段玉燕

（中國能源建設(shè)集團廣東省電力設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引言

國內(nèi)火力發(fā)電廠大部分采用燃油作為鍋爐啟動點火和穩(wěn)燃燃料。近年來，隨著油價格的提高和節(jié)油點火技術(shù)的發(fā)展，許多新建電廠在鍋爐燃燒器上裝設(shè)了節(jié)油點火裝置，在機組調(diào)試階段和啟動點火時期節(jié)省了可觀的油量。經(jīng)過國內(nèi)燃煤電廠多年來的摸索和實踐，等離子和微油點火系統(tǒng)已成功應用在燃用一般煙煤的工程中［1］，而燃用無煙煤的W火焰爐由于煤質(zhì)中揮發(fā)分較低，節(jié)油點火方式還需進一步研究。

1 點火助燃油系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 點火系統(tǒng)

隨著科學技術(shù)水平的提高，電廠鍋爐基本都采用了自動化和規(guī)范化的程控點火方式，大大提高了點火的安全性和可靠性。鍋爐的點火方式大多采用多級點火，即高能點火裝置先產(chǎn)生電火花點燃輕質(zhì)燃料（如燃油、燃氣等），再點燃煤粉等二級燃料或主燃料［2-3］。

1.2 助燃系統(tǒng)

在鍋爐啟動點火的初期或低負荷運行時，由于火焰溫度較低、燃燒器中的煤粉濃度較小，易造成火焰燃燒不穩(wěn)定甚至滅火。為維持和穩(wěn)定燃燒，必須投入較易燃燒的助燃燃料，助燃燃料多是輕油或重油［4］。

投入助燃油量的多少主要與煤質(zhì)有關(guān)，揮發(fā)分高、燃燒穩(wěn)定性好的煤種（例如煙煤）只有在較低的負荷下才需要投油助燃；著火性差、燃燒穩(wěn)定性不好的煤種（例如無煙煤）在較高的負荷下就需要投入助燃油。W火焰爐一般燃用都是揮發(fā)分較低、著火性能不好的無煙煤，設(shè)計的最低不投油穩(wěn)燃負荷一般為40%～50%BMCR。但在電廠的實際運行中，運行人員為了避免運行工況波動造成爐膛火焰不穩(wěn)定甚至滅火，投油的穩(wěn)燃負荷比廠家的保證值還要高一些，有時會達到60%～70%BMCR［1］。

2 鍋爐點火方式的選擇

2.1 節(jié)油技術(shù)選用原則

優(yōu)化燃油系統(tǒng)可以用很小的成本獲得明顯的節(jié)油效果，但是電廠啟停以及低負荷穩(wěn)燃仍需要一定的用油量；等離子點火幾乎不用燃油，微油點火只用很少的燃油，但是這兩種節(jié)油技術(shù)的一次投資較大。等離子點火或者微油點火在吹管階段就可以以煤粉代油，僅此階段就可以回收全部投資并獲得效益，這已經(jīng)有大量的工程對比案例證實。在煤價較低的地區(qū)，因煤價與油價差距更大，用廉價的燃煤替代燃油，經(jīng)濟效益明顯。據(jù)統(tǒng)計，采用節(jié)油點火技術(shù)，每臺機組可以節(jié)省1 000萬元左右（含吹管、點火及助燃油量）。

但是選用的節(jié)油技術(shù)應根據(jù)工程具體條件考慮煤質(zhì)情況。把煤粉燃燒器點火方式從燃油點火改為等離子點火或微油點火，需具備以下幾個條件：

1）煤種適宜，能被少量能量點著并形成穩(wěn)定燃燒，繼而點著周邊煤粉；

2）燃燒器腔體有足夠空間可以放置等離子或微油點火裝置，如果燃燒器腔體不適合改造，則要考慮在爐墻上或者二次風室內(nèi)設(shè)置新燃燒器；

3）有相應的冷爐制粉措施；

4）為等離子點火或微油點火配置控制系統(tǒng)，并且設(shè)置專用的火檢裝置；

5）通過數(shù)值模型或物理模型的驗證，保證原有的燃燒器經(jīng)過改造后不會影響鍋爐的基本性能。

2.2 等離子點火系統(tǒng)

等離子點火裝置的工作原理如圖1所示，是利用陰、陽極間引發(fā)的高壓電弧，使空氣電離產(chǎn)生電子和等離子體。開始工作時，電源提供恒定的電流，并使陰極與陽極短暫接觸，并且強制水冷防止過熱。當電流達到額定值后，陰極和陽極緩慢分開拉出電弧，載體空氣被電離成高溫等離子體，由電磁場力或者壓縮空氣定向輸送。

等離子體氣流的溫度極高，氣流核心溫度可以達到5 000℃以上，與煤粉氣流接觸后可以使煤粉顆粒迅速破裂并析出揮發(fā)份被點燃，著火后的煤粉再逐級點燃周圍的煤粉。連續(xù)穩(wěn)定的輸出等離子氣體，可實現(xiàn)煤粉燃燒器點火或者低負荷穩(wěn)燃的功能。

圖1 等離子點火原理

等離子點火裝置點火時由等離子發(fā)生裝置首先開始拉電弧，同時其中1臺磨煤機開始冷爐制粉，磨制合格的煤粉進入燃燒器后進行濃淡分離，先用高溫電弧點燃部分煤粉，再用著火的煤粉點燃其他未著火的煤粉。燃燒器依靠煤粉的淡相一次風作為冷卻氣膜，防止燃燒器被燒壞。等離子發(fā)生裝置一般設(shè)在下層燃燒器處，直接點燃煤粉，再由下層煤粉燃燒器帶起約20%的鍋爐負荷，之后可以投入第2臺磨煤機，當鍋爐負荷達到不投油穩(wěn)燃負荷后，相繼投入其他燃燒器［3］。

目前單只等離子點火裝置的功率一般達到100～200 kW，最高能做到300 kW，能點燃褐煤、煙煤和部分貧煤，受到最大功率的限制，等離子點火裝置很難再提高電弧的能量，因此沒有足夠的能量點燃揮發(fā)分較低的貧煤和無煙煤。W火焰爐燃用的都是揮發(fā)份較低的無煙煤，不適合采用等離子點火方式［3］。

2.3 微油點火系統(tǒng)

對鍋爐本體而言，微油點火的原理與等離子類似，見圖2微油點火系統(tǒng)。

微油點火裝置主要由小孔徑霧化油槍、高能點火器、供油管道及油壓調(diào)節(jié)閥門、油配風器等構(gòu)成，燃油通過小孔徑霧化油槍霧化成極細的液滴，受熱后很快氣化，通過高能點火器點燃后形成溫度很高的油火焰，油配風器提供燃油需要的助燃空氣。微油點火是利用介質(zhì)霧化（壓縮空氣）與氣化相結(jié)合的強化燃燒技術(shù)使燃油充分燃燒，很小的油量就可獲得剛性較強、溫度很高的穩(wěn)定火炬，當煤粉通過火炬時很快受熱，煤粉顆粒破裂粉碎，被迅速點燃，使煤粉在點火初期就盡可能充分燃燒，達到煤粉鍋爐點火啟動和低負荷穩(wěn)燃的目的。微油點火裝置單只出力可以達到 50～120 kg／h， 折算熱功率達到 580～1 400 kW。因為功率比等離子大，所以能點燃更難燃的煤種，包括揮發(fā)分較低的無煙煤。

圖2 微油點火系統(tǒng)構(gòu)成

在傳統(tǒng)大油槍點火方式下，660 MW的超臨界W爐每只煤粉燃燒器配備一只大油槍，可實現(xiàn)將鍋爐溫度、壓力升到一定程度后再投煤啟動。微油點火裝置通常在鍋爐冷態(tài)狀況下用裝在煤粉燃燒器內(nèi)部的微油油槍直接點著煤粉，完全或部分省去大油槍把鍋爐的煙溫水平提高，從而減少啟動耗油量。

根據(jù)以往工程的經(jīng)驗，考慮到無煙煤著火性能差、W火焰爐的爐膛結(jié)構(gòu)特殊性、以及電廠運行方式等各方面的差異，為保證機組安全順利地啟動和運行，建議采取大油槍和微油點火方式相配合的啟動方式。

2.4 微油煤粉燃燒器的改造建議

針對W火焰爐的燃燒器，與燃用一般煙煤不同，巴威、東鍋和上鍋均采用24只旋流燃燒器，哈爾濱鍋爐廠采用48只直流狹縫式燃燒器，其中超臨界W火焰鍋爐巴威和東方鍋爐廠業(yè)績較多，這兩個鍋爐廠均采用旋流燃燒器，以東鍋的W火焰爐的燃燒器為例，可將B，D兩臺磨對應的原旋流燃燒器改造為雙旋風微油煤粉燃燒器，如圖3所示。

雙旋風微油煤粉燃燒器取消原消旋桿和可活動的消旋葉片，將原燃燒器的噴口直段延長，并在直段內(nèi)設(shè)置分級煤粉燃燒室，帶獨立配風的微油油槍從燃燒器乏氣彎頭沿燃燒器軸向貫穿旋風筒插入到一級煤粉燃燒室的入口。在旋風筒喉口區(qū)域設(shè)置了二級濃縮裝置，將煤粉從邊壁區(qū)域濃縮到位于中心的一級燃燒室內(nèi)［5］。微油煤粉燃燒器中經(jīng)旋風分離后得到的濃相煤粉，在喉口處被濃縮裝置再次濃縮后，進入一級煤粉燃燒室，被微油油槍的高強火焰點燃，之后再去點燃二級煤粉燃燒室內(nèi)剩余的煤粉，最終在燃燒器噴口處形成穩(wěn)定的煤粉火焰，實現(xiàn)點火和穩(wěn)燃的目的。除此之外，其余布置與原燃燒器相同，原大油槍位置及原噴口的位置和大小、風量配比風速、總體流場分布和燃燒組織配風都保持原有設(shè)計不變［6］。微油煤粉燃燒器可作為常規(guī)燃燒器，并保持與原燃燒器一致的性能。目前國內(nèi)W火焰鍋爐已經(jīng)有微油點火的運行業(yè)績。

圖3 W火焰爐微油煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)

2.5 微油點火在W爐中的應用業(yè)績

目前微油點火在W爐中已有比較成熟的使用業(yè)績。例如：珙縣電廠一期2×600 MW超臨界機組，四川福溪電廠2×600 MW超臨界機組，國電南寧電廠2×660 MW機組，韶關(guān)電廠2×300 MW機組均已改造為微油點火方式，并投入使用。但是由于無煙煤揮發(fā)分太低，如果啟動期間僅采用無煙煤，節(jié)油效果稍差，據(jù)了解，南寧電廠2×600 MW機組為了最大限度的節(jié)油，在啟動初期，將原煤斗中預裝貧煤，機組啟動期間，使用微油點火點燃貧煤，再用點著后的貧煤點燃無煙煤完成點火啟動，節(jié)油率達為70%。

3 結(jié)語

對鍋爐節(jié)油方式的選擇進行了研究，考慮到W火焰爐的特殊結(jié)構(gòu)和無煙煤較差的著火性能，論述了燃用無煙煤的W鍋爐采用各種節(jié)油方式的可行性，同時提出了改造建議，并得到以下結(jié)論：1）根據(jù)國內(nèi)W火焰爐已有微油點火運行的成功經(jīng)驗，采用微油點火方式是可行的；2）微油點火油槍和大油槍應按照互為備用進行設(shè)計，并建議機組調(diào)試期間，將原煤斗中預裝貧煤，使用微油點火點燃貧煤，最大程度的節(jié)約燃油。