文濤

摘 要：文章以1000MW燃煤機(jī)組為例，對(duì)等離子與微油兩種點(diǎn)火方案進(jìn)行分析對(duì)比，從兩種點(diǎn)火方案的工作原理出發(fā)，對(duì)點(diǎn)火特性、可靠性、經(jīng)濟(jì)效益等方面進(jìn)行了對(duì)比分析。

關(guān)鍵詞：1000WM燃煤機(jī)組；等離子點(diǎn)火；微油點(diǎn)火

1 工作原理

1.1 等離子點(diǎn)火技術(shù)工作原理

等離子技術(shù)的工作原理是利用高壓、高頻觸發(fā)起弧，通過(guò)磁場(chǎng)控制獲取功率穩(wěn)定的直流空氣等離子體，通過(guò)在燃燒桶內(nèi)燃燒等離子體釋放出4500℃以上的高溫，當(dāng)煤粉顆粒通過(guò)該區(qū)域時(shí)，會(huì)在高溫作用下瞬間粉碎釋放出揮發(fā)物，并迅速燃燒。這一系列反應(yīng)的過(guò)程都是在氣相中發(fā)生的，混合物的成份和粒級(jí)被改變，對(duì)煤粉的燃燒起到了極大的推動(dòng)作用，大幅度減少引燃能量。以很小的能量點(diǎn)燃煤粉，從而讓燃燒進(jìn)一步擴(kuò)大到整個(gè)燃燒器，讓等離子弧點(diǎn)火實(shí)現(xiàn)。

1.2 微油點(diǎn)火技術(shù)工作原理

微油點(diǎn)火技術(shù)的工作原理是先將空氣進(jìn)行壓縮。壓縮的空氣會(huì)產(chǎn)生高速射流，從而將燃料油擊碎發(fā)生霧化，進(jìn)行燃燒，釋放出的熱量能夠?qū)θ剂闲纬杉訜嶙饔?，油滴?huì)在瞬間被蒸發(fā)，將液體燃料轉(zhuǎn)化為氣體燃料，燃燒效率和火焰的溫度都得到了大幅度提高。氣化燃燒的火焰中心溫度能達(dá)到2000℃，且傳播速度超過(guò)聲速。在高溫的作用下，進(jìn)入一次室的濃相煤粉顆粒會(huì)迅速升溫、破裂、粉碎，在很短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)燃燒，然后與二次室內(nèi)的稀相煤粉混合并繼續(xù)燃燒，以逐級(jí)燃燒的形式進(jìn)行點(diǎn)火燃燒，大幅度降低引燃能量，鍋爐啟、停和低負(fù)荷穩(wěn)燃的需求也能夠滿足。

2 等離子點(diǎn)火技術(shù)與微油點(diǎn)火技術(shù)的性能比較

2.1 煤種的適應(yīng)性

由于煤質(zhì)穩(wěn)定性對(duì)點(diǎn)火能量要求的不同，等離子點(diǎn)火技術(shù)對(duì)煤質(zhì)的穩(wěn)定性要求較高，其點(diǎn)火輸入功率通常為50kW-200kW，對(duì)電器設(shè)備有一定的要求，這也對(duì)輸入功率提高造成了一定影響。

微油點(diǎn)火技術(shù)是采用氣化油槍代替等離子發(fā)生器。由于油熱值的關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)功率增加和調(diào)整的目的，也正因?yàn)榇?，微油點(diǎn)火技術(shù)對(duì)煤種的適應(yīng)性要相對(duì)較好，然而，當(dāng)油量快速提高時(shí)，在油槍風(fēng)的影響下會(huì)導(dǎo)致無(wú)法點(diǎn)燃煤粉，雖然可通過(guò)油槍配風(fēng)的方式進(jìn)行解決，但這依然會(huì)由于流速大于火焰?zhèn)鞑ニ俣榷鵁o(wú)法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)燃，同時(shí)還增加了燃燒器的阻力。

2.2 點(diǎn)火特性

（1）點(diǎn)火初期燃燒率。由于點(diǎn)火能量受到限制，等離子點(diǎn)火技術(shù)與微油點(diǎn)火技術(shù)的煤粉燃燒率也比較低。首先，煤粉初期的燃燒不會(huì)那么充分，其次，爐膛溫度是燃燒率決定的主要因素，而在點(diǎn)火初期，大部分煤粉在后期混合燃燒，爐膛溫度并不會(huì)很高。所以，在冷鍋爐下點(diǎn)火，為了提高一次風(fēng)溫和爐膛溫度，必須設(shè)置冷爐啟動(dòng)系統(tǒng)。由于氣膜風(fēng)會(huì)對(duì)點(diǎn)火初期的燃燒器噴口穩(wěn)定性造成影響，因此在點(diǎn)火初期盡量少開(kāi)或不開(kāi)周界風(fēng)[1]，待點(diǎn)燃穩(wěn)定后，隨著火焰的穩(wěn)定逐步增加氣膜風(fēng)，能夠有效改善等離子燃燒器的壁溫。由于1000MW機(jī)組的過(guò)熱器和再熱器吸熱較好，點(diǎn)火初期的升溫率較快，但為了保證過(guò)熱器氧化皮不發(fā)生脫落，在冷爐啟動(dòng)要控制點(diǎn)火升溫率。（2）點(diǎn)火過(guò)程煤粉爆燃性。節(jié)油點(diǎn)火過(guò)程中爐膛內(nèi)積存的煤粉十分容易爆燃，其產(chǎn)生的煙氣會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛壓力陡升。爐膛壓力一般要控制在0.5KPa以?xún)?nèi)。煤粉質(zhì)量濃度為0.1-0.2kg/m3是安全燃燒的濃度，而如果1000kW機(jī)組的煤粉在180秒內(nèi)沒(méi)有被點(diǎn)燃，爐膛內(nèi)煤粉質(zhì)量的濃度就可達(dá)到0.038kg/m3，當(dāng)煤粉質(zhì)量濃度在0.3kg/m3以上時(shí)，就非常容易發(fā)生爆燃。等離子點(diǎn)火技術(shù)和微油點(diǎn)火技術(shù)的快速點(diǎn)火和逐級(jí)燃燒能夠有效避免點(diǎn)火過(guò)程中的煤粉燃爆。

2.3 媒粉燃盡度

由于點(diǎn)火初期爐膛內(nèi)的溫度較低，等離子點(diǎn)火的煤粉燃盡度較差，產(chǎn)生的飛灰可燃物容易導(dǎo)致尾部二次燃燒；而微油點(diǎn)火的燃燒器火焰溫度比較高，能夠讓煤粉發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，其燃盡度也相對(duì)較高。

2.4 點(diǎn)火可靠性

等離子點(diǎn)火技術(shù)的啟動(dòng)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜且響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。在這種情況下，各種技術(shù)層面的故障也會(huì)相應(yīng)增多，在運(yùn)行過(guò)程中需要加強(qiáng)維護(hù)和監(jiān)視，提高其可靠性。微油點(diǎn)火技術(shù)的啟動(dòng)響應(yīng)較快，投運(yùn)率也比較高，工況發(fā)生變化仍然不影響正常點(diǎn)火，運(yùn)行過(guò)程的安全性和可靠性相對(duì)較高。

3 經(jīng)濟(jì)性比較

3.1 初期安裝設(shè)備費(fèi)用比較

以1000MW機(jī)組鍋爐安裝8個(gè)點(diǎn)火裝置為例，一套等離子點(diǎn)火裝置設(shè)備價(jià)格在約600萬(wàn)元，一套微油點(diǎn)火系統(tǒng)費(fèi)用在約200萬(wàn)元。費(fèi)用中包含了設(shè)計(jì)費(fèi)、采購(gòu)費(fèi)及相應(yīng)備件費(fèi)用等。

3.2 投產(chǎn)后年運(yùn)行費(fèi)用分析

機(jī)組投產(chǎn)后的運(yùn)行費(fèi)用主要包括點(diǎn)火裝置的運(yùn)行費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、更換費(fèi)用，以及電費(fèi)等。機(jī)組運(yùn)行方式為每年冷態(tài)啟動(dòng)2次，18小時(shí)，熱態(tài)啟動(dòng)6次，18小時(shí)。低負(fù)荷穩(wěn)燃運(yùn)行時(shí)間260小時(shí)，每度電的成本價(jià)按0.2元/kW·h計(jì)算。

（1）等離子點(diǎn)火裝置的運(yùn)行費(fèi)用包含電耗及陰陽(yáng)極更換費(fèi)用，等離子點(diǎn)火裝置功率200kW。

電耗費(fèi)用：200kW×8只×（18h+18h+260h）×0.2元/kW·h=9.47（萬(wàn)元）

陰陽(yáng)極消耗費(fèi)用：每個(gè)陰極頭1500元，壽命50h，每個(gè)陽(yáng)極10000元，壽命500h。

（1500/50+10000/500）×8只×（18h+18h+260h）=11.84（萬(wàn)元）。

年運(yùn)行總費(fèi)用：11.84+9.47=21.31（萬(wàn)元）。

（2）微油點(diǎn)火系統(tǒng)的運(yùn)行主要費(fèi)用來(lái)源于燃油費(fèi)，燃油價(jià)格按6000元/t，每只油槍平均出力50kg/h。

（18h+18h+260h）×8只×50kg/h×6元/kg=71.04（萬(wàn)元）。

按照電力行業(yè)常用的最小年費(fèi)用法對(duì)比，固定費(fèi)用率取代表值0.17。

等離子點(diǎn)火裝置年費(fèi)用：600萬(wàn)元×0.17+21.31萬(wàn)元=123.31（萬(wàn)元）。

微油點(diǎn)火系統(tǒng)年費(fèi)用：200萬(wàn)元×0.17+71.04萬(wàn)元=105.04（萬(wàn)元）。

通過(guò)以上估算對(duì)比分析，等離子點(diǎn)火裝置與微油點(diǎn)火系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)，因此設(shè)備費(fèi)用、及燃油價(jià)格的變化都可以影響兩者擇優(yōu)，建議電廠在選擇哪種助燃方式時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)的設(shè)備價(jià)格、燃油價(jià)格及兩種助燃方種在其它方面的綜合對(duì)比分析獲得最優(yōu)方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

就目前而言，等離子點(diǎn)火技術(shù)和微油點(diǎn)火技術(shù)依舊是點(diǎn)火方式的主要選擇，都能夠在節(jié)油和穩(wěn)定方面取得比較好的效果。技術(shù)層面，微油點(diǎn)火的可靠性比較高，對(duì)煤質(zhì)的要求較低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，日常維護(hù)方便；而等離子點(diǎn)火技術(shù)雖然系統(tǒng)能夠比較復(fù)雜，但其能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)油點(diǎn)火，在用油量方面的更加具有優(yōu)勢(shì)。經(jīng)濟(jì)效益方面，等離子點(diǎn)火初期投資較微油點(diǎn)火大，但在正式運(yùn)行后，由于等離子點(diǎn)火更節(jié)油，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)更加突出。隨著油價(jià)的不斷上漲和資源的日益緊缺，等離子點(diǎn)火技術(shù)的優(yōu)勢(shì)會(huì)越來(lái)越明顯，在未來(lái)會(huì)成為點(diǎn)火的首選方式。

參考文獻(xiàn)

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