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      等离子点火和微油点火稳燃技术在燃煤电厂的选用

      发布时间:2014-03-12 16:48:19 文章来源:irozsrov 点击次数:1209次

        【摘要】文章介绍了等离子点火和微油点火燃烧器在燃煤机组上的工作原理和应用,并简述各自的优缺点,以供新建和已投产燃煤机组选用时参考。

        【关键词】等离子点火;微油点火;燃煤机组

        随着我国经济又好又快发展,电力的需求迅猛。到2005年底,装机容量已超过5亿kW,其中火电占全国装机容量的75.6%。机组的启、停及低负荷稳燃需消耗大量的石油资源,年耗油量达到1322万t。到2020年,我国燃煤发电机组装机容量将达到10亿kW。

        当前,国际原油价格不断攀升,每桶已高达135美元,因此,控制锅炉燃油消耗已成为各个燃煤电厂的不得不面对的现实问题。传统的大油枪点火方式已不能适应日益紧张的石油资源供应形势,等离子点火、小油枪点火技术等各种无油或少油点火稳燃节油技术不断涌现。等离子点火和微油点火稳燃节油技术既节油,又可以在点火期间就投运电除尘器,具有良好的环保效益,已得到广大用户的认可。本文将对两种稳燃技术优缺点加以探讨和比较,以供新建机组和旧机组改造时参考。

        一、等离子点火技术

        (一)等离子点火系统工作原理

        直流电流在一定介质气压的条件下引弧,并在强磁场控制下获得稳定功率的定向流动空气等离子体,该等离子体在点火燃烧器中形成T>4000K的梯度极大的局部高温火核,煤粉颗粒通过该等离子“火核”时,迅速释放出挥发物、再造挥发份,并使煤粉颗粒破裂粉碎,从而迅速燃烧,达到点火并加速煤粉燃烧的目的。

        等离子体内含有大量的化学活性粒子,如原子(C、H、O)离子(O2-、H+、OH-)和电子等。它们可加速热化学转换,促进燃料完全燃烧。

        等离子发生器由线圈、阴极、阳极组成。其中阴极和阳极由高导电率、高导热率及抗氧化的特殊材料制成,以承受高温电弧冲击。线圈在高温情况下具有抗直流高压击穿能力。电源采用全波整流并具有恒流性能。其发火原理为:在一定输出电流条件下,当阴极前进同阳极接触后,系统处在短路状态,当阴极缓缓离开阳极时产生电弧,电弧在线圈磁场的作用下被拉出喷管外部。压缩空气在电弧的作用下,被电离为高温等离子体,进入燃烧器点煤粉。等离子燃烧器结构如下图所示:

        (二)等离子点火系统构成

        等离子燃烧系统由点火系统和辅助系统两大部分组成。点火系统由等离子燃烧器、等离子发生器、电源控制柜、隔离变压器、控制系统等组成;辅助系统由压缩空气系统、冷却水系统、图像火检系统、一次风在线测速系统等组成。

        (三)技术特点

        1.阳极与阴极使用抗氧化材料,使等离子体载体可以采用廉价易得的压缩空气,降低了运行成本;

        2.输出电功率可达到100KW以上,阳极使用寿命长(≥1000小时),适合与各种燃烧器配合;

        3.燃烧器采用了分级燃烧、气膜冷却及浓淡分离等技术,使其适应煤种范围宽,对煤粉细度无特殊要求,且出力大、不易结焦、耐磨损、使用寿命长;

        4.供电电源及控制主机采用了总线式的通讯方式,切换方便,两台单元式锅炉可采用共用一套供电电源、各自使用独立的操作界面的办法,从而节省大量的初始投资,提高设备的利用率。

        (四)等离子点火稳燃节油技术在广东惠来电厂2×600MW应用

        1.惠来电厂2×600MW锅炉概况。惠来电厂一期2×600MW机组锅炉为东方锅炉厂设计制造,超临界压力直流炉,一次中间再热、前后墙对冲燃烧、中速磨煤机正压直吹式制粉系统。设计煤种为神华东胜煤,校核煤种为晋北朔州煤。采用烟台龙源等离子点火稳燃技术。

        2.惠来电厂2×600MW节油成果。在1号机组冲管的过程中,由于采用了先进的等离子点火技术,未投用一滴助燃油,节省燃油近1800吨,直接节省费用达1000万元。实际运行证明,等离子点火器一次投入成功率达99%,该系统安全可靠,试运行全过程实现了零油耗,既经济又环保。目前电厂煤源以神华东胜煤为主,山西混烟煤为辅,煤种着火、燃尽性能良好且煤质稳定,这是等离子点火和稳燃技术在惠来电厂取得很好成绩的必要条件。

        二、微油点火稳燃技术

        (一)微油点火燃烧器的工作原理

        微油燃烧器由油燃烧室、煤粉一级燃烧室、煤粉二级燃烧室,煤粉三级燃烧室组成,该燃烧器既能保证安全、稳定地点燃,又能作为主燃烧器功能,保持原主燃烧器的原有性能。微油煤粉燃烧器结构示意图:

        微油燃烧器的工作原理:微油枪在微油燃烧室内气化并点燃燃烧,产生的高强度火焰进入到微油燃烧器的一级燃烧室,与进入一级燃烧室的煤粉气流混合,发生强烈的化学反应,煤粉裂解同时产生大量挥发分并被点燃,被点燃的煤粉火焰随气流进入到二级燃烧室,在这里引燃进入到二级燃烧室的煤粉气流,依次类推进入三级燃烧室,实现分级燃烧和能量逐级放大,引燃绝大多数煤粉,在燃烧器出口产生约1200℃的煤粉火焰。

        (二)微油系统组成

        微油系统由微油点火系统、一次风加热系统和控制系统三大部分组成。

        微油点火系统由微油进油管路、压缩空气管路、微油燃烧器、微油燃烧助燃风、以及微油点火、火检、炉膛壁温监测等组成;

        直吹式制粉系统还应增加一次风暖风加热系统;

        控制系统主要对点火系统和一次风加热系统纳入就地和远程DCS控制,进行就地控制操作和远程控制操作,实现锅炉微油点火和燃烧的安全保护及连锁,确保锅炉的安全、稳定、可靠运行。

        (三)微油燃烧的技术特点

        1.大幅度降低锅炉启停及低负荷稳燃时的用油量,节油率可达到95%以上;

        2.点火初期煤粉燃尽率高,可达80%以上(烟煤),并能有效控制冷炉点火初期冒黑烟的现象。在锅炉启停阶段,可投入电除尘,满足环保要求;

        3.煤种适应性广,可以做到每支油枪用油<250kg/h的微油燃烧引燃煤粉的能力。对于烟煤,基本上可控制<80kg/h (每支油枪)即可满足600MW机组的应用;对于贫煤和无烟煤,则需要200Kg/h出力的油枪;

        4.采用高规格的耐温、耐磨损材料,使用气膜冷却技术,燃烧器运行安全;

        5.微油燃烧器运行参数(煤粉浓度、一次风速)可控范围宽,煤粉浓度0.2~0.8kg(煤粉)/kg(空气) 一次风速20~32m/s(烟煤),?18~24m/s(贫煤、无烟煤),在以上参数范围内变化时,一次风煤粉均能被很好引燃;

        6.节油显著,节油率:烟煤一般在95%以上,贫煤、无烟煤在70~80%之间;

        7.初投资省,系统简单,改造工程量小,投资回收率高,运行维护成本低;

        8.微油系统所有热工信号均可直接送至DCS,由DCS统一调度控制,所有操作和保护均通过DCS实现。

        (四)微油点火稳燃技术在广东汕尾电厂#2炉(600MW)改造应用

        1.汕尾电厂#2炉概况。汕尾电厂2×600MW机组锅炉为东方锅炉厂设计制造,超临界压力直流炉,一次中间再热、前后墙对冲燃烧、中速磨煤机正压直吹式制粉系统。

        2.改造内容。采用杭州意能节能技术有限公司微油点火稳燃技术,将#2炉后墙下层A磨对应的六只燃烧器改成微油点火煤粉燃烧器,在实现锅炉微油冷炉启动和低负荷稳然的前提下,确保原主燃烧器的动量不变以及基本性能不变,同时兼具主燃烧器的功能。

        微油点火枪参数:工作油压0.5~2.5MPa,单支微油枪出力30~68kg/h。

        对于直吹式制粉系统,存在冷态启动时由于热风温度不够,不能干燥制粉的问题,通过采用蒸汽暖风器加热磨煤机入磨冷风的方式来解决这个问题。

        2.4.3  改造成果:

        (1)在不投大油枪的情况下,锅炉能应用微油点火技术实现改造后升温升压、汽机冲转、带负荷等整个冷态启动过程,同时也适用于锅炉的低负荷稳燃。。

        (2)微油燃烧器能顺利点燃煤粉,火焰明亮,燃烧稳定,燃烧器长期运行壁温正常、不结焦。同时撤出微油枪后气化微油燃烧器作为主燃烧器运行时,在一次风风速正常的情况下,相应给煤量能满足锅炉带满负荷的要求,满足做为主燃烧器使用的要求。

        (3)6支微油枪额定运行参数(1.5MPa)油耗才300kg/h,节油率达到90%以上。

        三、等离子点火和微油点火的优缺点

        (一)等离子点火技术优点

        1.节油率高,对于适应煤种可以做到无油启动。

        2.具备取消油系统,建立全无油电厂的条件。

        3.等离子电弧不需要配风,直径可以做到较细。

        4.已有400多台锅炉成功应用的业绩。

        5.点火期间就可投运电除尘器,具有良好的环保效益。

        (二)等离子点火技术缺点

        1.因受发生器功率限 制,煤质适应范围较窄,比较适用于烟煤等挥发份较高容易着火的煤种。

        2.系统较复杂,关联因素太多(风、水、电),稳定性和可靠性还需进一步提升。

        3.造价高,单台炉要400多万元。

        4.运行维护费用大,阴极棒寿命保证为50小时,每支费用约1200元;阳极棒寿命保证为1000小时,每支费用约10000元。

        5.煤燃烧室采用气膜冷却,对气膜冷却要求高,容易导致燃烧室结渣。

        (三)少油点火技术优点

        1.系统简单可靠,小油枪和原大油枪系统类似,电厂检修人员容易维护,运行人员容易操作。

        2.油枪出力易调节,适应多种煤种,烟煤贫煤和无烟煤都可适用,也适用于仓储或直吹式各种制粉系统。

        3.节油可达95%以上。

        4.系统设备造价较低,对于已经有油系统的锅炉改造费用不高,不超过200万元。

        5.煤燃烧室采用气膜冷却,燃烧室不容易结渣。

        6.点火期间就可投运电除尘器,具有良好的环保效益

        (四)少油点火技术缺点

        1.因小油枪流量很小,油枪喷嘴直径很小,直径通常只有1mm,易堵塞,可在油系统供油前部安装燃油过滤器来解决。

        2.小油枪因其结构限 制,轴向布置较困难,因此目前轴向布置一般采用普通空气雾化油枪。

        3.小油枪燃烧需要配风,而且小油枪雾化需要一定的角度,所以小油枪燃烧室要有一定的直径,一定程度上增加了煤粉燃烧器的阻力。

        四、总结

        随着社会对原油的不断消耗,原油资源越来越稀缺,无论从节能或者环保方面来考虑,燃煤电厂必须选择采用等离子点火或者微油点火等等少油或无油点火稳燃技术。

        我们可以根据使用的煤种、现场场地以及费用等等实际因素来决定采用等离子或微油点火稳燃技术。对于进厂煤种不稳定,原来已经有轻油系统的机组,选择微油点火稳燃技术比可靠经济。对于有可靠的煤源,煤质稳定,而且是烟煤等挥发份较高易于燃烧的煤种,我们可以大胆取消燃油系统,一步到位,采用等离子点火稳燃技术。

        【参考文献】

        [1]马广平.浅析2×1950t/h超临界对冲燃烧锅炉等离子点火稳燃系统[J].广东电力,2007,20(11).

        [2]蒋周进,陈华安.1025 t/h锅炉气化小油枪点火及稳燃技术的应用与试验[J].电力设备,2006,7(5).

        [3]沈明德,颜祝明,熊凯,周巧明.微油点火稳燃技术在600MW超临界机组上的应用[J].广东电力,2008,21(1).

        【作者简介】吴耀全(1971- ),男,广东粤华发电有限责任公司工程师,研究方向:锅炉运行和设备管理。



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