無油點火技術(shù)發(fā)展的一些問題

無油點火技術(shù)發(fā)展的一些問題

隨著中國國情的快速發(fā)展，全國能源需求顯著增加。2007年，中國的發(fā)電能力超過7億kw。其中，占安裝總數(shù)的75%，到2020年，中國的發(fā)電能力將達到13億kw。根據(jù)中國能源資源配置的特點，煤炭能源仍然占很大比例。大油槍點火技術(shù)是目前我國火力發(fā)電廠煤粉鍋爐應(yīng)用最廣的傳統(tǒng)點火技術(shù),由于燃煤電廠的煤粉燃燒器采用一級送粉方式,冷態(tài)啟動與低負(fù)荷時只能采用燃燒燃油的方式提供熱能,燃油消耗量很大,目前全國每年耗油量大約在2500～3500萬t(相當(dāng)于我國勝利油田一年的石油產(chǎn)量)。因此以煤代油為鍋爐點火,實現(xiàn)無油點火和穩(wěn)燃,不僅是對緩解目前我國燃油緊缺的局面具有重大現(xiàn)實意義,而且對我國今后的可持續(xù)發(fā)展也有深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。本文準(zhǔn)備對一些無油點火助燃技術(shù)的發(fā)展情況作些評析。預(yù)燃室點火是早期應(yīng)用于煙煤或褐煤鍋爐小機組的一種無油點火技術(shù),這項技術(shù)首先應(yīng)用于火箭的氫氧發(fā)動機和煤油發(fā)動機,已有幾十年的歷史,對于提高火箭的推力與速度,起了巨大的作用。采用這種技術(shù)煤粉先經(jīng)過加熱過的預(yù)燃室從預(yù)燃室吸收熱量升溫達到煤粉的著火點,然后進入爐膛燃燒,作為點火或穩(wěn)燃用。這項技術(shù)的關(guān)鍵是要解決預(yù)燃室的煤粉結(jié)焦問題:由于預(yù)燃室內(nèi)部的溫度比較高,對于氫氣與氧氣或煤油與氧氣來說,不會產(chǎn)生結(jié)焦的問題,但是對于煤粉來說,往往會產(chǎn)生結(jié)焦,導(dǎo)致煤粉的出力與流速下降;由于這個問題很難解決,所以預(yù)燃室點火技術(shù)目前已基本淘汰。最先應(yīng)用這項技術(shù)的是北京的高井電廠,但是現(xiàn)在高井電廠已用霧化小油槍點火技術(shù)取代了預(yù)燃室點火。高頻感應(yīng)高溫空氣點火技術(shù)利用高頻感應(yīng)電加熱裝置將裝置內(nèi)的空氣加熱到足夠高溫度,這部分高溫空氣被通入到煤粉燃燒器噴口處的點火裝置點燃煤粉形成一個火炬,該技術(shù)曾經(jīng)是作為國家863計劃的一個分支研究課題。高頻感應(yīng)高溫空氣點火與穩(wěn)燃裝置屬于間接加熱系統(tǒng),由火燃燒噴口、高頻感應(yīng)頭、大功率電源等組成,結(jié)構(gòu)簡單、主體無機械運動部件、可靠性較高,但是空氣加熱的溫度受裝置金屬材料的耐溫限制,而且當(dāng)煤質(zhì)較差、含水量較高時煤粉升溫所需的熱容量較大,而空氣本身熱容量較小,高溫空氣往往無法將煤粉加熱至燃點導(dǎo)致點火失敗,也就是說高頻感應(yīng)高溫空氣點火技術(shù)的應(yīng)用受煤質(zhì)影響較大,煤種適應(yīng)性較差。從目前的應(yīng)用來看,只有在吉林熱電廠、楊子石化熱電廠做過試驗性的點火,目前這項技術(shù)沒有通過鑒定也沒有具體的應(yīng)用業(yè)績。等離子點火與穩(wěn)燃技術(shù)是近幾年來發(fā)展比較迅速的無油點火技術(shù),普及率也在逐步提高,50～1000MW機組都有應(yīng)用報道。等離子體技術(shù)原來主要應(yīng)用核電、空氣動力學(xué)試驗中的材料燒蝕試驗等,是隨著國防科技的發(fā)展而逐步發(fā)展起來的。這項技術(shù)應(yīng)用于點火是從上世紀(jì)90年代初開始的,首先俄羅斯把這項技術(shù)應(yīng)用到陜西的秦嶺電廠,但是由于各種條件的限制,沒有成功,以后通過煙臺龍源電力技術(shù)有限公司與大唐博耐特工程有限公司等單位的努力,適應(yīng)了中國國內(nèi)的煤質(zhì)參數(shù),得到了大規(guī)模的推廣。等離子點火與穩(wěn)燃技術(shù)利用等離子體技術(shù)產(chǎn)生高焓高溫的空氣等離子體,煤粉通過等離子體高溫空氣受熱迅速升溫發(fā)生深度裂解析出揮發(fā)分,揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達20%～80%,這些揮發(fā)非常容易點燃。采用這種技術(shù),煤粉燃燒器大多采用多級送粉原理和濃淡分離技術(shù),濃煤粉氣流通過等離子體空氣后燃燒,產(chǎn)生的熱量再點燃全部煤粉氣流。等離子無油點火與穩(wěn)燃裝置主要由等離子噴槍、大功率直流電源與高效濃淡分離型煤粉燃燒器組成,等離子噴槍包括陰極、陽極、水冷系統(tǒng)、磁穩(wěn)線圈等,大功率直流電源由變壓器、電抗器、整流單元、負(fù)反饋控制回路等組成,點火快、穩(wěn)定可靠、煤種適應(yīng)性較廣,但是由于等離子弧焰溫度很高(最高10000℃),陰、陽極燒損嚴(yán)重,即便采取水冷措施陰極和陽極壽命也分別只有數(shù)十小時和數(shù)百小時,需頻繁更換陰、陽電極。等離子點火與穩(wěn)燃技術(shù)的關(guān)鍵是等離子噴槍與濃淡分離型煤粉燃燒器,其中等離子噴槍的設(shè)計質(zhì)量與濃淡分離型煤粉燃燒器的分離效果直接決定現(xiàn)場鍋爐應(yīng)用的效果。從應(yīng)用情況來看,由于采用了管道蒸汽加熱技術(shù)與臨爐送粉方式,已經(jīng)完全實現(xiàn)了鍋爐的冷態(tài)點火啟動與穩(wěn)燃,不用一滴燃油,節(jié)油率達到了100%。從使用經(jīng)濟效益分析,由于采用了低品位燃料代替高品位燃料,使用成本大約是采用大油槍點火成本的25%～35%,每年為電廠節(jié)約幾百萬的成本。目前應(yīng)用這項技術(shù)的有煙臺電廠、華能海勃灣電廠、赤峰電廠等大約上百個電廠,300多套機組。蒸汽或空氣霧化小油槍點火技術(shù)作為一種節(jié)油的點火技術(shù),近幾年來發(fā)展也比較迅速,目前國內(nèi)擁有這項技術(shù)的包括大唐節(jié)能科技有限公司、華電光耀電力設(shè)備有限公司、濟南海普電力節(jié)能科技有限公司等。傳統(tǒng)的大油槍點火技術(shù)采用簡單機械霧化方式,燃油的霧化質(zhì)量受到限制,通常SMD不小于100μm,燃燒效率比較低;小油槍點火技術(shù)利用壓縮空氣或蒸汽的高速射流將燃料油直接擊碎,霧化成超細(xì)油滴進行燃燒,一般SMD可小于50μm,可以在極短的時間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)氣化讓油槍直接燃燒油霧,火焰剛性強、傳播速度快、中心溫度高(達到1500～2000℃),燃燒效率大大提高。煤粉燃燒器采用濃淡分離技術(shù),小油槍燃燒形成的高溫火焰,使進入一次室的濃相煤粉顆粒溫度急劇升高、破裂粉碎,釋放出大量的揮發(fā)分迅速著火燃燒,在二次室內(nèi)混合并點燃稀相煤粉,實現(xiàn)煤粉的分級燃燒。蒸汽或空氣霧化小油槍點火裝置主要由燃油系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和高效濃淡分離型煤粉燃燒器組成。燃油系統(tǒng)由小油槍、供油管路、壓縮空氣系統(tǒng)等組成。根據(jù)機組的控制系統(tǒng)不同,小油槍技術(shù)可以采取不同的控制和保護方式,例如手動控制,遠(yuǎn)程保護、PLC控制與FSSS聯(lián)合保護、DCS控制與BMS(或FSSS)保護等。蒸汽或空氣霧化小油槍點火技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單、操作和調(diào)節(jié)方便、檢修維護量小、便于生產(chǎn)管理,對煤粉濃度和一次風(fēng)速的適應(yīng)性強,鍋爐啟動過程中熱負(fù)荷的調(diào)節(jié)方便,與各類控制系統(tǒng)的兼容性強,設(shè)備和系統(tǒng)安全可靠,不過小油槍點火仍然要消耗掉部分燃油。蒸汽或空氣霧化小油槍點火技術(shù)的關(guān)鍵是小油槍的燃油霧化質(zhì)量與濃淡分離型煤粉燃燒器的分離效果,這兩個方面決定現(xiàn)場應(yīng)用的效果。從使用經(jīng)濟效益分析,由于是使用小油槍的熱量點燃一次風(fēng)粉,80%以上的熱量是由煤粉燃燒放出的,因此節(jié)油率可以達到80%以上,使用成本大約是采用大油槍點火成本的35%～40%左右;由于蒸汽或空氣霧化小油槍點火技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單,建設(shè)費用比較少,如果是老機組改造,就可以節(jié)省油庫與系統(tǒng)管路建設(shè)的資金,使用成本將會更低。目前應(yīng)用這項技術(shù)的有青島電廠、揚州電廠、鄒縣電廠、萊城電廠等大約100個電廠,200～300套機組。雙強化煤粉點火技術(shù)也是一種節(jié)油的點火技術(shù)。這種技術(shù)采用強化的油燃燒器產(chǎn)生的不低于1600℃的高溫火焰,把通過煤粉燃燒器的一次風(fēng)粉(二相氣流)升至著火溫度,實現(xiàn)不同煤種的直接點火與燃燒,可以降低煤粉鍋爐點火啟動及穩(wěn)燃過程的燃油消耗。作為這種技術(shù)的關(guān)鍵設(shè)備用來強化燃燒的油燃燒器,采用航空發(fā)動機強制配風(fēng)的燃燒技術(shù),體積小、熱負(fù)荷高、燃盡率高(達98%)、火焰溫度高(可達1800℃)、火焰剛性好、抗風(fēng)能力強,油槍出力可任意調(diào)整,滿足不同煤種的“煤粉內(nèi)燃技術(shù)”的點火熱源要求。目前這項技術(shù)正處于逐步試驗完善階段。這些點火與穩(wěn)燃技術(shù)中,目前我國應(yīng)用較多的是等離子無油點火技術(shù)和蒸汽或空氣霧化小油槍點火技術(shù)。從初次投資、運行費用與維護工作量來看,這兩種技術(shù)的競爭力也比較強,發(fā)展前景較好。等離子點火技術(shù)的發(fā)展,面臨的課題