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            等離子點火和微油點火穩燃技術在燃煤電廠的選用

            發布時間:2014-03-12 16:48:19 文章來源:irozsrov 點擊次數:1363次

              【摘要】文章介紹了等離子點火和微油點火燃燒器在燃煤機組上的工作原理和應用,并簡述各自的優缺點,以供新建和已投產燃煤機組選用時參考。

              【關鍵詞】等離子點火;微油點火;燃煤機組

              隨著我國經濟又好又快發展,電力的需求迅猛。到2005年底,裝機容量已超過5億kW,其中火電占全國裝機容量的75.6%。機組的啟、停及低負荷穩燃需消耗大量的石油資源,年耗油量達到1322萬t。到2020年,我國燃煤發電機組裝機容量將達到10億kW。

              當前,國際原油價格不斷攀升,每桶已高達135美元,因此,控制鍋爐燃油消耗已成為各個燃煤電廠的不得不面對的現實問題。傳統的大油槍點火方式已不能適應日益緊張的石油資源供應形勢,等離子點火、小油槍點火技術等各種無油或少油點火穩燃節油技術不斷涌現。等離子點火和微油點火穩燃節油技術既節油,又可以在點火期間就投運電除塵器,具有良好的環保效益,已得到廣大用戶的認可。本文將對兩種穩燃技術優缺點加以探討和比較,以供新建機組和舊機組改造時參考。

              一、等離子點火技術

              (一)等離子點火系統工作原理

              直流電流在一定介質氣壓的條件下引弧,并在強磁場控制下獲得穩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“火核”時,迅速釋放出揮發物、再造揮發份,并使煤粉顆粒破裂粉碎,從而迅速燃燒,達到點火并加速煤粉燃燒的目的。

              等離子體內含有大量的化學活性粒子,如原子(C、H、O)離子(O2-、H+、OH-)和電子等。它們可加速熱化學轉換,促進燃料完全燃燒。

              等離子發生器由線圈、陰極、陽極組成。其中陰極和陽極由高導電率、高導熱率及抗氧化的特殊材料制成,以承受高溫電弧沖擊。線圈在高溫情況下具有抗直流高壓擊穿能力。電源采用全波整流并具有恒流性能。其發火原理為:在一定輸出電流條件下,當陰極前進同陽極接觸后,系統處在短路狀態,當陰極緩緩離開陽極時產生電弧,電弧在線圈磁場的作用下被拉出噴管外部。壓縮空氣在電弧的作用下,被電離為高溫等離子體,進入燃燒器點煤粉。等離子燃燒器結構如下圖所示:

              (二)等離子點火系統構成

              等離子燃燒系統由點火系統和輔助系統兩大部分組成。點火系統由等離子燃燒器、等離子發生器、電源控制柜、隔離變壓器、控制系統等組成;輔助系統由壓縮空氣系統、冷卻水系統、圖像火檢系統、一次風在線測速系統等組成。

              (三)技術特點

              1.陽極與陰極使用抗氧化材料,使等離子體載體可以采用廉價易得的壓縮空氣,降低了運行成本;

              2.輸出電功率可達到100KW以上,陽極使用壽命長(≥1000小時),適合與各種燃燒器配合;

              3.燃燒器采用了分級燃燒、氣膜冷卻及濃淡分離等技術,使其適應煤種范圍寬,對煤粉細度無特殊要求,且出力大、不易結焦、耐磨損、使用壽命長;

              4.供電電源及控制主機采用了總線式的通訊方式,切換方便,兩臺單元式鍋爐可采用共用一套供電電源、各自使用獨立的操作界面的辦法,從而節省大量的初始投資,提高設備的利用率。

              (四)等離子點火穩燃節油技術在廣東惠來電廠2×600MW應用

              1.惠來電廠2×600MW鍋爐概況。惠來電廠一期2×600MW機組鍋爐為東方鍋爐廠設計制造,超臨界壓力直流爐,一次中間再熱、前后墻對沖燃燒、中速磨煤機正壓直吹式制粉系統。設計煤種為神華東勝煤,校核煤種為晉北朔州煤。采用煙臺龍源等離子點火穩燃技術。

              2.惠來電廠2×600MW節油成果。在1號機組沖管的過程中,由于采用了先進的等離子點火技術,未投用一滴助燃油,節省燃油近1800噸,直接節省費用達1000萬元。實際運行證明,等離子點火器一次投入成功率達99%,該系統安全可靠,試運行全過程實現了零油耗,既經濟又環保。目前電廠煤源以神華東勝煤為主,山西混煙煤為輔,煤種著火、燃盡性能良好且煤質穩定,這是等離子點火和穩燃技術在惠來電廠取得很好成績的必要條件。

              二、微油點火穩燃技術

              (一)微油點火燃燒器的工作原理

              微油燃燒器由油燃燒室、煤粉一級燃燒室、煤粉二級燃燒室,煤粉三級燃燒室組成,該燃燒器既能保證安全、穩定地點燃,又能作為主燃燒器功能,保持原主燃燒器的原有性能。微油煤粉燃燒器結構示意圖:

              微油燃燒器的工作原理:微油槍在微油燃燒室內氣化并點燃燃燒,產生的高強度火焰進入到微油燃燒器的一級燃燒室,與進入一級燃燒室的煤粉氣流混合,發生強烈的化學反應,煤粉裂解同時產生大量揮發分并被點燃,被點燃的煤粉火焰隨氣流進入到二級燃燒室,在這里引燃進入到二級燃燒室的煤粉氣流,依次類推進入三級燃燒室,實現分級燃燒和能量逐級放大,引燃絕大多數煤粉,在燃燒器出口產生約1200℃的煤粉火焰。

              (二)微油系統組成

              微油系統由微油點火系統、一次風加熱系統和控制系統三大部分組成。

              微油點火系統由微油進油管路、壓縮空氣管路、微油燃燒器、微油燃燒助燃風、以及微油點火、火檢、爐膛壁溫監測等組成;

              直吹式制粉系統還應增加一次風暖風加熱系統;

              控制系統主要對點火系統和一次風加熱系統納入就地和遠程DCS控制,進行就地控制操作和遠程控制操作,實現鍋爐微油點火和燃燒的安全保護及連鎖,確保鍋爐的安全、穩定、可靠運行。

              (三)微油燃燒的技術特點

              1.大幅度降低鍋爐啟停及低負荷穩燃時的用油量,節油率可達到95%以上;

              2.點火初期煤粉燃盡率高,可達80%以上(煙煤),并能有效控制冷爐點火初期冒黑煙的現象。在鍋爐啟停階段,可投入電除塵,滿足環保要求;

              3.煤種適應性廣,可以做到每支油槍用油<250kg/h的微油燃燒引燃煤粉的能力。對于煙煤,基本上可控制<80kg/h (每支油槍)即可滿足600MW機組的應用;對于貧煤和無煙煤,則需要200Kg/h出力的油槍;

              4.采用高規格的耐溫、耐磨損材料,使用氣膜冷卻技術,燃燒器運行安全;

              5.微油燃燒器運行參數(煤粉濃度、一次風速)可控范圍寬,煤粉濃度0.2~0.8kg(煤粉)/kg(空氣) 一次風速20~32m/s(煙煤),?18~24m/s(貧煤、無煙煤),在以上參數范圍內變化時,一次風煤粉均能被很好引燃;

              6.節油顯著,節油率:煙煤一般在95%以上,貧煤、無煙煤在70~80%之間;

              7.初投資省,系統簡單,改造工程量小,投資回收率高,運行維護成本低;

              8.微油系統所有熱工信號均可直接送至DCS,由DCS統一調度控制,所有操作和保護均通過DCS實現。

              (四)微油點火穩燃技術在廣東汕尾電廠#2爐(600MW)改造應用

              1.汕尾電廠#2爐概況。汕尾電廠2×600MW機組鍋爐為東方鍋爐廠設計制造,超臨界壓力直流爐,一次中間再熱、前后墻對沖燃燒、中速磨煤機正壓直吹式制粉系統。

              2.改造內容。采用杭州意能節能技術有限公司微油點火穩燃技術,將#2爐后墻下層A磨對應的六只燃燒器改成微油點火煤粉燃燒器,在實現鍋爐微油冷爐啟動和低負荷穩然的前提下,確保原主燃燒器的動量不變以及基本性能不變,同時兼具主燃燒器的功能。

              微油點火槍參數:工作油壓0.5~2.5MPa,單支微油槍出力30~68kg/h。

              對于直吹式制粉系統,存在冷態啟動時由于熱風溫度不夠,不能干燥制粉的問題,通過采用蒸汽暖風器加熱磨煤機入磨冷風的方式來解決這個問題。

              2.4.3  改造成果:

              (1)在不投大油槍的情況下,鍋爐能應用微油點火技術實現改造后升溫升壓、汽機沖轉、帶負荷等整個冷態啟動過程,同時也適用于鍋爐的低負荷穩燃。。

              (2)微油燃燒器能順利點燃煤粉,火焰明亮,燃燒穩定,燃燒器長期運行壁溫正常、不結焦。同時撤出微油槍后氣化微油燃燒器作為主燃燒器運行時,在一次風風速正常的情況下,相應給煤量能滿足鍋爐帶滿負荷的要求,滿足做為主燃燒器使用的要求。

              (3)6支微油槍額定運行參數(1.5MPa)油耗才300kg/h,節油率達到90%以上。

              三、等離子點火和微油點火的優缺點

              (一)等離子點火技術優點

              1.節油率高,對于適應煤種可以做到無油啟動。

              2.具備取消油系統,建立全無油電廠的條件。

              3.等離子電弧不需要配風,直徑可以做到較細。

              4.已有400多臺鍋爐成功應用的業績。

              5.點火期間就可投運電除塵器,具有良好的環保效益。

              (二)等離子點火技術缺點

              1.因受發生器功率限 制,煤質適應范圍較窄,比較適用于煙煤等揮發份較高容易著火的煤種。

              2.系統較復雜,關聯因素太多(風、水、電),穩定性和可靠性還需進一步提升。

              3.造價高,單臺爐要400多萬元。

              4.運行維護費用大,陰極棒壽命保證為50小時,每支費用約1200元;陽極棒壽命保證為1000小時,每支費用約10000元。

              5.煤燃燒室采用氣膜冷卻,對氣膜冷卻要求高,容易導致燃燒室結渣。

              (三)少油點火技術優點

              1.系統簡單可靠,小油槍和原大油槍系統類似,電廠檢修人員容易維護,運行人員容易操作。

              2.油槍出力易調節,適應多種煤種,煙煤貧煤和無煙煤都可適用,也適用于倉儲或直吹式各種制粉系統。

              3.節油可達95%以上。

              4.系統設備造價較低,對于已經有油系統的鍋爐改造費用不高,不超過200萬元。

              5.煤燃燒室采用氣膜冷卻,燃燒室不容易結渣。

              6.點火期間就可投運電除塵器,具有良好的環保效益

              (四)少油點火技術缺點

              1.因小油槍流量很小,油槍噴嘴直徑很小,直徑通常只有1mm,易堵塞,可在油系統供油前部安裝燃油過濾器來解決。

              2.小油槍因其結構限 制,軸向布置較困難,因此目前軸向布置一般采用普通空氣霧化油槍。

              3.小油槍燃燒需要配風,而且小油槍霧化需要一定的角度,所以小油槍燃燒室要有一定的直徑,一定程度上增加了煤粉燃燒器的阻力。

              四、總結

              隨著社會對原油的不斷消耗,原油資源越來越稀缺,無論從節能或者環保方面來考慮,燃煤電廠必須選擇采用等離子點火或者微油點火等等少油或無油點火穩燃技術。

              我們可以根據使用的煤種、現場場地以及費用等等實際因素來決定采用等離子或微油點火穩燃技術。對于進廠煤種不穩定,原來已經有輕油系統的機組,選擇微油點火穩燃技術比可靠經濟。對于有可靠的煤源,煤質穩定,而且是煙煤等揮發份較高易于燃燒的煤種,我們可以大膽取消燃油系統,一步到位,采用等離子點火穩燃技術。

              【參考文獻】

              [1]馬廣平.淺析2×1950t/h超臨界對沖燃燒鍋爐等離子點火穩燃系統[J].廣東電力,2007,20(11).

              [2]蔣周進,陳華安.1025 t/h鍋爐氣化小油槍點火及穩燃技術的應用與試驗[J].電力設備,2006,7(5).

              [3]沈明德,顏祝明,熊凱,周巧明.微油點火穩燃技術在600MW超臨界機組上的應用[J].廣東電力,2008,21(1).

              【作者簡介】吳耀全(1971- ),男,廣東粵華發電有限責任公司工程師,研究方向:鍋爐運行和設備管理。



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