次。爐膛出口煙溫最高502℃,沒(méi)有超過(guò)再熱器干燒的要求。鍋爐煤粉著火良好,吹管燃用原煤741t,飛灰可燃物為26.32%。整套啟動(dòng)也采用等離子點(diǎn)火,從鍋爐點(diǎn)火到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)耗時(shí)205min,在此階段,磨煤機(jī)出力根據(jù)升溫升壓要求控制在17~20t/h。鍋爐實(shí)際升壓速率為0.02MPa/min,實(shí)際升溫速率為1.62℃/min,完全滿(mǎn)足運(yùn)行規(guī)程規(guī)定的升溫升壓速率要求(升壓速率小于0.06MPa/min,升溫速率小于2℃/min)。在機(jī)組并網(wǎng)后,把磨煤機(jī)的出力加至36~40t/h,成功點(diǎn)燃第二臺(tái)磨煤機(jī)。250MW時(shí),退出等離子點(diǎn)火轉(zhuǎn)為備用,繼續(xù)啟動(dòng)其它制粉系統(tǒng),逐步將負(fù)荷帶到600MW。在帶負(fù)荷階段,負(fù)荷為80MW時(shí),鍋爐的飛灰可燃物已降低至3.32%。利用等離子點(diǎn)火系統(tǒng)配合汽機(jī)進(jìn)行甩負(fù)荷也取得圓滿(mǎn)成功。臺(tái)山電廠(chǎng)3號(hào)機(jī)組利用等離子點(diǎn)火技術(shù)在世界上首次做到整個(gè)試運(yùn)過(guò)程零油耗,并且等離子點(diǎn)火前就投入電除塵和干除灰系統(tǒng)運(yùn)行,避免了啟動(dòng)初期煙囪冒黑煙和粉塵排放現(xiàn)象。3.2煤粉點(diǎn)火技術(shù)汕尾電廠(chǎng)2號(hào)鍋爐系東方鍋爐廠(chǎng)設(shè)計(jì)的DGI950/25.4-Ⅱ3超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐。鍋爐采用前后墻對(duì)沖燃燒、旋流燃燒器;采用6套中速磨煤機(jī)和正壓冷一次風(fēng)機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)。燃煤設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煤,校核煤種為晉北煙煤。將后墻下層燃燒器(A1-A6)改造成氣化微油點(diǎn)火煤粉燃燒器。2007年3月28日,2號(hào)爐首次點(diǎn)火,煤粉點(diǎn)燃正常,爐膛負(fù)壓穩(wěn)定。A磨煤機(jī)給煤量小于27t/h前,從電視上看火焰,爐膛火焰比較暗,從現(xiàn)場(chǎng)的觀(guān)火孔看,燃燒器噴口出火焰呈桔紅色,燃燒比較穩(wěn)定;當(dāng)A磨煤機(jī)給煤量增至35t/h以上時(shí),從火焰電視上可以看到明亮的火焰。2007年3月29日至2007年4月2日期間,2號(hào)機(jī)組進(jìn)行吹管工作。整個(gè)吹管過(guò)程微油槍共耗油約20t,燃煤約1900t。主蒸汽的最大升溫速率為1.93℃/min,最大升壓速率為0.017MPa/min,完全滿(mǎn)足運(yùn)行規(guī)程規(guī)定的升溫升壓速率要求。在后來(lái)的整套啟動(dòng)點(diǎn)火過(guò)程中均是在冷爐條件下直接點(diǎn)燃煤粉,汕尾電廠(chǎng)2號(hào)機(jī)組利用微油點(diǎn)火技術(shù)的整個(gè)試運(yùn)期間,可以不投用大油槍,沒(méi)有因?yàn)槿紵环€(wěn)定導(dǎo)致滅火的現(xiàn)象發(fā)生,點(diǎn)火初期飛灰含碳量在25%~32%;當(dāng)給煤量大于25t/h后,飛灰含碳量在15%以下;2臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行,總給煤量超過(guò)45t/h后,飛灰含碳量在6%~8%。尾部煙道、干除灰系統(tǒng)、制粉系統(tǒng)未發(fā)生過(guò)自燃現(xiàn)象,并且點(diǎn)火前就投入電除塵和干除灰系統(tǒng)運(yùn)行,避免了啟動(dòng)初期煙囪冒黑煙和粉塵排放現(xiàn)象。3.3經(jīng)濟(jì)比較3.3.1等離子系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用假設(shè)臺(tái)山電廠(chǎng)3號(hào)機(jī)組正常用燃油助燃,以1和2號(hào)機(jī)組的平均耗油3114t作為3號(hào)機(jī)組的調(diào)試用油,燃油價(jià)格為0.6萬(wàn)元/t,則燃油費(fèi)用約為1868.4萬(wàn)元。燃油熱值為41031kJ/kg,而燃煤熱值為24000kJ/kg,按發(fā)熱量相等原則,原油折合原煤約為5323t。考慮燃燼率低,按燃用原煤實(shí)際效果75%來(lái)計(jì)算,實(shí)際用煤為7098t,原煤價(jià)格0.08萬(wàn)元/t,則原煤費(fèi)用約為567.8萬(wàn)元。等離子燃燒器耗電為20kW·h/t,制粉單耗為25kW.h/t,廠(chǎng)用電價(jià)0.4元/kW·h,則耗電費(fèi)約為12.8萬(wàn)元。陰極消耗29個(gè),按1000元/個(gè)計(jì)算,費(fèi)用約為3萬(wàn)元,等離子載體風(fēng)機(jī)和冷卻水泵耗電費(fèi)用以1萬(wàn)元計(jì)。等離子系統(tǒng)初投資為500萬(wàn)元,3號(hào)機(jī)組調(diào)試階段安裝等離子系統(tǒng)比直接燃油節(jié)約的費(fèi)用為:1868.4-567.8-12.8-3-1-500=783.8萬(wàn)元。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),載體風(fēng)機(jī)(11kW)和冷卻水泵(7.5kW)備用8000h/a,耗電費(fèi)約6萬(wàn)元/a。陰陽(yáng)極消耗量和等離子投用時(shí)間有很大關(guān)系,機(jī)組按照每年啟動(dòng)3次,投入使用不會(huì)超過(guò)200h,耗電費(fèi)3.2萬(wàn)元/a,陰極壽命在50h以上,陽(yáng)極壽命在750h以上,陰陽(yáng)極成本約1.8元萬(wàn)/a。冷卻水和壓縮空氣成本不計(jì)。年使用成本約11萬(wàn)元。3.3.2用電費(fèi)用同樣假設(shè)汕尾電廠(chǎng)2號(hào)機(jī)組正常用燃油助燃時(shí)需3114t的調(diào)試用油,則燃油費(fèi)用約為1868.4萬(wàn)元。同理,原油折合原煤后,則原煤費(fèi)用約為567.8萬(wàn)元。微油耗油按75t計(jì)算,費(fèi)用45萬(wàn)元。燃油泵耗電費(fèi)用以1萬(wàn)元計(jì)。微油點(diǎn)火系統(tǒng)初投資按280萬(wàn)元計(jì)算,2號(hào)機(jī)組調(diào)試階段安裝微油點(diǎn)火系統(tǒng)比直接燃油節(jié)約的費(fèi)用為:1868.4-567.8-45-1-280=974.6萬(wàn)元。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),燃油泵(75kW)按8000h/a備用,耗電費(fèi)24萬(wàn)元/a,機(jī)組按照每年啟動(dòng)3次,投入使用不會(huì)超過(guò)200h,耗費(fèi)燃油不超過(guò)60t,費(fèi)用36萬(wàn)元/a,助燃風(fēng)和儀用壓縮空氣成本不計(jì)。年使用成本約60萬(wàn)元。4微油槍在貧煤上的燃油效果分析等離子點(diǎn)火和微油點(diǎn)火均應(yīng)提高可靠性。根據(jù)臺(tái)山和汕尾電廠(chǎng)調(diào)試情況,等離子點(diǎn)火會(huì)遇到斷弧、燃燒器內(nèi)結(jié)焦、陰極使用壽命相對(duì)較短、磨煤機(jī)振動(dòng)、初期燃燼率低、積灰、易自燃等問(wèn)題;微油點(diǎn)火也會(huì)遇油槍堵塞、漏油、運(yùn)行中熄火、燃燒器內(nèi)結(jié)焦、磨煤機(jī)振動(dòng)、初期燃燼率低、積灰、易自燃等問(wèn)題。這些問(wèn)題如果不能及時(shí)處理好,將很大程度影響點(diǎn)火和節(jié)油效果。等離子受到點(diǎn)火功率的限制,對(duì)煤種的適應(yīng)能力有限。目前,國(guó)內(nèi)等離子發(fā)生器的最大功率為300kW,相當(dāng)于24kg/h輕柴油的熱功率,燃燒難著火煤種時(shí)不能點(diǎn)燃煤粉氣流,當(dāng)煤種多變時(shí)不易點(diǎn)燃煤粉氣流。等離子對(duì)于收到基揮發(fā)份18%以下的煤種,點(diǎn)火比較困難,對(duì)于貧煤、無(wú)煙煤目前尚不能點(diǎn)燃,但是對(duì)煙煤來(lái)說(shuō),即使灰分高達(dá)30%以上也能點(diǎn)燃。微油槍由于出力選擇范圍較大,煤種適應(yīng)能力理論上要強(qiáng)于等離子點(diǎn)火,但煤質(zhì)越差,需要點(diǎn)燃煤粉的燃油量就越大。同時(shí)由于微油槍燃油必須消耗氧氣,對(duì)于貧煤,增大微油槍出力達(dá)150kg/h以上時(shí),一次風(fēng)率只有10%~15%,煤、油搶風(fēng)影響點(diǎn)燃的問(wèn)題就非常突出。如果對(duì)小油槍加大配風(fēng),著火后由于氣流的熱膨脹,燃燒器內(nèi)的流速就會(huì)上升到遠(yuǎn)高于火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊某潭?燃燒器的阻力比正常燃燒上升3~4倍,甚至造成煤粉都送不進(jìn)燃燒器的問(wèn)題,嚴(yán)重影響了微油槍的點(diǎn)火效果和節(jié)油效果,微油點(diǎn)火在貧煤上使用的節(jié)油效果大打折扣。龍山電廠(chǎng)600MW燃用貧煤的直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐,采用微油點(diǎn)火,基建期間燃油1600t。對(duì)無(wú)煙煤,目前微油點(diǎn)火也不能點(diǎn)著。5在役機(jī)組和微油點(diǎn)火系統(tǒng)方面等離子和微油點(diǎn)火技術(shù)在使用煙煤的鍋爐上應(yīng)用安全可靠,節(jié)油顯著,避免了啟動(dòng)初期煙囪冒黑煙和粉塵排放現(xiàn)象。等離子點(diǎn)火能夠?qū)崿F(xiàn)電廠(chǎng)無(wú)燃油運(yùn)行,可以停用甚至拆除大油槍、油泵、油庫(kù)等燃油系統(tǒng)及相關(guān)消防設(shè)備,徹底消除了燃油火災(zāi)隱患。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜,一次性投資較高,比較適合新建燃煙煤的大機(jī)組采用,優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)