張秀忠
摘 要:一直以來,關(guān)于鍋爐的耗油問題就長期困擾著大家,特別是鍋爐的燃燒啟動,停止和低負(fù)荷的時候。而且根據(jù)相關(guān)部門統(tǒng)計燃料油消耗非常大,尤其是在2000年的時候,消耗竟然達(dá)到了1 217.2萬噸[1]。面對如此嚴(yán)重的消耗問題,近年來為了節(jié)油也采取了一定的方法。目前來看,我國每年的耗油量達(dá)到了250萬噸以上,每年的直接成本超過60億人民幣,這還是不包括工業(yè)鍋爐的情況下。隨著能源的越來越緊缺,電站鍋爐啟動時燃油的成本也越來越高,如何降低啟動和低負(fù)荷穩(wěn)燃的燃油量的工作迫在眉睫。該文介紹等離子點(diǎn)火裝置的原理及調(diào)試維護(hù)要求,等離子點(diǎn)火裝置在闞山電廠燃煤鍋爐機(jī)組中的運(yùn)行情況,及采用等離子點(diǎn)火裝置帶來的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞:鍋爐燃燒 等離子 點(diǎn)火裝置 等離子應(yīng)用 節(jié)油
中圖分類號:TKl7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-3791(2017)04
(a)-0033-03
該廠有2臺600 MW超超臨界機(jī)組鍋爐,這2臺機(jī)器都是由哈爾濱鍋爐廠來進(jìn)行制造的,這2臺鍋爐為超臨界參數(shù)變壓直流爐、具有以下特點(diǎn):一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、半露天安置、全懸吊構(gòu)造Π型鍋爐等特點(diǎn)。在參考了兄弟單位采用等離子點(diǎn)火裝置后的情況,該廠在A層布置了煙臺龍源電力技術(shù)有限公司的DLZ-200型等離子點(diǎn)火裝置,最大限度降低了鍋爐用油量。下面簡單談?wù)劦入x子點(diǎn)火的原理以及在該廠應(yīng)用的情況。
1 離子點(diǎn)火技術(shù)基本原理
1.1 等離子點(diǎn)火機(jī)理
DLZ-200等離子體點(diǎn)火裝置是在中壓0.01~0.03 mpa接觸弧的條件下使用直流電流,并在強(qiáng)磁場控制下獲得穩(wěn)定的直流電源空氣等離子體,等離子體在焚燒爐的特殊規(guī)劃中構(gòu)成溫度T> 5 000 k,溫度梯度大部分高溫區(qū),煤顆粒在高溫等離子體“火核”效應(yīng),揮發(fā)物在10-3 s內(nèi)釋放,煤顆粒破裂,很快燃燒。因為這種反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行的,混合成分顆粒度發(fā)生變化,然后加速煤粉的燃燒。并大大減少燃燒粉煤燃燒所需的量。
等離子體內(nèi)富含很多化學(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,這些粒子能使燃料徹底,因為這些粒子是化學(xué)反映加快的原因。
1.2 等離子發(fā)生器及工作原理
選用集開放式磁穩(wěn)與機(jī)械、電磁緊縮于一體復(fù)合結(jié)構(gòu)的等離子發(fā)生器,這種機(jī)器功率在50~150 kW之間接連可調(diào)。并且使用的是雙拉伐爾噴管復(fù)式陽極,雙拉伐爾噴管復(fù)式陽極這種可以避免煤粉的污染,并且這種制造的材料具有以下幾種特色:高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電和不易氧化,使用時間在500 h以上。
陰極的高速噴嘴,加強(qiáng)冷卻結(jié)構(gòu),資料從特殊合金和銅材料的結(jié)合,使用時間在50 h以上,容易更換。磁線圈和穩(wěn)定的陽極與陽極是水冷式結(jié)構(gòu)。打破了以前人們用于等離子發(fā)生器電極結(jié)構(gòu)和信息,而且還成功投入使用。使用抗氧化離子的特殊合金,陽極,實現(xiàn)空氣等離子體載體,不是專門為惰性氣體維護(hù)電極,簡化系統(tǒng),還大大降低了運(yùn)營成本的起伏。
DLZ-200型等離子發(fā)生器,空氣載體等離子發(fā)生器,它的組成由線圈、陰極、陽極。陰極材料是由金屬材料與高導(dǎo)電性、熱導(dǎo)率高,抗氧化性能。陽極是由金屬材料具有高導(dǎo)電率,高的熱導(dǎo)率和抗氧化性能,而且都經(jīng)過水冷冷卻的。線圈有能力抵制分解的直流電壓2 000 V在250 ℃的溫度下。(如圖1)
在滿足冷卻水和壓縮空氣這兩種條件之后,設(shè)定(6)的電壓為(300~400 A),當(dāng)通過(5)使(2)與(1)接觸時,(6)按原先設(shè)定的電流工作,當(dāng)輸出電流達(dá)到工作電流后,(5)推動(2)向后移動,當(dāng)陰極離開陽極的剎那,電弧建立,當(dāng)陰極達(dá)到指定水平時,空氣動力和磁場的作用下產(chǎn)生穩(wěn)定的電弧放電,產(chǎn)生等離子體。
2 等離子燃燒器的安裝布置
使用等離子體點(diǎn)火功能主燃燒器,下層(A層)四個主燃燒器功能等離子體點(diǎn)火燃燒器。燃燒器在鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)定燃燒期間具有等離子體點(diǎn)火和燃燒穩(wěn)定性,在鍋爐的正常操作期間,燃燒器具有主燃燒器的功能。
根據(jù)原主燃燒器的結(jié)構(gòu),確定等離子發(fā)生器采用軸向插入(如圖2)。
3 等離子系統(tǒng)的運(yùn)行
3.1 啟動運(yùn)行方式設(shè)計
等離子燃燒器只是整個鍋爐的一部分,它的使用必須滿足鍋爐的整體需要,而且還要由鍋爐,以及整個機(jī)組及其系統(tǒng)的約束。為此產(chǎn)生以下需求。
(1)安全穩(wěn)定點(diǎn)火,燃燒效率高,無爆燃,沒有二次燃燒發(fā)生。
(2)適用于機(jī)組啟動曲線,保證機(jī)組安全。
(3)不強(qiáng)制要求在沒有油的情況下進(jìn)行啟動,不排除在某些情況下少量燃燒油,以滿足啟動曲線。
(4)準(zhǔn)備試驗,定量而不是定性確認(rèn)控制參數(shù),確保安全啟動。
3.2 冷態(tài)啟動
(1)建立適當(dāng)?shù)膯訅毫蛦恿髁?,啟動引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一臺一次風(fēng)機(jī),投入A磨蒸汽加熱器,A磨煤機(jī)暖磨。
(2)順序啟動4臺等離子發(fā)生器,并調(diào)整電壓、電流至最佳值。
(3)啟動A磨煤機(jī),給煤量維持18~20 t/h,等離子燃燒器投入運(yùn)行,根據(jù)著火情況,調(diào)整各參數(shù)至最佳值,著火穩(wěn)定后,調(diào)整給煤量至適當(dāng)出力運(yùn)行。
(4)根據(jù)鍋爐溫度,壓力曲線,增加磨煤機(jī)的煤量,觀察爐出口煙氣溫度在爐內(nèi)燃燒條件下的燃燒情況,如燃燒穩(wěn)定性,判斷可以繼續(xù)增加軋機(jī)出力,看爐出口煙氣溫度超速,調(diào)整上部燃燒器噴入冷空氣量,完成渦輪機(jī)轉(zhuǎn)速,恒速和發(fā)電機(jī)并網(wǎng)等工作。
(5)逐步調(diào)整煤炭磨煤,單位負(fù)荷。
(6)及時啟動B磨煤機(jī),提升載荷。
(7)實現(xiàn)無油穩(wěn)定負(fù)荷,連續(xù)試驗停止一層等離子體發(fā)生器。
(8)啟動C\D\E\F煤機(jī)或負(fù)荷。
3.3 停爐
(1)A、B、C磨煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時候機(jī)組要降負(fù)荷。
(2)發(fā)動4臺等離子發(fā)生器的時候,要發(fā)動A層等離子燃燒器投入運(yùn)轉(zhuǎn)。
(3)停止運(yùn)行C磨煤機(jī)。
(4)停止運(yùn)行B磨煤機(jī)。
(5)機(jī)組降負(fù)荷時,A磨煤機(jī)逐漸減少使用煤量。
4 系統(tǒng)維護(hù)
等離子發(fā)生器具有很重要的位置,相當(dāng)于這個系統(tǒng)的心臟。它的穩(wěn)定性是否直接影響著鍋爐點(diǎn)火質(zhì)量的好壞,所以點(diǎn)火要小心保養(yǎng)。在維護(hù)工作的時候,電源必須要進(jìn)行切斷,因為是在三高(高電流、高電壓、高熱量)的狀態(tài)下進(jìn)行的。
要在維護(hù)的時候注意保護(hù)和小心陰極的基礎(chǔ)性傷害,特別是在換陰極頭的時候,因為使用時間一旦過長,0#紗布導(dǎo)線表面就會進(jìn)行氧化,以減少電源的接觸電阻。每次檢修時都要檢查冷卻水導(dǎo)管是否暢通,如生銹結(jié)垢嚴(yán)重,應(yīng)更換。
陽極是主要導(dǎo)電元件,如果工作使用的環(huán)境不好,就會容易受到污染,在電弧過程中,陰極和陽極處于短路狀態(tài)的時候,陽極喉部就容易發(fā)生燃燒和漏水的現(xiàn)象,因此,在每次更換陰極頭時應(yīng)進(jìn)行維護(hù)和檢修。 如果損失嚴(yán)重,漏水,電弧啟動很困難,經(jīng)常斷弧,不順暢,使用時間大大降低,觀察用陰極支撐管中心的燒喉和是否有漏水現(xiàn)象等問題。
5 經(jīng)濟(jì)效益分析
5.1 直接經(jīng)濟(jì)效益
在鍋爐測驗運(yùn)轉(zhuǎn)的這個期間,要通過一系列的階段,例如:鍋爐吹管、整定安全閥、汽機(jī)沖車、電氣實驗、機(jī)組帶大負(fù)荷以及機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)等。這期間因為鍋爐不能徹底擺脫節(jié)油的運(yùn)用,所以就會消耗很多的燃料。依據(jù)電力部近來發(fā)布交通指引的規(guī)則,9 000 t是600 MW這個機(jī)組運(yùn)用的規(guī)范量在測驗運(yùn)轉(zhuǎn)期間,如果在此刻運(yùn)用等離子無油點(diǎn)火系統(tǒng)的話,按估量,可以將全部試運(yùn)期間的燃油消耗控制在1 000 t以內(nèi)(等離子點(diǎn)火調(diào)試比以往燃油方法節(jié)油5 000 t計),那么對廠里來說將會產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益。
闞山電廠600 MW機(jī)組鍋爐在168 h試運(yùn)行階段節(jié)油費(fèi)用:
現(xiàn)在燃油報價:0.48萬元/t。
節(jié)油費(fèi)用:0.48×5000=2400(萬元)。
機(jī)組采用等離子無油點(diǎn)火裝置進(jìn)行試運(yùn)行期間所需費(fèi)用:
燃油的低位發(fā)熱量為41 800 kJ/kg,規(guī)劃煤種低位發(fā)熱量為23 000 kJ/kg,原煤報價為560元/t,則按發(fā)熱量相等的原則所需的原煤費(fèi)用為:
5000 t柴油相當(dāng)?shù)脑毫浚?t。
(1)燃煤使用的費(fèi)用:9086 t×560元/t=5 088 160元=509萬元。
(2)使用等離子耗電使用的費(fèi)用。
等離子燃燒器煤粉規(guī)劃流量8 t/h,運(yùn)用等離子耗時:
=1136 h
每臺等離子運(yùn)轉(zhuǎn)耗電為120 kWh,合計耗電:
120×1136=136 320 kWh
廠用電價格以0.2元/kWh計
耗電費(fèi)用:136 320×0.2 =2.8萬元
(3)應(yīng)用等離子陰極消耗費(fèi)用:14元/h×1136 h=15904元 =1.6萬元
(4)應(yīng)用等離子運(yùn)行總費(fèi)用:509+2.8+1.6=513.4萬元。
新建機(jī)組等離子點(diǎn)火裝置投資:450萬元。
節(jié)約投資:2 400萬元-513.4萬元-450萬元=1436.6萬元。
由上述計算可得出,在嘗試運(yùn)行階段的經(jīng)濟(jì)效益是十分顯著的。因為除了能收回裝置的投資外,每臺還能節(jié)省1 436.6萬元多為廠里。
5.2 間接經(jīng)濟(jì)效益和社會效益
如果按照一般的方法來進(jìn)行嘗試運(yùn)行試驗,必須在這個時期堅持長時間的低負(fù)荷狀況運(yùn)轉(zhuǎn),由于在這個時期鍋爐焚燒時,為了防止沒有焚燒完的油滴到電極上弄臟,電除塵器就沒有辦法正常運(yùn)用投入,因此,就會導(dǎo)入燃燒后產(chǎn)生的很多煙塵直接進(jìn)入到空氣中,對環(huán)境造成了很嚴(yán)重污染。不但如此,同時燃燒后產(chǎn)生的粉塵也會對引風(fēng)機(jī)上的葉片造成一定程度的損害,這些都會對廠里產(chǎn)生間接的經(jīng)濟(jì)損失。
如果在這一期間使用等離子無油點(diǎn)火系統(tǒng),那么即使是在長期低負(fù)荷的狀態(tài)下也能使用電除塵器,電除塵器一旦使用,就會在很大程度上減少煙塵和粉塵的排放,也不會污染環(huán)境和損害廠里經(jīng)濟(jì)損失的同時還會創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)和社會效益。
參考文獻(xiàn)
[1] 中國電力聯(lián)合會.2000年電力工業(yè)統(tǒng)計資料匯編[M].北京:中國電力出版社,2014.