火電廠鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)的技術(shù)選擇

火電廠鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)的技術(shù)選擇

0鍋爐點(diǎn)火及穩(wěn)燃評(píng)論員技術(shù)燃煤鍋爐的燃燒系統(tǒng)是重要的輔助裝置之一?；馂?zāi)的表面活性劑在鍋爐的安全運(yùn)行中起著不可忽視的作用。合理設(shè)計(jì)鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng),不僅可以節(jié)省初投資,而且還可以節(jié)省運(yùn)行電耗,提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。目前,國(guó)內(nèi)鍋爐點(diǎn)火及穩(wěn)燃節(jié)油技術(shù)主要有:等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)、煤粉鍋爐氣化小油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)、微油(少油)冷爐點(diǎn)火技術(shù)等。它們共同的優(yōu)點(diǎn)是:節(jié)能,環(huán)保;共同的目標(biāo)是:在鍋爐的啟停及低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)盡可能的節(jié)約燃油。1不同鍋爐的燃料消耗和安全燃燒油的基本技術(shù)1.1調(diào)整燃燒實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功率等離子點(diǎn)火裝置的基本原理是以大功率電弧直接點(diǎn)燃煤粉(見(jiàn)圖1)。等離子點(diǎn)火裝置是利用直流電流在介質(zhì)氣壓0.01MPa~0.03MPa的條件下接觸引弧,并在強(qiáng)磁場(chǎng)控制下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體,該等離子體在專門設(shè)計(jì)的燃燒器的中心燃燒筒中形成溫度T>5000K,溫度梯度極大的局部高溫區(qū),煤粉顆粒通過(guò)該等離子體,受到“火核”的高溫作用,在10-3秒內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物,使煤粉顆粒破裂粉碎,從而迅速燃燒。由于反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行,使混合物組分的粒級(jí)發(fā)生了變化。因而使煤粉的燃燒速度加快,有助于加速煤粉的燃燒,這樣就大大地減少促使煤粉燃燒所需要的引燃能量。等離子燃燒系統(tǒng)主要由等離子燃燒器、暖風(fēng)系統(tǒng)、制粉及送粉系統(tǒng)、等離子載體和火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)、直流供電及控制系統(tǒng),輔助系統(tǒng)和熱工監(jiān)控系統(tǒng)等組成。1.2提高燃油的燃燒效率鍋爐氣化微油點(diǎn)火是利用氣泡霧化方式將燃油霧化成超細(xì)油滴進(jìn)行燃燒,同時(shí)用燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)燃油進(jìn)行初期加熱、擴(kuò)容、后期加熱,在極短的時(shí)間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)氣化,使油槍在正常燃燒過(guò)程中直接燃燒氣態(tài)燃料,從而極大提高了燃油的燃燒效率及火焰溫度。根據(jù)目前采用微油點(diǎn)火技術(shù)的鍋爐的運(yùn)行情況,每臺(tái)爐每只氣化小油槍每小時(shí)油耗可控制在50~100kg/h以內(nèi)(常規(guī)300MW鍋爐大油槍每只出力約在1500~2000kg/h之間)。1.3煤粉燃燒溫油微油冷爐點(diǎn)火技術(shù)是使用微油燃燒器在特殊設(shè)計(jì)燃燒室內(nèi)高強(qiáng)度燃燒,產(chǎn)生高溫油火焰。高溫油火焰將通過(guò)煤粉燃燒器的一次風(fēng)粉加熱到煤粉的燃燒溫度,并將通過(guò)煤粉燃燒器的所有煤粉點(diǎn)燃后送入爐膛,達(dá)到點(diǎn)火啟爐和低負(fù)荷穩(wěn)燃的目的。微油點(diǎn)火系統(tǒng)由微油煤粉燃燒器、微油油燃燒器、油配風(fēng)風(fēng)機(jī)及管路、氣膜風(fēng)管路、微油油系統(tǒng)管路、控制系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)組成。2無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)各種不同的點(diǎn)火技術(shù)最終可以歸納為兩類:第一類為無(wú)油點(diǎn)火技術(shù),比如等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù),第二類為微油(少油)點(diǎn)火技術(shù)。下面就等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)與微油冷爐點(diǎn)火技術(shù)作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。2.1微油點(diǎn)火燃料油使用的性能(1)等離子燃燒器具備下列性能等離子燃燒器示意圖如圖2所示。1)點(diǎn)燃煤粉穩(wěn)定可靠,確保點(diǎn)火過(guò)程中不爆燃、不二次燃燒;點(diǎn)火過(guò)程燃燒器不結(jié)渣、不燒壞。2)達(dá)到主燃燒器的技術(shù)性能。一是燃燒器出口氣流的動(dòng)量矩基本不變和燃燒器出口流場(chǎng)不變,否則在正常運(yùn)行中可能引起結(jié)渣、超溫、燃燒效率下降等問(wèn)題;二是燃燒器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,阻力不大,滿足各燃燒器之間阻力匹配的要求;三是燃燒器耐燒、耐磨,滿足運(yùn)行檢修維護(hù)的要求。3)燃燒器的出力可以在一定的范圍內(nèi)變動(dòng),能滿足啟動(dòng)曲線的要求,同時(shí)滿足作為主燃燒器時(shí)出力的要求。4)燃燒器的外形主要尺寸與原燃燒器相同,便于燃燒器的布置和與系統(tǒng)的接口。(2)微油點(diǎn)火燃燒器具備下列性能微油點(diǎn)火煤粉燃燒器原理示意圖如圖3所示。1)油燃燒器火焰采用中心、單側(cè)或?qū)_式布置,為煤粉的湍流燃燒提供有利條件。由于油燃燒器火焰溫度高達(dá)1800℃,因此,在提高燃燒區(qū)溫度的同時(shí),提高了燃料的熱化學(xué)反應(yīng)能力,強(qiáng)化了熱質(zhì)的交換過(guò)程,因而在點(diǎn)火初期煤粉的燃盡率就高達(dá)90%~95%。2)所設(shè)置的氣膜風(fēng)冷卻了煤粉燃燒器的內(nèi)外壁面,并在煤粉燃燒器內(nèi)形成了一個(gè)完整的氣膜保護(hù)層,避免了結(jié)渣和燒蝕,降低磨損。3)對(duì)風(fēng)粉濃度無(wú)要求,風(fēng)粉濃度完全根據(jù)鍋爐升溫升壓需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。4)單只油燃燒器容量在50kg/h~300kg/h間,可點(diǎn)燃煙煤、褐煤、貧煤、無(wú)煙煤等,基本滿足國(guó)內(nèi)電站各種煤種的需要。5)油燃燒器的燃盡率高達(dá)99%以上,具備投運(yùn)電除塵設(shè)備的工況條件,具有環(huán)保效益。6)系統(tǒng)自身能耗小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作量小、運(yùn)行費(fèi)用低。7)油槍和點(diǎn)火槍不在高溫區(qū)工作,所以位置固定不變,不需要設(shè)推進(jìn)裝置,油槍亦無(wú)需吹掃。2.2適用于煤露等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù):已成功點(diǎn)燃貧煤、劣質(zhì)煙煤、煙煤和褐煤;微油冷爐點(diǎn)火技術(shù):可點(diǎn)燃煙煤、褐煤、貧煤、無(wú)煙煤等。2.3消毒方法等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù):采用無(wú)油點(diǎn)火;微油冷爐點(diǎn)火技術(shù):采用少油點(diǎn)火。2.4熱容量較低等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù):雖然起始電弧溫度較高,能直接點(diǎn)燃煤粉,但由于爐內(nèi)熱容量相對(duì)較低,故煤粉的燃盡度較差,點(diǎn)火初期底渣及飛灰中的含碳量較高。微油冷爐點(diǎn)火技術(shù):油燃燒器火焰溫度高,可提高燃燒區(qū)溫度,提高燃料的熱化學(xué)反應(yīng)能力,強(qiáng)化熱質(zhì)的交換過(guò)程,因而,在點(diǎn)火初期煤粉的燃盡度較高。2.5機(jī)組容量已經(jīng)突破3.0m(1)等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的應(yīng)用業(yè)績(jī)目前等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)成功應(yīng)用于貧煤、煙煤很多,應(yīng)用于褐煤較少。機(jī)組容量包括50MW~1000MW各等級(jí)的基建和改造鍋爐約430臺(tái),應(yīng)用該技術(shù)的機(jī)組總?cè)萘恳淹黄?80,000MW。其中基建期間實(shí)現(xiàn)零油耗的電廠130臺(tái),如國(guó)華錦界電廠4×600MW、華能營(yíng)口電廠2×600MW、國(guó)電福州電廠2×600MW等;已實(shí)現(xiàn)油槍、油系統(tǒng)完全停用的電廠有廣東惠來(lái)電廠2×600MW、華能汕頭電廠2×300MW+1×600MW等。(2)微油冷爐點(diǎn)火技術(shù)的應(yīng)用業(yè)績(jī)目前微油點(diǎn)火技術(shù)已在濰坊電廠、琿春電廠、榆社電廠300MW機(jī)組,鶴壁電廠、龍山電廠600MW機(jī)組等鍋爐上推廣使用3等距燃燒技術(shù)與微油燃燒技術(shù)的影響3.1等技術(shù)3.1.1直接點(diǎn)火系統(tǒng)計(jì)算一臺(tái)300MW機(jī)組按常規(guī)試運(yùn)所需燃油耗費(fèi)計(jì)算(耗電費(fèi)用未計(jì)):燃油消耗:3000t一臺(tái)300MW機(jī)組等離子點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)所需費(fèi)用計(jì)算:(1)燃油耗費(fèi):取燃油的低位發(fā)熱量為4.18×104kJ/kg,標(biāo)煤價(jià)格為501元/t,節(jié)約燃油數(shù)量為2700t,則按發(fā)熱量相等的原則所需的原煤費(fèi)用為:(3)耗電費(fèi)用:設(shè)計(jì)煤種發(fā)熱量:1.35×104kJ/kg原煤消耗:2700×4.18×104/(1.35×104)=8360t制粉耗電:20kWh/t耗電費(fèi)用:8360×(20+20)×0.5464/10000=18.3萬(wàn)元(4)點(diǎn)火器陰極材料消耗費(fèi)用:等離子點(diǎn)火系統(tǒng)初始投資約2×400萬(wàn)元。(6)取消鍋爐點(diǎn)火油系統(tǒng)和點(diǎn)火油泵、油罐區(qū)等,僅考慮設(shè)置風(fēng)道加熱器用日用油罐系統(tǒng)節(jié)省費(fèi)用260萬(wàn)元(兩臺(tái)機(jī)組)。綜上所述,假設(shè)燃油系統(tǒng)初始投資不變,則試運(yùn)期間一臺(tái)300MW機(jī)組投用等離子點(diǎn)火系統(tǒng)就可以為電廠節(jié)約投資:3.1.2等離子點(diǎn)火運(yùn)行成本忽略等離子本體消耗成本,等離子點(diǎn)火與燃油點(diǎn)火消耗比為:(193.2+18.3)/(2700×0.572)=0.137,也就是說(shuō)鍋爐投產(chǎn)后等離子點(diǎn)火的運(yùn)行成本不到采用燃油點(diǎn)火運(yùn)行成本的1/7。3.2火炬系統(tǒng)初始投資一臺(tái)300MW機(jī)組按常規(guī)試運(yùn)所需燃油耗費(fèi)計(jì)算(耗電費(fèi)用未計(jì)):燃油耗費(fèi):0.572×3000=1716(萬(wàn)元)一臺(tái)300MW機(jī)組微油點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)所需費(fèi)用計(jì)算:(1)燃油耗費(fèi):(3)耗電費(fèi)用:設(shè)計(jì)煤種發(fā)熱量:1.35×104kJ/kg原煤消耗:2400×4.18×104/(1.35×104)=7431.1t制粉耗電:20kWh/t耗電費(fèi)用:7431.1×(20+5)×0.5464/10000=10.2萬(wàn)元(4)設(shè)備費(fèi)用:微油點(diǎn)火系統(tǒng)初始投資約350萬(wàn)元。經(jīng)過(guò)以上計(jì)算可知,假設(shè)燃油系統(tǒng)初始投資不變,在每臺(tái)機(jī)組試運(yùn)期間投用微油點(diǎn)火裝置可為電廠節(jié)約投資:1716–343.2–171.7–10.2–350=840.9萬(wàn)元。4微油點(diǎn)火技術(shù)成本綜上所述,等離子和微油點(diǎn)火在技術(shù)上是可行的,在經(jīng)濟(jì)上是合理的,在電站鍋爐上應(yīng)用安全可靠,均可實(shí)現(xiàn)節(jié)油80%以上的目標(biāo)。等離子點(diǎn)火能夠?qū)崿F(xiàn)電廠無(wú)燃油運(yùn)行,可以停用甚至拆除大油槍、油庫(kù)、油泵等燃油系統(tǒng)及相關(guān)消防設(shè)備,僅設(shè)置風(fēng)道加熱器日用罐系統(tǒng),消除燃油火災(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,比較適合新建燃煤大機(jī)組采用。微油點(diǎn)火技術(shù)初始投資少,系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單,但須保留燃油系統(tǒng)及相應(yīng)的消防系統(tǒng),因此更適合在役機(jī)組進(jìn)行改造時(shí)選用。燃油價(jià)格:0.572萬(wàn)元/t燃油耗費(fèi):0.572×3000=1716(萬(wàn)元)燃油消耗:300t(僅考慮風(fēng)道加熱)燃油價(jià)格:0.572萬(wàn)元/t燃油耗費(fèi):0.572×300=171.6(萬(wàn)元)(2)原煤耗費(fèi):2700×4.18×104×501/(7000×4.1816)=193.2(萬(wàn)元)等離子燃燒器耗電:20kWh/t電價(jià)取0.5464元/kWh