喬固

【摘 要】 電站煤粉鍋爐是目前在火力發(fā)電中提供煤炭燃燒的位置，傳統(tǒng)的煤炭燃燒過(guò)程中，常常會(huì)采用石油進(jìn)行點(diǎn)火，這樣會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染?；诖嗽?，本文重點(diǎn)對(duì)無(wú)油點(diǎn)火的技術(shù)特征有優(yōu)勢(shì)以及點(diǎn)火技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，供相關(guān)技術(shù)人員參考。

【關(guān)鍵詞】 煤粉鍋爐；無(wú)油點(diǎn)火；技術(shù)

一、前言

隨著我國(guó)對(duì)于能源利用的重視，因此對(duì)于煤炭的充分燃燒受到了廣泛的關(guān)注，而能源的利用和環(huán)境之間存在直接的聯(lián)系，對(duì)于電站而言，采用無(wú)油點(diǎn)火對(duì)于電站煤粉鍋爐的利用優(yōu)勢(shì)較大。

二、無(wú)油點(diǎn)火方式概述

目前電站煤粉鍋爐采用了輕油、微油和等離子三種點(diǎn)火方式進(jìn)行點(diǎn)火。輕油點(diǎn)火方式在電站鍋爐中早已應(yīng)用，是傳統(tǒng)的點(diǎn)火方式；微油點(diǎn)火方式是近十年來(lái)研發(fā)出來(lái)的一種新的技術(shù)；輕油點(diǎn)火方式和微油點(diǎn)火方式都是利用裝在燃煤粉燃燒器內(nèi)的高能點(diǎn)火器引燃其輕油系統(tǒng)油槍噴出的輕質(zhì)柴油，通過(guò)柴油燃燒再點(diǎn)燃煤粉燃燒器噴咀噴出的煤粉著火燃燒。兩者設(shè)備系統(tǒng)大致相同，其主要區(qū)別于點(diǎn)火所需油量的不同，微油點(diǎn)火方式比輕油點(diǎn)火方式可以節(jié)省點(diǎn)火用油達(dá)70%以上。

等離子點(diǎn)火技術(shù)也是近十年來(lái)我國(guó)研發(fā)出來(lái)的一種新型點(diǎn)火技術(shù)。它比微油點(diǎn)火技術(shù)更早地應(yīng)用于電站鍋爐點(diǎn)火，從點(diǎn)火燃燒技術(shù)原理來(lái)說(shuō)，兩種基本同類，都是內(nèi)燃式燃燒器，采用濃淡技術(shù)，內(nèi)濃外淡，分級(jí)燃燒，集中點(diǎn)燃煤粉并逐級(jí)放大來(lái)完成煤粉引燃過(guò)程。兩者的不同點(diǎn)是：微油點(diǎn)火技術(shù)是通過(guò)高能點(diǎn)火器引燃其輕油系統(tǒng)油槍噴出的輕質(zhì)柴油作為煤粉點(diǎn)火源；而等離子點(diǎn)火技術(shù)點(diǎn)火源為等離子發(fā)生器（拉電?。?，兩者設(shè)備系統(tǒng)下屬的各功能子系統(tǒng)也差別較大。目前電力行業(yè)廣泛普及應(yīng)用的主要是等離子點(diǎn)火和小油槍微油點(diǎn)火技術(shù)。鍋爐擬采用超超臨界參數(shù)變壓直流爐，四角切圓燃燒、二次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架塔式鍋爐。鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量2700t/h。

三、等離子系統(tǒng)簡(jiǎn)介

1、系統(tǒng)原理

MA300B型等離子點(diǎn)火裝置是利用直流電流在空氣介質(zhì)氣壓條件下接觸引弧，獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在專門(mén)設(shè)計(jì)的燃燒器的中心燃燒筒中形成溫度T>5000K的，溫度梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過(guò)該等離子“火核”受到高溫作用，迅速釋放出揮發(fā)物，使煤粉顆粒破裂粉碎并再造揮發(fā)分，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，也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。等離子體內(nèi)含有大量化學(xué)活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子團(tuán)（OH、H2、O2）、離子（O2-、H2-、OH-、O-、H+）和電子等，可加速熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，促進(jìn)燃料完全燃燒。為了獲得煤粉點(diǎn)火的最佳濃度，根據(jù)制粉系統(tǒng)一次風(fēng)煤粉濃度及現(xiàn)場(chǎng)一次風(fēng)管道的具體情況，可分別采用葉柵、撞擊塊或?qū)Я靼宓确绞綕饪s煤粉，使之達(dá)到點(diǎn)燃煤粉的最佳煤粉濃度。按煤質(zhì)的情況，盡可能使煤粉細(xì)度、一次風(fēng)氣流速度和一次風(fēng)溫度也在所要求范圍之內(nèi)，滿足條件的一次風(fēng)粉進(jìn)入點(diǎn)火區(qū)，濃煤粉經(jīng)過(guò)高溫的等離子體被點(diǎn)燃，在燃燒器內(nèi)部燃燒。淡煤粉流經(jīng)高溫套筒的外壁，對(duì)其起到冷卻的作用，在“環(huán)形縮口”的作用下被濃縮，并被已燃燒的火炬點(diǎn)燃。然后進(jìn)入混合燃燒，完成逐級(jí)點(diǎn)火分級(jí)燃燒的過(guò)程。

2、系統(tǒng)組成

等離子體發(fā)生器為直流非轉(zhuǎn)移型電弧等離子體發(fā)生器。等離子體炬具有溫度高、能量集中、氣氛可控等優(yōu)點(diǎn)。由陰極、陽(yáng)極等組成。材料采用具有高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱、耐氧化的金屬材料制成，采用水冷方式冷卻，以承受電弧高溫沖擊。等離子體發(fā)生器所用直流穩(wěn)壓電源采用國(guó)際最新科技的IGBT管高頻逆變開(kāi)關(guān)直流電源，具有電流穩(wěn)定度高、體積小、效率高等特點(diǎn)。等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)由點(diǎn)火系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)兩部分組成。點(diǎn)火系統(tǒng)包括發(fā)生器、燃燒器。輔助系統(tǒng)包括電源裝置、控制系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、高壓風(fēng)系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)。電源裝置由直流電源柜、聯(lián)接電纜等構(gòu)成的直流供電裝置。

3、技術(shù)特性

等離子體是除液體、固體和氣體以外的第四種物質(zhì)存在形式。它整體呈中性，內(nèi)部富含極具活性的正、負(fù)離子、電子和分子。等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子體射流核心溫度高達(dá)4000～10000℃，與等離子體燃燒器結(jié)合后在其內(nèi)部形成合理的溫度場(chǎng)，促進(jìn)煤粉的裂解和燃燒。利用其特點(diǎn)，可在鍋爐啟動(dòng)和穩(wěn)燃過(guò)程中以煤粉完全替代燃油，實(shí)現(xiàn)無(wú)油啟動(dòng)和穩(wěn)燃。

4、燃燒器特點(diǎn)

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。穩(wěn)定可靠地點(diǎn)燃煤粉，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。

達(dá)到主燃燒器的技術(shù)性能。首先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；第二是燃燒器結(jié)構(gòu)必須簡(jiǎn)單，阻力不能太大，滿足各燃燒器之間阻力匹配的要求；第三是燃燒器耐燒、耐磨，滿足運(yùn)行檢修維護(hù)的要求。

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。從最大限度的節(jié)約燃油的角度考慮，在設(shè)計(jì)上該燃燒器能滿足在鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火時(shí)投入，并滿足鍋爐升溫升壓速率要求。

四、采用等離子點(diǎn)火可行性分析

工程燃用煤種為易著火煤種，無(wú)論采用等離子點(diǎn)火技術(shù)，還是采用微油點(diǎn)火技術(shù)，均可確保煤粉穩(wěn)定高效點(diǎn)燃，即使在鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火也能保持較高的燃盡水平。

工程設(shè)計(jì)和校核煤種的燃盡性能都屬于易?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整煤粉細(xì)度，煤粉濃度，一、二次風(fēng)速，煤粉/空氣混合物溫度等措施，來(lái)保證鍋爐啟動(dòng)時(shí)，順利點(diǎn)燃煤粉。根據(jù)其它工程的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于該煤質(zhì)，只要控制好燃燒器的出力及適當(dāng)?shù)娘L(fēng)粉濃度，即使在冷態(tài)點(diǎn)火，也可以保證良好的燃燒效率。

在等離子體燃燒器的設(shè)計(jì)中對(duì)防止燃燒器結(jié)渣應(yīng)給予充分的重視，等離子體發(fā)生器需軸向布置，避免在燃燒器內(nèi)部存在回流區(qū)，等離子體燃燒器的設(shè)計(jì)出力適當(dāng)、不宜太高，壁溫監(jiān)測(cè)及圖像火焰監(jiān)視裝置等監(jiān)測(cè)手段應(yīng)保證。通過(guò)采取上述措施，從其它已運(yùn)行工程情況分析，可以避免燃燒器結(jié)渣現(xiàn)象的發(fā)生。

當(dāng)采用切圓燃燒方式時(shí)，底層油槍的出力大約相當(dāng)于單層煤粉燃燒器額定出力的30%～50%。采用等離子點(diǎn)火裝置以后，底層燃燒器可以直接用等離子點(diǎn)火，并且在燃燒器內(nèi)筒開(kāi)始燃燒，按照燃燒效率80%計(jì)算，底層燃燒器提供的熱量大于油槍的出力，能點(diǎn)燃相鄰層的燃燒器，用等離子進(jìn)行穩(wěn)燃完全可行。

五、無(wú)油電廠的方案設(shè)計(jì)

1、無(wú)油電廠概述

無(wú)油電廠是指鍋爐點(diǎn)火及穩(wěn)燃節(jié)油裝置采用等離子技術(shù)，取消常規(guī)燃油系統(tǒng)及燃油貯罐，鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃僅靠等離子裝置實(shí)現(xiàn)的電廠。

取消燃油系統(tǒng)，以煤代油符合國(guó)家戰(zhàn)略能源政策，不僅經(jīng)濟(jì)效益顯著，對(duì)電廠管理可以消除燃油系統(tǒng)泄漏而時(shí)常發(fā)生的著火、設(shè)備損壞等安全隱患，減少設(shè)備的維護(hù)量、取消因燃油系統(tǒng)而設(shè)置的消防設(shè)施、含油廢水處理裝置等設(shè)備，減少因燃油系統(tǒng)引起的環(huán)境污染。同時(shí)，也節(jié)約了燃油系統(tǒng)大循環(huán)熱備用消耗的大量電能。

從燃燒角度來(lái)講，無(wú)油電廠可以杜絕煤油混燒引發(fā)的空預(yù)器著火、電除塵陰極積碳等事故的發(fā)生，電站鍋爐在點(diǎn)火初期電除塵裝置就可以投運(yùn)，可減少粉塵排放，符合國(guó)家能源環(huán)保政策。

2、建設(shè)無(wú)油電廠的可行性

現(xiàn)階段只有取消常規(guī)燃油系統(tǒng)，采用等離子點(diǎn)火裝置的電廠才有可能實(shí)現(xiàn)真正意義的無(wú)油電廠。

3、燃煤電廠用油問(wèn)題

燃煤電廠燃油除用于鍋爐運(yùn)行期間的點(diǎn)火及助燃外，通常還用于柴油發(fā)電機(jī)、機(jī)組建設(shè)和檢修期間的烘爐、（煮爐）、沖管、調(diào)試等。要取消常規(guī)燃油系統(tǒng)，就需要解決常規(guī)的所有用油點(diǎn)的用油問(wèn)題。

鍋爐正式運(yùn)行之前，需進(jìn)行化學(xué)清洗?；瘜W(xué)清洗的介質(zhì)熱源來(lái)自啟動(dòng)鍋爐或其它機(jī)組的輔助蒸汽，可以不用燃油。

通常，鍋爐沖管采用燃油運(yùn)行，沖管和調(diào)試是電廠耗油量較大的階段。根據(jù)目前等離子點(diǎn)火裝置應(yīng)用的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，在600MW及以下容量煙煤鍋爐的各類燃燒方式（直流燃燒器切圓燃燒、旋流燃燒器墻式燃燒、直吹式制粉系統(tǒng)、中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)等）中，等離子點(diǎn)火均已取得了成功的業(yè)績(jī)，并實(shí)現(xiàn)了冷爐制粉、點(diǎn)火沖管、啟動(dòng)至整套試運(yùn)（168或72h）完成的無(wú)油運(yùn)行記錄。

六、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文重點(diǎn)對(duì)煤粉鍋爐的等離子點(diǎn)火技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，隨著我國(guó)火力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，采用等離子無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)會(huì)成為我國(guó)火力發(fā)電的最主要的點(diǎn)火方式。

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