高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)

0無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)，中國(guó)的石油概況計(jì)算最終儲(chǔ)量為130.160億噸。據(jù)1999年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),我國(guó)當(dāng)年燃料油凈進(jìn)口量達(dá)1732萬(wàn)t,占全國(guó)燃料油消費(fèi)量的44%。目前,我國(guó)每年用于鍋爐點(diǎn)火和助燃的燃料油超過(guò)600萬(wàn)t,造成高質(zhì)能源的極大浪費(fèi)。同時(shí),由于鍋爐在啟爐與停爐時(shí)投入助燃油,使電除塵器無(wú)法投入而造成的環(huán)境污染也相當(dāng)嚴(yán)重。因此,開(kāi)發(fā)無(wú)油或少油煤粉直接點(diǎn)火燃燒器一直是電力行業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注的課題。我國(guó)是一個(gè)富煤貧油的國(guó)家,煤炭可采儲(chǔ)量占世界的11.63%,而石油和天然氣則分別只能占到2.67%和0.93%。目前中國(guó)年采煤量約在10億t,出口4000萬(wàn)t;而石油的年產(chǎn)量約為1.5億t,進(jìn)口達(dá)7000萬(wàn)t。未來(lái)20年內(nèi)中國(guó)對(duì)石油進(jìn)口的依存度還要逐年增加,這將危機(jī)國(guó)家的能源安全。在電力行業(yè),煤粉懸浮燃燒為鍋爐的主要燃燒方式,啟動(dòng)時(shí)通常用油或天然氣點(diǎn)火,并且在低負(fù)荷運(yùn)行或煤質(zhì)不穩(wěn)定時(shí)也需用油或天然氣來(lái)穩(wěn)燃。隨著機(jī)組容量向大型化發(fā)展,輕工、商業(yè)和生活用電量的大幅增加,晝夜電量相差巨大,使電網(wǎng)峰谷差大大增加,因而要求電網(wǎng)中有更多的機(jī)組參與調(diào)峰,致使點(diǎn)火和助燃用油大幅增加。據(jù)統(tǒng)計(jì),50MW機(jī)組鍋爐啟動(dòng)一次需要耗油5t,125MW機(jī)組鍋爐啟動(dòng)一次需用油15t,而200MW機(jī)組鍋爐啟動(dòng)一次需用油50t,一臺(tái)300MW機(jī)組鍋爐每年需點(diǎn)火用油400t,穩(wěn)燃用油15000t。2002年我國(guó)用于鍋爐點(diǎn)火和助燃的燃料油超過(guò)600萬(wàn)t,直接費(fèi)用高達(dá)160億元人民幣。面對(duì)如此嚴(yán)峻的形勢(shì),國(guó)家明文規(guī)定了電廠鍋爐的點(diǎn)火和助燃用油量,發(fā)布了節(jié)約和替代燃料的“十五”規(guī)劃:“十五”期間,節(jié)約和替代燃料油1600萬(wàn)t,其中電力行業(yè)要節(jié)約和替代755萬(wàn)t。由此可見(jiàn),開(kāi)發(fā)無(wú)油點(diǎn)火與穩(wěn)燃新技術(shù),降低點(diǎn)火助燃用油,有著重要的意義。目前,煤粉爐是我國(guó)電廠鍋爐的主要形式,煤粉著火比油和氣困難得多。現(xiàn)行常規(guī)電站煤粉鍋爐最普遍的點(diǎn)火方式是用油槍點(diǎn)火,鍋爐啟動(dòng)時(shí),先點(diǎn)燃點(diǎn)火油槍,通過(guò)油燃燒器將爐膛溫度升高到能使煤粉著火的溫度,噴入煤粉進(jìn)行油粉混燒,直到煤粉能穩(wěn)定燃燒時(shí)才斷油,完成點(diǎn)火。一旦負(fù)荷降低,燃燒出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象,便又開(kāi)啟油槍進(jìn)行油煤伴燒,防止熄火。電廠點(diǎn)火用油相當(dāng)可觀,助燃用油量更大。伴隨大量的燃油消耗,增加了在燃油采購(gòu)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、硬件設(shè)備等方面的費(fèi)用,無(wú)疑更加大了發(fā)電成本。同時(shí),由于鍋爐在啟爐與停爐時(shí)投入助燃油,使電除塵器無(wú)法投入而造成的環(huán)境污染也相當(dāng)嚴(yán)重。因此,開(kāi)發(fā)無(wú)油或少油煤粉直接點(diǎn)火燃燒器一直是電力行業(yè)普遍關(guān)注的課題。第27卷第4期石永峽,等:高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)在火力發(fā)電廠中的應(yīng)用研究·15·北京國(guó)力能開(kāi)發(fā)的高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器,采用加熱與點(diǎn)燃分開(kāi)的方式以及分級(jí)著火的形式,點(diǎn)火時(shí)一級(jí)先著火,然后是二級(jí)、三級(jí)著火,使得該技術(shù)防結(jié)焦性能非常優(yōu)越。另外,感應(yīng)加熱反應(yīng)迅速,調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單,不僅解決了鍋爐用油點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)電除塵器無(wú)法投入而造成的環(huán)境污染問(wèn)題,簡(jiǎn)化了電廠設(shè)備系統(tǒng),還具有火焰穩(wěn)定、燃燒速率高等技術(shù)優(yōu)勢(shì),同時(shí)還可給電廠帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)效益。1無(wú)空氣香味燃燒技術(shù)原理和系統(tǒng)組成1.1將高溫空氣作為燃燒煤粉的方法高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器是利用感應(yīng)加熱將空氣迅速提溫到1000℃以上,將高溫空氣引入燃燒器中與煤粉混和,煤粉顆粒受熱迅速析出揮發(fā)分,進(jìn)而迅速燃燒。由于高溫空氣是良好的燃燒助劑,所以,在點(diǎn)火后能穩(wěn)定地為火焰提供初期燃燒所需的熱量和空氣,使燃燒器穩(wěn)定高效運(yùn)行。1.2電源柜和點(diǎn)火燃燒高溫空氣加熱器——產(chǎn)生1000℃以上的高溫空氣。電源柜——為高溫空氣加熱器提供電源。點(diǎn)火燃燒器——與高溫空氣加熱器配套,點(diǎn)燃煤粉。自動(dòng)控制系統(tǒng)——全數(shù)字自動(dòng)控制。1.3自動(dòng)控制系統(tǒng)采用高溫空氣直接點(diǎn)燃煤粉,點(diǎn)火方式簡(jiǎn)單。高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器加熱器件不與煤粉接觸,具有安全可靠,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn),維護(hù)成本低廉。連續(xù)安全運(yùn)行的可靠性好,也適用于鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃。采用多級(jí)點(diǎn)火燃燒器的形式,使得用較小的電功率輸入可以點(diǎn)燃較大量的煤粉氣流。高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器具有煤粉濃度調(diào)節(jié)系統(tǒng),可以在不同的煤質(zhì)、不同的一次風(fēng)速下應(yīng)用,適應(yīng)性強(qiáng)。制造材料方便易得,造價(jià)較低,經(jīng)濟(jì)性高。自動(dòng)控制系統(tǒng)由小型DCS系統(tǒng)、火焰圖像監(jiān)視系統(tǒng)和測(cè)量部件組成,可以實(shí)現(xiàn)較高程度的自動(dòng)控制。該技術(shù)產(chǎn)品使用壽命較長(zhǎng),可靠性高,更換方便,安全性高。點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)間略長(zhǎng),高溫空氣加熱器在140kW功率下,10min左右可以將空氣從0℃加熱至1000℃左右。1.4風(fēng)溫常溫煤粉濃度輸出功率250kW連續(xù)可調(diào)高溫空氣1000℃以上400~500m3/h另配風(fēng)機(jī)冷卻水除鹽水P≥0.15MPa,Q≥30t/h,t≤55℃一次風(fēng)速18~28m/s(煙煤)二次風(fēng)速40~45m/s煤粉出力1.5~8t/h風(fēng)溫常溫煤粉濃度0.3~0.72在恒溫空氣中釋放無(wú)油火的技術(shù)應(yīng)用于電池爐的鍋爐2.1燃燒點(diǎn)火油槍的改造哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG410/100-9型鍋爐,額定蒸發(fā)量為410t/h,設(shè)計(jì)壓力為10MPa,過(guò)熱蒸汽溫度540℃。HG410/100-9型鍋爐為四角燃燒煤粉鍋爐,爐膛水冷壁四角各布置一組直流燃燒器。為保證燃燒器正常點(diǎn)火,需對(duì)角布置兩臺(tái)高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器,對(duì)角各布置一臺(tái)。以下為高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器不同的布置位置方案。(1)在鍋爐原有燃燒器下一次風(fēng)噴口處布置高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器,對(duì)角布置兩臺(tái),每臺(tái)燃燒器代替兩只油槍。此種布置即將高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器布置在主燃燒器上。鍋爐啟動(dòng)時(shí),用下層噴口點(diǎn)燃上層煤粉。鍋爐在冷爐啟動(dòng)前,首先投入鄰爐輸粉系統(tǒng),使鍋爐粉倉(cāng)內(nèi)儲(chǔ)備一定煤粉,投入蒸汽加熱推動(dòng)裝置,將鍋爐汽包下壁溫加熱到點(diǎn)火升溫,投入一臺(tái)高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器運(yùn)行,控制汽包下壁溫升速度,根據(jù)溫升情況投入對(duì)角的高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器運(yùn)行,如溫升過(guò)快,可兩角切換運(yùn)行,每個(gè)角的高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器運(yùn)行一定時(shí)間,保證鍋爐各部位溫升均勻,啟動(dòng)制粉系統(tǒng)。在升壓到額定汽壓過(guò)程中,要控制汽包上下壁溫差不大于50℃,鍋爐兩側(cè)煙氣溫度偏差不大于50℃。此改造方案的優(yōu)點(diǎn)在于只對(duì)下層一次風(fēng)噴口進(jìn)行改造,其他設(shè)備不需要任何改動(dòng),不需增加送粉用的風(fēng)機(jī)和給粉用的給粉機(jī),對(duì)鍋爐的正常運(yùn)行不增加更多的設(shè)備維護(hù)量,減少了安全隱患。(2)將高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器安裝在原有的油槍位置,對(duì)角布置兩臺(tái),每臺(tái)燃燒器代替兩只油槍。同時(shí),在粉倉(cāng)出口增設(shè)給粉機(jī),以提供燃燒器點(diǎn)火用煤粉,一次風(fēng)利用原有一次風(fēng)。二次風(fēng)量不變,以保證原有托粉、供氧作用。這樣,點(diǎn)火時(shí),先點(diǎn)燃燃燒器作為點(diǎn)火油槍,在保證爐膛升溫曲線的條件下,投入另外一臺(tái)燃燒器,然后投入主燃燒器。該方案的優(yōu)點(diǎn)在于改造工作量不大,檢修方便,不受原給粉機(jī)運(yùn)行的影響,且能夠更靈活地調(diào)節(jié)高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器的煤粉濃度,有利于高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器的點(diǎn)火。2.2點(diǎn)火燃燒方案前蘇聯(lián)產(chǎn)的T?E211/C系列EД670/140鍋爐。該鍋爐為超高壓、一次中間再熱自然循環(huán)汽包爐,采用平衡通風(fēng),固態(tài)排渣,旋流燃燒器兩側(cè)墻布置,配中儲(chǔ)式鋼球磨制粉系統(tǒng)。(1)高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火燃燒器布置在下層8只燃燒器的中心管內(nèi),取代原燃燒器的各自的小油槍,這樣鍋爐的點(diǎn)火及運(yùn)行方式不會(huì)改變,只要點(diǎn)火時(shí)無(wú)油點(diǎn)火燃燒器出力與油槍出力相仿,主燃燒器投粉時(shí)間應(yīng)不會(huì)有變化。并且,點(diǎn)火燃燒器位于主燃燒器的中心,點(diǎn)火較易。(2)新安裝專門的點(diǎn)火燃燒器,原主燃燒器及小油槍保留不動(dòng),點(diǎn)火燃燒器布置在每個(gè)爐膛的兩側(cè)墻的原兩個(gè)主燃燒器之間,點(diǎn)火時(shí)每個(gè)爐膛的相向兩支燃燒器同時(shí)點(diǎn)火,爐內(nèi)火焰分布均勻。該燃燒器出力約等于兩只主燃燒器內(nèi)油槍出力之和,所以說(shuō)點(diǎn)火燃燒器出力與油槍出力相仿。兩只點(diǎn)火燃燒器相向布置,保證了鍋爐點(diǎn)火時(shí)升溫均勻。另外,點(diǎn)火燃燒器稍稍偏向其臨近的主燃燒器,利用點(diǎn)火燃燒器著火的火炬去點(diǎn)燃主燃燒器,有助于主燃燒器著火。因此,采用這個(gè)方案,升溫過(guò)程與油槍點(diǎn)火升溫基本一致。鍋爐爐膛內(nèi)溫度超過(guò)煤粉氣流著火溫度就可投主燃燒器,所以說(shuō)主燃器投粉時(shí)間也不會(huì)大幅度地延長(zhǎng)。兩個(gè)研究方案中無(wú)油點(diǎn)火燃燒器設(shè)計(jì)時(shí),充分考慮了油槍點(diǎn)火時(shí)的最高出力。即煤粉無(wú)油點(diǎn)火燃燒器出力小于等于油槍點(diǎn)火時(shí)出力。而且,由于我們的無(wú)油點(diǎn)火燃燒器設(shè)計(jì)時(shí)采用了充分的濃淡分離手段,無(wú)油點(diǎn)火燃燒器著火煤粉濃度寬,最低著火濃度可低于0.2(kgcoal/kgair),這樣,采用煤粉無(wú)油點(diǎn)火燃燒器點(diǎn)火時(shí),負(fù)荷可在油槍點(diǎn)火時(shí)的最高負(fù)荷至其一半負(fù)荷區(qū)間內(nèi)調(diào)節(jié),所以,汽包上下壁溫差(<40℃)可以得到保證,也能符合鍋爐的升溫曲線要求。3改造無(wú)油點(diǎn)火的環(huán)保效益采用無(wú)油點(diǎn)火燃燒器后,可以節(jié)省高品位能源,對(duì)煤多油少的我國(guó)能源結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)具有戰(zhàn)略意義。無(wú)油點(diǎn)火改造后,可使電除塵器在鍋爐啟停的時(shí)候均能夠投入,使鍋爐在啟停爐時(shí)對(duì)環(huán)境造成的危害減小到最低限度,為環(huán)境保護(hù)做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。從發(fā)展方