等離子點(diǎn)火技術(shù)在國電費(fèi)縣發(fā)電廠的應(yīng)用

唐建明

摘 要：近十幾年以來，“綠色施工、節(jié)能減排”的理念越來越成為現(xiàn)代大型燃煤火力發(fā)電廠的建設(shè)理念，不用燃油來實(shí)現(xiàn)大型火力發(fā)電廠燃煤鍋爐的點(diǎn)火啟動、穩(wěn)燃助燃的新技術(shù)能有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的理念，在國電費(fèi)縣發(fā)電廠2×600MW新建發(fā)電機(jī)組中通過引入鍋爐等離子點(diǎn)火技術(shù)，不但實(shí)現(xiàn)了大型燃煤鍋爐無油啟動，還保證了鍋爐的穩(wěn)燃助燃，為國家節(jié)省了大量的燃油，滿足了國電費(fèi)縣發(fā)電廠對環(huán)保節(jié)能的要求，達(dá)到了真正意義上的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；鍋爐；等離子；點(diǎn)火；節(jié)油

中圖分類號：TK223.23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0.引言

我國的石油資源并不豐富，但消耗量很大，原油還需要進(jìn)口，石油已經(jīng)成為影響我國能源安全的戰(zhàn)略物資，而電力行業(yè)燃油的消耗占了全國消耗總量的20%以上。近十幾年以來，“綠色施工、節(jié)能減排”的理念越來越成為現(xiàn)代大型燃煤火力發(fā)電廠的建設(shè)理念，加上由于世界原油及其價(jià)格的紛爭，和國家對燃煤火力發(fā)電企業(yè)環(huán)保節(jié)能的要求，燃煤火力發(fā)電廠鍋爐點(diǎn)火啟動用的傳統(tǒng)燃料——燃油的用量作為一項(xiàng)考核新建或改擴(kuò)建機(jī)組的性能指標(biāo)越來越受到重視，尋找一種如何少用或不用燃油來實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐的點(diǎn)火啟動、穩(wěn)燃助燃的新技術(shù)作為一個(gè)新課題擺在了現(xiàn)代燃煤火力發(fā)電企業(yè)的面前。在以前的幾十年里，小油槍點(diǎn)火技術(shù)、微油點(diǎn)火技術(shù)逐步在燃煤火力發(fā)電廠鍋爐上得到應(yīng)用，但由于它們并不能實(shí)現(xiàn)百分之百的節(jié)油目標(biāo)，加上它們在同樣點(diǎn)火能量的條件下，點(diǎn)火性能沒有等離子體好，所以在國電費(fèi)縣發(fā)電廠2×600MW新建發(fā)電機(jī)組中引入了鍋爐等離子點(diǎn)火技術(shù)，不但實(shí)現(xiàn)了鍋爐不用燃油點(diǎn)火啟動，還保證了鍋爐的穩(wěn)燃助燃，每臺機(jī)組每年可為國家節(jié)省上千噸燃油，按照每噸燃油2000元計(jì)算，每臺機(jī)組每年也可為國電費(fèi)縣發(fā)電廠節(jié)省約200萬元的費(fèi)用，創(chuàng)造了很大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，對捍衛(wèi)我國的能源安全意義重大。

1.大型燃煤火力發(fā)電廠鍋爐采用等離子點(diǎn)火技術(shù)，點(diǎn)火和穩(wěn)燃與采用燃油的點(diǎn)火技術(shù)相比有以下幾大優(yōu)點(diǎn)

1.1 社會效益大

真正實(shí)現(xiàn)了燃煤鍋爐的無油啟動，不用一滴燃油鍋爐就能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火啟動和穩(wěn)燃助燃，單單一個(gè)費(fèi)縣發(fā)電廠兩臺60萬kW發(fā)電機(jī)組每年就能為國家節(jié)省約2000噸的燃油，全國那么多燃煤發(fā)電廠如果都采用了等離子點(diǎn)火燃燒技術(shù)，那么它所節(jié)省的燃油量是相當(dāng)大的，對捍衛(wèi)我國的能源安全意義重大，創(chuàng)造了很大的社會效益。

1.2 經(jīng)濟(jì)效益大

采用等離子點(diǎn)火燃燒技術(shù)后，每臺機(jī)組每年可為國電費(fèi)縣發(fā)電廠節(jié)省約200萬元的費(fèi)用，國電費(fèi)縣發(fā)電廠建有兩臺600MW發(fā)電機(jī)組，每年節(jié)省的總費(fèi)用是400萬元，創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 減少了建設(shè)期投資

采用等離子點(diǎn)火燃燒技術(shù)后，大型燃煤火力發(fā)電廠新建工程可以取消傳統(tǒng)的燃油泵房及燃油系統(tǒng)設(shè)備和管道、配套電氣熱控裝置等等，可以減少上千萬的建設(shè)期投資。

1.4節(jié)約了生產(chǎn)期運(yùn)行維護(hù)成本

采用等離子點(diǎn)火燃燒技術(shù)后，電廠采用單一燃料（燃煤）運(yùn)行，簡化了系統(tǒng)，簡化了運(yùn)行方式，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用僅是使用燃油點(diǎn)火時(shí)費(fèi)用的15%～20%，節(jié)約了生產(chǎn)期運(yùn)行維護(hù)成本。

1.5 減少了對環(huán)境的污染

采用等離子點(diǎn)火燃燒技術(shù)后，由于點(diǎn)火時(shí)不用燃油，靜電除塵裝置可以一點(diǎn)火就投入，因此，避免了油點(diǎn)火初期大量煙塵的排放對環(huán)境的污染；另外，電廠采用單一燃料（燃煤）后，消除了燃油的運(yùn)輸和儲存環(huán)節(jié)，避免了燃油對大地和大氣的污染，改善了電廠周圍的環(huán)境。

1.6 點(diǎn)火性能好

采用等離子點(diǎn)火燃燒技術(shù)，在同樣點(diǎn)火能量的條件下，點(diǎn)火性能比油點(diǎn)火好，由于在等離子體單位容積內(nèi)，能量高度集中，能快速順利地點(diǎn)燃煤粉。等離子體內(nèi)還含有大量化學(xué)活性的粒子，可加速熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，促進(jìn)燃料完全燃燒。

2.等離子體點(diǎn)火原理

等離子體是由電子、正離子和中性原子組成的對外界呈電中性的電離氣體。等離子煤粉無油點(diǎn)火系統(tǒng)的等離子體發(fā)生器輸入能源為電能，其產(chǎn)生的等離子體火炬溫度可達(dá)2700℃～9000℃，本系統(tǒng)正是利用等離子體火炬所形成的高溫和特殊化學(xué)反應(yīng)條件將煤粉氣流直接引燃從而實(shí)現(xiàn)無油點(diǎn)火功能。

等離子燃燒器是借助等離子發(fā)生器的電弧來點(diǎn)燃煤粉的煤粉燃燒器，與以往的煤粉燃燒器相比，等離子燃燒器在煤粉進(jìn)入燃燒器的初始階段就用等離子弧將煤粉點(diǎn)燃，并將火焰在燃燒器內(nèi)逐級放大，屬內(nèi)燃性燃燒器，可在爐膛內(nèi)無火的狀態(tài)下直接點(diǎn)燃煤粉。

3.等離子點(diǎn)火系統(tǒng)組成

國電費(fèi)縣電廠的2×600MW機(jī)組鍋爐采用的等離子點(diǎn)火系統(tǒng)由等離子點(diǎn)火設(shè)備及其輔助系統(tǒng)組成，等離子點(diǎn)火設(shè)備由等離子發(fā)生器、等離子燃燒器、隔離變壓器、電源柜等組成，輔助系統(tǒng)由載體空氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)、冷風(fēng)加熱系統(tǒng)、一次風(fēng)在線監(jiān)測系統(tǒng)、燃燒器壁溫監(jiān)測系統(tǒng)等組成。

根據(jù)費(fèi)縣電廠鍋爐的實(shí)際情況，將前墻最下層5臺煤粉燃燒器改造為兼有等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃功能的等離子燃燒器。在鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃期間，該燃燒器具有點(diǎn)火和穩(wěn)燃功能；在鍋爐正常運(yùn)行時(shí)，該燃燒器具有主燃燒器功能，且出力及燃燒工況與原來保持一致。等離子燃燒器按照鍋爐原有的煤粉燃燒器接口尺寸設(shè)計(jì)，燃燒器軸向裝有等離子點(diǎn)火器，內(nèi)部由多級燃燒室組成。

4.國電費(fèi)縣發(fā)電廠等離子點(diǎn)火系統(tǒng)性能

4.1 等離子發(fā)生器功率可用調(diào)節(jié)范圍65kW～120kW；

4.2 可更換陰極使用壽命≥50h；

4.3 陽極使用壽命≥1000h；

4.4 冷態(tài)啟動穩(wěn)定著火時(shí)間≤180s；

4.5 等離子燃燒器設(shè)計(jì)出力范圍同主燃燒器；

4.6 燃燒噐使用壽命不低于50000h；

4.7 在設(shè)計(jì)及校核煤種下，在冷風(fēng)加熱器運(yùn)行參數(shù)和對應(yīng)的磨煤機(jī)最低出力及通風(fēng)量滿足技術(shù)條件時(shí)，等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃系統(tǒng)具備冷態(tài)無油點(diǎn)火啟動、帶負(fù)荷的性能；

4.8 在設(shè)計(jì)和校核煤種下，等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃系統(tǒng)從鍋爐吹管到帶滿負(fù)荷168h全過程，具有無油操作性能；

4.9 等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃系統(tǒng)具備低負(fù)荷不投油穩(wěn)燃的性能；

4.10 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)投入2h后，鍋爐飛灰含碳量≤15%；

4.11 在鍋爐BMCR工況下，等離子燃燒器作為主燃燒器運(yùn)行時(shí)，NOx排放濃度不大于原燃燒器投運(yùn)時(shí)NOx排放濃度；

4.12 在BMCR工況下，等離子燃燒器作為主燃燒器運(yùn)行，鍋爐熱效率不低于BMCR工況下原燃燒器投運(yùn)時(shí)鍋爐保證熱效率；

4.13 在等離子燃燒器設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃裝置投入時(shí)，燃燒器及所對的鍋爐水冷壁不結(jié)渣，燃燒器不燒損。

5.等離子點(diǎn)火系統(tǒng)安裝

費(fèi)縣電廠鍋爐燃燒器布置方式為前后墻對沖，前后墻各三層布置，每層5只燃燒器，共30只燃燒器。鍋爐制粉系統(tǒng)為中速磨煤機(jī)、冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式系統(tǒng)，配6臺北京重型機(jī)械廠生產(chǎn)的ZGM113N型中速磨煤機(jī)和6臺給煤機(jī)，其氣粉混合物經(jīng)每臺磨煤機(jī)上部分離器及其出口的5根煤粉管道送入鍋爐前后墻燃燒器供爐內(nèi)燃燒。設(shè)計(jì)磨煤機(jī)為5臺運(yùn)行，一臺備用，每臺磨煤機(jī)對應(yīng)供給前墻（或后墻）一層5臺燃燒器，等離子燃燒器布置在爐前下數(shù)第一層主燃燒器上。安裝時(shí)在地面首先將油燃燒器套管抽出把等離子燃燒器裝在此位置上連同主燃燒器一起吊裝到位。安裝時(shí)應(yīng)保證同一層燃燒器標(biāo)高一致、前后水平，標(biāo)高誤差不大于±5mm，前后水平差一般不大于0.5°。燃燒器及一、二次風(fēng)管道安裝完畢后再安裝等離子發(fā)生器、配套的水、電、氣管路線路等。

結(jié)語

從等離子點(diǎn)火技術(shù)在國電費(fèi)縣發(fā)電廠2號機(jī)組沖管及168期間試運(yùn)行情況來看，各種功能完全可以滿足煤粉鍋爐啟動時(shí)直接點(diǎn)燃煤粉的要求，縮短了鍋爐啟動時(shí)間，簡化了點(diǎn)火操作程序，實(shí)現(xiàn)了燃煤鍋爐無油點(diǎn)火啟動和穩(wěn)燃助燃的目標(biāo)，節(jié)省了燃油，減少了機(jī)組啟動、運(yùn)行、維護(hù)的費(fèi)用，從而為費(fèi)縣電廠取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，對捍衛(wèi)我國的能源安全意義重大。另外，直流空氣等離子體作為點(diǎn)火源，貧煤揮發(fā)份低于（10%），原煤水分含量大于10%時(shí)，煤粉將不易被點(diǎn)燃。

參考文獻(xiàn)

[1]朱杰.等離子點(diǎn)火技術(shù)在電廠的應(yīng)用[J].科學(xué)與財(cái)富，2011（11）：153-154.