王君?嚴志勇?寇建玉

摘要：介紹了火電機組常用的兩種節(jié)油點火技術(shù)，論述了兩種技術(shù)的適用范圍、節(jié)油效果及在應(yīng)用時需要注意的事項。并以某工程為例比較兩種點火技術(shù)的技術(shù)經(jīng)濟性。

關(guān)鍵詞：節(jié)油點火；等離子點火；微油點火

作者簡介：王君（1980-），女，內(nèi)蒙古包頭人，內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院，工程師；嚴志勇（1979-），男，江西新余人，內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院，工程師。（內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）05-0227-02

火電機組是電力行業(yè)的用油大戶，燃煤機組鍋爐點火及穩(wěn)燃用油是上網(wǎng)電價的重要組成部分。降低發(fā)電機組油耗不僅能降低發(fā)電成本、提高發(fā)電企業(yè)經(jīng)濟效益，同時對我國能源安全戰(zhàn)略具有重要意義。目前大中型火力發(fā)電廠常用的節(jié)油點火方法主要有等離子點火技術(shù)、微油氣化點火技術(shù)兩種。

一、節(jié)油點火技術(shù)的煤質(zhì)適應(yīng)性

1.等離子點火技術(shù)適用范圍

鍋爐燃料的燃燒特性是等離子煤粉點火裝置適用性的基本依據(jù)，等離子點火裝置適于Vdaf≥16%的貧煤、煙煤和褐煤（只限于中速磨）；可適用四角切圓直流燃燒器或前后墻對沖旋流燃燒器。鍋爐采用等離子點火技術(shù)，無需設(shè)置燃油系統(tǒng)。為保證機組正常啟動，需從燃用煤質(zhì)的著火、燃燼和結(jié)焦三個方面對其進行分析和評價后確定。

2.微油氣化小油槍點火技術(shù)適用范圍

相對而言，小油槍點火技術(shù)對煤種的適應(yīng)性要比等離子點火技術(shù)寬得多，可廣泛適用于貧煤、煙煤、褐煤及優(yōu)質(zhì)的無煙煤，可適用四角切圓、對沖燃燒方式及中間儲藏式、直吹式制粉系統(tǒng)。但小油槍點火技術(shù)由于起步較晚，在大型火電項目上應(yīng)用不及等離子點火技術(shù)廣泛。

3.本工程煤質(zhì)特點

某工程燃用徐礦集團俄霍布拉克煤礦供應(yīng)的煙煤。煤質(zhì)分析如下：設(shè)計煤種Car60.97%，Har4.14%，Oar8.77%，Nar0.91%，St，ar0.62%，Mtar7.5%，Aar17.09%，Vdaf42.37%，Mad2.44%，Qnet，ar23560 kJ/kg。校核煤種Car58.8%，Har3.76%，Oar8.23%，Nar0.82%，St，ar0.55%，Mtar9.1%，Aar18.74%，Vdaf42.76%，Mad3.1%，Qnet，ar22510 kJ/kg

（1）燃料著火特性。燃料著火特性可根據(jù)著火穩(wěn)燃特性判別指標Pd判別，Pd>638屬于極難穩(wěn)定區(qū)，613

從判別指標可以看出本工程設(shè)計煤種（穩(wěn)燃指數(shù)570）屬于極易著火、極易穩(wěn)定燃燒的煤質(zhì)，校核煤種（穩(wěn)燃指數(shù)567）中屬于極易著火、易穩(wěn)定燃燒的煤質(zhì)，采用等離子點火方式和微油點火方式均可。

（2）燃料燃盡特性。燃料燃盡特性可根據(jù)Fz傅張指數(shù)判別，F(xiàn)z≤0.5屬于極難燃盡，0.52.0屬于極易燃盡。

從判別指標可以看出，本工程設(shè)計煤種（傅張指數(shù)5.986）和校核煤種（傅張指數(shù)5.704）均屬極易燃盡煤種，采用等離子點火方式和微油點火方式均可。

二、節(jié)油效果及系統(tǒng)分析

1.等離子點火系統(tǒng)

采用等離子點火裝置可取消常規(guī)燃油系統(tǒng)（包括油罐、油泵設(shè)備、鍋爐點火油槍、油系統(tǒng)管道、油系統(tǒng)控制、油系統(tǒng)消防及相關(guān)建筑）。

2.微油氣化點火系統(tǒng)

采用微油氣化點火裝置，可達95%的節(jié)油率。根據(jù)機組啟動、調(diào)試及運行要求，本工程2×350MW機組需設(shè)置2座200m3油罐及相應(yīng)油泵設(shè)備及管道系統(tǒng)等。

三、經(jīng)濟效益分析

1.試運期間的經(jīng)濟效益

根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的中電聯(lián)技經(jīng)[2007]7號文件《關(guān)于調(diào)整和修改火力發(fā)電廠工程基建階段燃油和蒸汽用量標準及其計算公式的通知》，單臺300MW機組整套啟動試運行期間消耗的燃油量約為2118t，空負荷試運、吹管燃油使用量約為711t，鍋爐本體各項實驗、酸洗燃油使用量約28t，合計約2857t。

針對本工程，分別對采用等離子點火技術(shù)及微油氣化點火技術(shù)的節(jié)油效果及輔助系統(tǒng)投資作如下簡單的計算（按兩臺機組計）：

（1）等離子點火裝置。

1）按常規(guī)點火裝置，試運所需燃油耗費計算（耗電費用未計），燃油耗費3714.1萬元。

2）采用等離子點火裝置進行試運所需費用的計算。燃油耗費：燃油消耗0t；原煤耗費：兩臺機組按發(fā)熱量相等的原則所需的原煤費用為221.52萬元；耗電費用：設(shè)計煤種發(fā)熱量23560kJ/kg，原煤消耗2×2857×41840/23560 = 10147.4t，耗電費用10147.4×40×0.2=8.1萬元；等離子點火裝置設(shè)備費約1120萬元；等離子點火裝置一次熱風(fēng)加熱器消耗蒸汽費用11.4萬元。

3）節(jié)省燃油系統(tǒng)設(shè)備、管道、電控裝置、消防系統(tǒng)及建筑等投資費。按采用常規(guī)點火方式，根據(jù)本工程機組容量，需設(shè)置2座1000m3油罐、燃油泵設(shè)備及相關(guān)建筑，總投資約400萬元。采用等離子點火技術(shù)，可取消燃油系統(tǒng)，無油系統(tǒng)設(shè)備及建筑，可節(jié)約投資約400萬元。

4）小計。按以上計算可知，在兩臺機組試運期間投用等離子點火裝置可為電廠節(jié)約啟動調(diào)試費用約3473.08萬元。

（2）微油氣化點火裝置。按常規(guī)點火方式，單臺機組試運期間用油量按前述約2857t；若采用微油氣化點火方式，節(jié)油量至少在95%以上，單臺鍋爐燃油消耗量將控制在143t以內(nèi)。

（1）按常規(guī)試運所需燃油耗費計算（耗電費用未計）。燃油耗費3714.1萬元。

（2）機組采用微油氣化點火裝置進行試運所需費用計算。燃油耗費：185.9萬元；原煤耗費：210.26萬元；耗電費用：3.86萬元；微油氣化點火裝置設(shè)備費約2×160萬元；微油氣化點火裝置一次熱風(fēng)加熱器消耗蒸汽費用10.9萬元。

（3）節(jié)省燃油系統(tǒng)設(shè)備及建筑等投資費。按采用常規(guī)點火方式，根據(jù)本工程機組容量，需設(shè)置2座1000m3油罐、燃油泵設(shè)備及相關(guān)建筑，總投資約400萬元。采用微油氣化點火技術(shù)，設(shè)置2座200m3油罐即可，并配置相應(yīng)的燃油泵設(shè)備、建筑等，可節(jié)約投資約90萬元。

（4）小計。按以上計算可知，在兩臺機組試運期間投用微油氣化點火裝置可為電廠節(jié)約啟動調(diào)試費用3303.18萬元。

2.長期經(jīng)濟效益

機組正常運行后，非調(diào)峰機組全年啟停次數(shù)不多于6次，正常啟動一次耗油量約為100t，按30年的服役期考慮，常規(guī)2×300MW等級機組服役期內(nèi)需耗油18000t油，采用節(jié)油點火技術(shù)后的節(jié)油效果更加顯著。

（1）等離子點火裝置。等離子點火裝置燃油節(jié)約費用11700萬元，原煤耗費697.28萬元，耗電費用25.5萬元，蒸汽費用35.9萬元，采用等離子點火裝置共可節(jié)約費用10941.32萬元，30年服役期兩臺機組每年節(jié)約費用729.42萬元。微油氣化點火裝置燃油節(jié)約費用11115萬元，原煤耗費662.41萬元，耗電費用12.15萬元，蒸汽費用34.3萬元，采用微油氣化點火裝置共可節(jié)約費用10406萬元，30年服役期兩臺機組每年節(jié)約費用693.73萬元。

3.兩種節(jié)油點火裝置技術(shù)經(jīng)濟性比較

等離子點火方案技術(shù)很成熟，微油氣化點火方案技術(shù)成熟；采用等離子點火不需要設(shè)置燃油系統(tǒng)，微油氣化點火方案需要設(shè)置油系統(tǒng)；采用等離子點火第一年后每年節(jié)約運行費729.42萬元，采用微油點火693.73萬元；采用等離子點火方案社會效益和環(huán)境效益很顯著，采用微油氣化點火方案同樣顯著。從第一年調(diào)試至第15年采用等離子點火方案比采用微油氣化點火方案還完貸款總收益少58.4萬元，從第一年調(diào)試至第30年服役期采用等離子點火方案較采用微油氣化點火方案還完貸款總收益多476.95萬元（貸款年利率按6.14%、15年等額還本付息計算）。

四、需要注意的問題

無論是采用等離子點火技術(shù)還是微油氣化點火技術(shù)，均要求點火系統(tǒng)具有較高的安全穩(wěn)定性。雖然兩種點火方式均為技術(shù)成熟、運行可靠的節(jié)油點火技術(shù)，均具有較多成功的運行案例，但其仍存在一定程度的風(fēng)險性。

1.等離子點火裝置

采用等離子點火技術(shù)，需注意以下問題：

（1）對于等離子點火技術(shù)，煤質(zhì)情況無疑是決定其能否正常運行的關(guān)鍵因素。若實際燃燒煤質(zhì)較設(shè)計煤質(zhì)偏差較大，將有可能造成等離子裝置運行的不穩(wěn)定性。因采用等離子點火技術(shù)將取消燃油系統(tǒng)，無其他備用點火方式，等離子點火裝置運行的可靠性直接影響鍋爐啟動的可靠性。設(shè)計時需設(shè)置兩層點火燃燒器，一層運行，一層備用。運行過程中加強進廠燃料的監(jiān)控，盡可能控制電廠來煤與設(shè)計煤種的偏差。

（2）等離子點火燃燒器在正常運行中有電弧熄火的隱患，導(dǎo)致未燃煤粉直接噴入爐膛，威脅爐膛安全。設(shè)計時可通過熱工保護，避免上述現(xiàn)象的發(fā)生，即設(shè)置等離子發(fā)生器發(fā)生斷弧、著火不穩(wěn)時保護聯(lián)關(guān)磨煤機相應(yīng)出口門。

（3）壓縮空氣品質(zhì)要求較高。如等離子發(fā)生器所使用的壓縮空氣含油量、含水量較大，則在使用過程中，尤其是等離子點火裝置連續(xù)投運時間較長的情況下，容易造成等離子發(fā)生器陽極污染，從而影響等離子點火裝置的可靠性。在運行過程中要監(jiān)測壓縮空氣品質(zhì)，以保證等離子點火裝置用的壓縮空氣品質(zhì)良好。

（4）陰極壽命不確定。等離子點火裝置陰極屬耗材，實際使用中陰極的使用壽命約為50小時左右，更換較為頻繁，增加了運行成本。且運行中，無陰極耗損提示，陰極達到使用壽命時等離子發(fā)生器會發(fā)生突然斷弧現(xiàn)象，從而影響爐膛的安全穩(wěn)定。在運行中應(yīng)注意每個陰極的使用時間，在即將到達壽命期時更換，以保證等離子點火裝置隨時可投入使用。

（5）點火采用在燃燒器內(nèi)分級燃燒、逐級放大的方式，燃燒器內(nèi)易造成超溫和結(jié)渣。為防止此現(xiàn)象的發(fā)生，等離子技術(shù)放棄了最早采用的徑向點火拉弧方式（此方式在早期使用的多家電廠中均出現(xiàn)了燃燒器內(nèi)結(jié)渣），改為軸向點火的方式，可以在一定程度上避免結(jié)渣的發(fā)生。但當(dāng)設(shè)計不當(dāng)或煤質(zhì)條件差時仍可能存在燃燒器內(nèi)結(jié)渣現(xiàn)象。

2.微油氣化點火裝置

采用微油點火技術(shù)，需注意以下問題：

（1）微油氣化點火技術(shù)最常見的故障就是小油槍堵塞造成滅火。對于煙煤由于油槍出力低，霧化裝置孔徑較小，油管路稍有雜物即造成堵塞，造成燃燒器滅火，威脅點火的安全。運行時需注意燃油品質(zhì)。

（2）微油氣化點火系統(tǒng)輸入的熱量大于等離子點火系統(tǒng)輸入的熱量，燃油在點火過程中需要大量的氧氣，若配置不合理，則存在著燃油向煤粉搶氧的現(xiàn)象；點火用風(fēng)通過助燃風(fēng)系統(tǒng)送入，風(fēng)壓1.5～3kPa，且因燃燒器的有限空間內(nèi)著火氣流整體溫度很高，體積劇烈膨脹等都會導(dǎo)致燃燒器噴口的氣流速度非常高，大于火焰?zhèn)鞑ニ俣葧r會造成火焰燃燒不穩(wěn)定、燃燒效率大幅度降低，同時也會導(dǎo)致燃燒器阻力增大。

（3）同等離子點火相同，微油氣化點火采用在燃燒器內(nèi)分級燃燒、逐級放大的方式，燃燒器內(nèi)易造成超溫和結(jié)渣。微油氣化點火技術(shù)目前切向和軸向點火方式均采用，當(dāng)設(shè)計不當(dāng)或煤質(zhì)條件差時仍可能存在燃燒器內(nèi)結(jié)渣現(xiàn)象。

五、結(jié)論

針對本工程煤質(zhì)情況，采用等離子點火方式或采用微油氣化點火方式均可滿足系統(tǒng)啟動、調(diào)試、運行要求。根據(jù)以上對節(jié)油點火技術(shù)的分析，兩種節(jié)油措施均可達到降低運行成本、控制造價的目的。但等離子點火裝置受鍋爐燃煤情況影響較大，故其運行的可靠性以工程燃煤的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，微油點火裝置對煤質(zhì)的適應(yīng)性較為廣泛，受煤質(zhì)變化的影響較小。

若采用等離子點火技術(shù)且取消油系統(tǒng)，可由等離子設(shè)備廠家根據(jù)本工程煤質(zhì)特點及將來可能變化的情況對取消油系統(tǒng)進行風(fēng)險分析，并提出保證鍋爐啟動、安全穩(wěn)定運行的有效措施。

本工程燃煤屬高揮發(fā)分、高熱值、低水分、低灰分煙煤，煤粉易燃、易爆。該種煤質(zhì)很適合采用等離子點火技術(shù)無油點火。采用該種點火技術(shù)，取消油系統(tǒng)（包括油罐、油泵設(shè)備、鍋爐點火油槍、油系統(tǒng)管道、油系統(tǒng)控制、油系統(tǒng)消防及相關(guān)建筑），可以減少廠區(qū)安全隱患，提高電廠的安全性，減少廠區(qū)占地，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。綜合技術(shù)、經(jīng)濟方面考慮，并借鑒內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院設(shè)計且成功運行的國電東勝熱電廠無油點火經(jīng)驗，本工程推薦采用等離子點火技術(shù)，并取消油系統(tǒng)，等離子點火燃燒器設(shè)置兩層，一層運行，一層備用。

（責(zé)任編輯：王祝萍）