火力發(fā)電廠鍋爐點火節(jié)能技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

趙有飛

火力發(fā)電廠鍋爐點火節(jié)能技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

趙有飛

（中國華電科工集團(tuán)有限公司，北京，100160）

無油點火可大幅改善火力發(fā)電廠鍋爐的節(jié)能性和高效性。通過理論聯(lián)系實際，深入探討了火力發(fā)電廠鍋爐點火節(jié)能技術(shù)的原理和應(yīng)用，如等離子點火等技術(shù)。由于目前鍋爐點火節(jié)能技術(shù)仍需借助煤油，不能真正實現(xiàn)無油點火，諸多問題亟待解決。發(fā)電廠鍋爐點火需要使用節(jié)能技術(shù)，利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，對同行技術(shù)改進(jìn)有參考作用。

火力發(fā)電廠；鍋爐；點火節(jié)能技術(shù)；應(yīng)用；無油點火

引言

現(xiàn)階段，大多火力發(fā)電廠仍主要采用大油槍進(jìn)行鍋爐點火。據(jù)大量數(shù)據(jù)分析研究顯示:每年電力系統(tǒng)用于鍋爐調(diào)試、啟動、助燃方面的用油量達(dá)到千萬噸以上，在我國的總耗油量比例中超過15%。在浪費大量燃油資源的同時，也加大了發(fā)電成本。節(jié)約煤炭資源，保護(hù)環(huán)境任務(wù)艱巨，燃煤發(fā)電作為主要能源供給模式，近年來不會發(fā)生太大改變，所以降低發(fā)電成本，減少能源浪費是當(dāng)前亟待解決的首要問題。

對于各火力發(fā)電廠大力推廣并采用的點火節(jié)能技術(shù)，本文重點對其進(jìn)行了研究。

1　點火節(jié)能技術(shù)原理及分類

1.1基本原理

發(fā)電廠鍋爐點火一般通過大油槍來啟動，其工作原理是：首先，將爐膛加熱到一定溫度，使噴入的煤粉能夠被直接點燃；其次，待各項機(jī)組參數(shù)都能夠達(dá)到既定要求時，將煤粉投入到鍋爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。目前火力發(fā)電廠主要采用節(jié)油點火器來點火，其中包括油燃燒器、等離子炬等，通過這些工具，可將送入燃燒器的氣流加熱到煤粉能夠燃燒的溫度，使煤粉和焦炭同時燃燒。當(dāng)燃燒器噴口形成穩(wěn)定燃燒的高溫火核時，再添加煤粉，使鍋爐能夠按照規(guī)定曲線標(biāo)準(zhǔn)啟動，實現(xiàn)正常發(fā)電運行[1]。在鍋爐啟動初期，主要采用煤粉代替油進(jìn)行點火。

1.2節(jié)油點火技術(shù)的分類

1.2.1微油氣化點火技術(shù)

微油氣化點火技術(shù)通過高能氣化油槍，將空氣壓縮到一定階段后對燃油進(jìn)行霧化，然后將其點燃。其中，大部分燃油將被氣化，在此狀態(tài)下進(jìn)行燃燒，形成穩(wěn)定的高溫火核。煤粉通過該高溫火核時，溫度迅速升高，著火燃燒導(dǎo)致點燃更多的煤粉，實現(xiàn)分級燃燒，逐級放大，最終達(dá)到點燃爐膛內(nèi)煤粉的目的。微油氣化點火技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、投資成本低。目前該技術(shù)在發(fā)電廠，尤其是在鍋爐改造過程中被大規(guī)模采用。

1.2.2等離子點火技術(shù)

等離子點火技術(shù)最大的特點就是不需要利用油來進(jìn)行點火。煤粉燃燒器的點火源就是高溫等離子體，其工作原理是首先將一級燃燒筒內(nèi)的氣流進(jìn)行壓縮、點燃，然后再點燃二級、三級風(fēng)粉混合物[2]。這一原理與微油氣化點火技術(shù)相類似，但是它們之間有一個明顯區(qū)別：等離子點火技術(shù)啟動鍋爐可做到無油直接投粉，進(jìn)而大大節(jié)省了燃油耗用量。

1.2.3小油槍點火技術(shù)

小油槍點火技術(shù)最大的特點是將小油槍安置在煤粉燃燒器的噴口處，利用其燃燒能量來點燃煤粉，從而完成油煤的混合燃燒。但是，由于小油槍出力不足，所以在臨近位置需要大油槍完成助燃工作。

1.2.4少油點火技術(shù)

少油點火技術(shù)將油燃燒器通向煤粉燃燒器的中心，但需要與噴口保持一段距離。點火后，將煤粉燃燒器的一次風(fēng)粉經(jīng)過燃燒的油火焰，達(dá)到其最低著火溫度，使其瞬間開始燃燒，同時散發(fā)出大量熱量，然而在此基礎(chǔ)上仍需對其進(jìn)行持續(xù)加熱，直至達(dá)到某一煤種的著火溫度，使得煤炭內(nèi)的顆粒能夠燃燒起來，進(jìn)而啟動鍋爐。這種油燃燒器通常與航空發(fā)動機(jī)采用同一配置，是一種低壓強(qiáng)制配風(fēng)油燃燒器。其主要工作原理是對配風(fēng)進(jìn)行分級，致使其發(fā)出火焰，火焰溫度通常在1 520℃左右，而中心溫度會更高一些，油的燃盡率可達(dá)99%以上[3]。

1.2.5高溫空氣無油點火技術(shù)

常溫空氣經(jīng)過鼓風(fēng)機(jī)的加熱器進(jìn)行加熱，將溫度上升至1 000℃左右。正是由于高溫的影響，加熱后的空氣分散出很多氧離子，這些離子足夠微小，能夠與煤粉氣流進(jìn)行換熱，使其能夠以多相燃燒的方式快速著火。點火后的高溫能夠提供大量熱量和氧氣，使得燃燒器正常工作。這項技術(shù)是在多級點火技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生而來的，是實現(xiàn)煤粉大量燃燒的一個主要途徑。

2　微油點火與等離子點火技術(shù)比較

微油點火與等離子點火，是目前應(yīng)用最多的兩項鍋爐點火節(jié)能技術(shù)。從投資效益的角度來看，等離子無油點火技術(shù)更勝一籌。一般情況下，如果采用其他點火技術(shù)，如通過普通油槍完成點火，那么基建期的耗油量大約在1 200 t，按照市場油價5 000元/t來估算，燃油費的總支出預(yù)計達(dá)到600萬元左右。而若采用等離子無油點火技術(shù)，則節(jié)省了1 200 t的油量，大幅降低了基建期成本。對于一些有基建期的發(fā)電廠來說，在這個時期內(nèi)即可收回成本。同時，等離子無油點火技術(shù)通常適用于新建的電廠，投資回收期短[4]。該技術(shù)對煤質(zhì)要求較高，耗電較大，陰極頭壽命短，但點火初期就可投運電除塵，有利于環(huán)境保護(hù)。相比較而言，微油點火燃燒技術(shù)雖然系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，投資少，且比較適用于現(xiàn)有機(jī)組的技術(shù)更新，可以實現(xiàn)收益最大化，但點火初期對除塵器電極有污染。

3　點火節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

3.1等離子點火技術(shù)

隨著電力需求越來越大，以大量的基建機(jī)組還在建設(shè)在所有點火技術(shù)中，等離子點火技術(shù)的發(fā)展前景相對而言比較明朗。然而，目前暫無法實現(xiàn)冷爐冷粉點火的目標(biāo)，必須要在風(fēng)道口安裝一個暖風(fēng)器，先將風(fēng)進(jìn)行加熱，使溫度要達(dá)到170℃左右，進(jìn)而啟動點火磨煤機(jī)。在點火前，要用油槍對鍋爐進(jìn)行預(yù)熱。受限于這一不足，還不能做到真正的無油點火，傳統(tǒng)的燃油系統(tǒng)還未真正實現(xiàn)改頭換面。當(dāng)前，各大火力發(fā)電廠提高競爭力的主要方式是不斷降低成本、減少原油使用，而等離子點火技術(shù)成為了這些發(fā)電廠的最中意選項，這也造成了等離子市場的不斷擴(kuò)大。許多專家對當(dāng)前的等離子點火技術(shù)開展了很多研究，也提出了許多彌補(bǔ)其不足的措施。其中，最主要的一個措施是無論啟動是在冷態(tài)，還是溫態(tài)下，都要在達(dá)到最佳的一次風(fēng)速時增加二次風(fēng)量，使得燃燒器不會結(jié)焦，從而加強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性。

當(dāng)前，許多企業(yè)了解并應(yīng)用這項技術(shù)，包括巨化公司熱電廠、廣州恒運熱電廠等。巨化公司熱電廠是通過增大燃燒器的風(fēng)筒截面積（增加比控制在33%左右），使燃燒器達(dá)到一定冷卻效果，同時碰口和風(fēng)筒的溫度也會隨之下降。為了進(jìn)一步避免燃燒室出現(xiàn)結(jié)焦渣情況，需割除中隔板，并在風(fēng)筒下部安裝排渣器，自動排出焦渣，增強(qiáng)點火成功概率。廣州恒運熱電廠采用一級氣膜冷卻技術(shù)，它雖是點火技能中的一項小技術(shù)，但不僅可以緩解燃燒器的燒蝕現(xiàn)象，而且煤粉貼壁流動、掛焦的現(xiàn)象也將很少出現(xiàn)。在國際市場上，等離子點火技術(shù)也蘊(yùn)藏著巨大發(fā)展?jié)摿?。許多油量不多的國家，如南非、印度、加拿大等，都對這項技術(shù)有很大興趣，但由于技術(shù)發(fā)展不夠成熟，導(dǎo)致市場份額不高[5]。在真正實現(xiàn)無油點火后，其在發(fā)電市場上將有一片更好的前景。

3.2高溫?zé)o油點火技術(shù)

高溫?zé)o油點火技術(shù)作為一項新型點火技術(shù)在許多領(lǐng)域中有所發(fā)展，但主要是在煉鋼及化工領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。該技術(shù)在以化石燃料為主的發(fā)電站鍋爐中還處于試驗階段，只有少數(shù)電站鍋爐采用這種技術(shù)進(jìn)行點火。為了能夠更好地應(yīng)用無油點火技術(shù)，需要對當(dāng)前的點火技術(shù)進(jìn)行改造，其原理是對最下層的煤粉燃燒器和二次風(fēng)噴口的構(gòu)造進(jìn)行重新調(diào)整，將原來全部擺動的整組燃燒器改成部分?jǐn)[動，燃燒器也要替換為高溫空氣無油類型的，該技術(shù)要與PRP燃燒裝置相互結(jié)合使用，改裝后的裝置可以對一次風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，加強(qiáng)火焰穩(wěn)定性，實現(xiàn)煤的穩(wěn)定燃燒。

高溫點火技術(shù)在應(yīng)用過程中尚存在許多未解決的問題和一些制約因素，其中包括：（1）煤粉在鍋爐內(nèi)燃燒的結(jié)焦問題；（2）電熱管材料的壽命問題。它們都在一定程度上制約了高溫點火技術(shù)的應(yīng)用。所以相關(guān)人員還需加大研究力度，不斷改進(jìn)這項技術(shù)。大量研究表明，環(huán)流風(fēng)能可以對煤粉著火過程的內(nèi)壁結(jié)焦現(xiàn)象起到抑制作用。除此之外，煤粉只有在一定煤粉濃度范圍內(nèi)才會穩(wěn)定著火，如果濃度過高，會將著火的距離不斷拉大，使火勢不穩(wěn)定[6]，因此參數(shù)設(shè)定也是十分重要的，并不是所有鍋爐參數(shù)都是相同的，而是與許多因素有關(guān)，需根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)研發(fā)出循環(huán)高溫點火技術(shù)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計比較獨特，在電磁感應(yīng)下可以將空氣加熱到800～900℃以上，以實現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐點火。

3.3微油點火燃燒技術(shù)

我國當(dāng)前對微油點火燃燒技術(shù)的應(yīng)用還是比較廣泛的，但總體來說還是存在許多缺點，主要包括：

（1）點火源是在一次風(fēng)管的內(nèi)部，在燃燒的過程中不能實現(xiàn)有效控制，初期點火能量不足，需要借助大油槍；

（2）在冷態(tài)下啟動，煤粉不能實現(xiàn)完全燃燒，殘留物中含碳量比較高；

（3）噴口處易發(fā)生結(jié)焦情況；

（4）油槍的油壓、空氣壓縮的壓力很難掌控在一個精確的范圍內(nèi)。

值得一提的是，昆明第二發(fā)電廠在使用這項技術(shù)時，針對當(dāng)前技術(shù)的不足，并結(jié)合自身具體情況，對油槍系統(tǒng)進(jìn)行了改造：

（1）將一次風(fēng)量提高至120 m3/s左右，煤粉的著火時間可以往后推移，從而減弱燃燒器附近的負(fù)荷；

（2）在供油量方面，可將燃油壓力降低至1.2 MPa，但是還要保持有一只主油槍；

（3）空氣的壓縮量也要進(jìn)行適當(dāng)控制，壓縮空氣的壓力保持在0.4 MPa左右。

（4）為了能夠使得火焰達(dá)到最合適的著火距離，以改善結(jié)焦問題，可利用暖風(fēng)機(jī)保證出口風(fēng)溫的穩(wěn)定。

安慶皖江發(fā)電廠采取的方式則不盡相同：如通過引入熱風(fēng)的方式進(jìn)行制粉，減少對油量的使用[6]。在點火過程中，給煤量要控制在一個適宜范圍內(nèi)，以對氣流溫度的維持起到一定幫助作用。同時，可以采用二級過濾的方式解決燃油系統(tǒng)中的雜質(zhì)對油槍槍口的堵塞。

4　結(jié)束語

綜全文所述，當(dāng)前火力發(fā)電廠在點火技術(shù)方面，最主要的目標(biāo)是實現(xiàn)節(jié)能最大化。由于該技術(shù)的局限性，雖已取得良好效果，但仍有較大提升空間。現(xiàn)在市場上的無油點火技術(shù)還不甚成熟，需加強(qiáng)許多細(xì)節(jié)層面上的處理。因此，為了能夠早日研發(fā)出無油點火節(jié)能技術(shù)，相關(guān)技術(shù)人員要加大研究力度，逐步解決相關(guān)問題，使點火技術(shù)朝著更加節(jié)能、安全的方向發(fā)展，實現(xiàn)節(jié)約燃油資源，保障人民安全，推動電力行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

[1]王曉敏. 淺談節(jié)能降耗技術(shù)在電廠鍋爐運行中的應(yīng)用[J]. 中國高新技術(shù)企業(yè), 2016(2): 82-83.

[2]韓晶杰. 淺談電廠鍋爐的節(jié)能現(xiàn)狀及節(jié)能降耗技術(shù)[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2016(16).

[3]徐東棟. 淺談火力發(fā)電廠鍋爐節(jié)能降耗的對策及措施[J]. 山東工業(yè)技術(shù), 2015(23): 178.

[4]雒得齊. 火力發(fā)電廠鍋爐等離子點火改造調(diào)試分析[J]. 電子測試, 2016(5).

[5]菅富強(qiáng). 火力發(fā)電廠鍋爐等離子點火技術(shù)應(yīng)用分析[J]. 山東化工, 2015, 44(8): 113-114.

[6]于曉偉. 火力發(fā)電廠鍋爐節(jié)能對策分析[J]. 企業(yè)技術(shù)開發(fā)月刊, 2016, 35(15).

趙有飛(1980-)，男，甘肅會寧人，大學(xué)本科學(xué)歷。研究方向：火力發(fā)電廠鍋爐節(jié)能。

E-mail:zhaoyf@chec.com.cn

Review on Application of Ignition Energy Conservation Technology of Boiler in Thermal Power Plant

ZHAO You-fei
(China Huadian Engineering Co., Ltd., Beijing, 100160, China)

Realization of oil-free ignition can greatly improve energy conservation and efficiency of boiler in thermal power plant. By linking theory with practice, mechanisms and applications of ignition energy conservation technology of boiler in thermal power plant are discussed, realizing that current technology still need to employ kerosene, and thus cannot achieve realization of actual oil-free ignition in thermal power plant, implying that various problems should be solved. With the development of era, ignition technology of boiler in thermal power plant still remains to be improved, achieving energy conservation target using advanced science and technology.

Thermal Power Plant; Boiler; Ignition Energy Conservation Technology; Application; Oil-free Ignition

TK229

A

2095-8412 (2016) 05-1052-04工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.061