富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的應(yīng)用

吳東梅，晏世剛，陳海良

(西南電力設(shè)計(jì)院，四川 成都 610021)

富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的應(yīng)用

吳東梅，晏世剛，陳海良

(西南電力設(shè)計(jì)院，四川 成都 610021)

本文全面介紹富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用現(xiàn)狀，以及該技術(shù)相對(duì)于主流點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)(等離子和微油點(diǎn)火)的優(yōu)勢(shì)，并提出合理的工程應(yīng)用建議。

富氧點(diǎn)火；穩(wěn)燃；節(jié)油；工程應(yīng)用。

煤機(jī)在啟停及低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)需消耗大量燃油。近年來(lái)，我國(guó)火電行業(yè)普遍采用等離子、氣化小油槍等點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)，以節(jié)約燃油。這些技術(shù)由于其內(nèi)在機(jī)理的原因，面對(duì)煤種多樣性的特殊國(guó)情，在實(shí)際應(yīng)用中存在一定的局限。

近年來(lái)，富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)在國(guó)內(nèi)個(gè)別電廠進(jìn)行了成功的技改，克服了等離子、氣化小油槍等傳統(tǒng)節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)煤種適應(yīng)性狹窄、運(yùn)行不穩(wěn)、燃盡率偏低的技術(shù)難點(diǎn)，可適用于煙煤、貧煤、無(wú)煙煤，運(yùn)行穩(wěn)定，節(jié)油幅度大。我院正在進(jìn)行施工設(shè)計(jì)的某工程亦將首次在大型新建W火焰爐上采用富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)。本文擬全面介紹富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其相對(duì)于主流點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，并提出合理的工程應(yīng)用建議。

1 富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的特點(diǎn)和現(xiàn)狀

1.1 技術(shù)機(jī)理

富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)通常需要少量燃油或燃?xì)?最典型的是燃油)的支持，因此富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)一般指富氧微油點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)。

富氧微油點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)顧名思義即富氧燃燒技術(shù)與微油點(diǎn)火技術(shù)的結(jié)合。這是一種新型的點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)，它既有微油點(diǎn)火技術(shù)節(jié)油、效率高的特點(diǎn)，又包含富氧燃燒強(qiáng)化傳熱的優(yōu)點(diǎn)。這種點(diǎn)火技術(shù)的實(shí)現(xiàn)大都以微油點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)其進(jìn)行加氧改造，讓微油點(diǎn)火燃燒器內(nèi)特定的區(qū)域氧氣濃度提升，形成富氧燃燒氛圍，使得燃燒器內(nèi)的燃料更加容易點(diǎn)燃和燃盡。對(duì)于采用難燃煤種的電廠，是個(gè)很好的選擇。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

(1)煤種適應(yīng)性廣

富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)在強(qiáng)化引火能源燃燒的同時(shí)又強(qiáng)化了被引燃物的燃燒。在燃燒器內(nèi)噴入氧氣后，充分利用富氧特性，在強(qiáng)化煤粉的揮發(fā)份燃燒同時(shí)還強(qiáng)化其固定碳燃燒。與此同時(shí)，由于燃燒器油、氧量可調(diào)，所以該技術(shù)對(duì)煙煤、貧煤、無(wú)煙煤、煤矸石等均有強(qiáng)化燃燒的作用，具有很強(qiáng)的煤種適應(yīng)能力。

(2)確保環(huán)保裝置安全運(yùn)行

根據(jù)富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)原理，其點(diǎn)火具有耗油量低、油燃盡率高(≥98%)的特點(diǎn)，在保證點(diǎn)燃一次風(fēng)粉的同時(shí)，確保油煤不混燒。避免了由于油煤混燒，油燃燒不盡所造成的除塵、脫硫、脫硝等環(huán)保裝置被污染、催化劑中毒等現(xiàn)象，保證上述環(huán)保裝置點(diǎn)火即可投運(yùn)，提高環(huán)保裝置的安全，確保煙氣排放達(dá)標(biāo)。

(3)節(jié)油效果更顯著

就點(diǎn)燃劣質(zhì)煤而言，富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)是其它節(jié)油技術(shù)的替代技術(shù)，與傳統(tǒng)大油槍點(diǎn)火比較，節(jié)油率達(dá)95%以上，節(jié)油效果顯著。

(4)廣泛的爐型及燃燒器適應(yīng)性

富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)可應(yīng)用于切圓、對(duì)沖燃燒和W火焰爐；可用于直流、旋流等各種燃燒器，充分應(yīng)用燃燒器的回流功能，強(qiáng)化氧氣在回流區(qū)對(duì)煤粉的燃燒作用。

(5)有效防止鍋爐二次爆燃

在鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火期間，使用富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)，煤粉燃盡率高，能可靠地防止鍋爐尾部發(fā)生二次爆燃，從而提高鍋爐的安全性。

1.3 研發(fā)和應(yīng)用

重慶富燃科技創(chuàng)造性地將純氧點(diǎn)火引入燃煤發(fā)電領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)外率先研制成功“燃煤鍋爐富氧雙強(qiáng)燃燒技術(shù)”，并于2010年對(duì)重慶九龍電廠1#鍋爐底層燃燒器實(shí)施了該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。由于富氧燃燒的優(yōu)越性，該公司在首次商業(yè)化成功后，繼續(xù)與更多電站合作，在不同等級(jí)和型式鍋爐上推廣富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)。同時(shí)，國(guó)內(nèi)各燃煤鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)供應(yīng)商陸續(xù)跟進(jìn)，結(jié)合各自的技術(shù)儲(chǔ)備攻堅(jiān)煤種適應(yīng)性廣泛的富氧點(diǎn)火技術(shù)；主要有北京艾佩克斯的純氧點(diǎn)火、煙臺(tái)龍?jiān)吹牡入x子體純氧點(diǎn)火和西安熱工的加氧微油點(diǎn)火等技術(shù)。

此外，國(guó)內(nèi)其他科研單位和大專院校也在不斷加大對(duì)富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃系統(tǒng)的研發(fā)力度，各種科研成果和專利技術(shù)正不斷涌現(xiàn)。

各點(diǎn)火系統(tǒng)供應(yīng)商富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的工程業(yè)績(jī)見(jiàn)表1。

表1 各富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃系統(tǒng)供應(yīng)商的業(yè)績(jī)

2 富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃工藝的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)

富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)，由于富氧的介入和對(duì)燃燒的加強(qiáng)，既可進(jìn)一步降低優(yōu)質(zhì)煤的點(diǎn)火和穩(wěn)燃油耗，又可拓展煤質(zhì)的適用范圍，理論上可以實(shí)現(xiàn)煤種的全覆蓋，對(duì)于傳統(tǒng)點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)難以點(diǎn)燃的貧煤、無(wú)煙煤等具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。本節(jié)首先列舉富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃改造項(xiàng)目的實(shí)際節(jié)油效果(見(jiàn)表2)，然后針對(duì)600 MW等級(jí)機(jī)組，按照煙煤和無(wú)煙煤的典型設(shè)計(jì)條件對(duì)不同點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

表2 部分富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃工程實(shí)際節(jié)油效果

2.1 某煙煤項(xiàng)目點(diǎn)火穩(wěn)燃系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

2.1.1 項(xiàng)目假想條件及配置方案

假定項(xiàng)目為2×660 MW超臨界機(jī)組，煙煤Vdaf為28.7%，低位發(fā)熱量為18.5 MJ/kg；鍋爐為前后墻對(duì)沖燃燒，前后墻各三層燃燒器，每層六支；配置五運(yùn)一備六臺(tái)中速磨。等離子、微油和富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)均適用；富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)按節(jié)油效果較好、運(yùn)行較穩(wěn)定、初投資較合理的富氧雙強(qiáng)燃燒技術(shù)考慮。

等離子、微油和富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)均只需將鍋爐后墻最底層(一臺(tái)磨)6只煤粉燃燒器進(jìn)行相應(yīng)的改造。

2.1.2 項(xiàng)目點(diǎn)火穩(wěn)燃系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比較

(1)經(jīng)濟(jì)性比較基準(zhǔn)

基建期間標(biāo)準(zhǔn)油耗按中電聯(lián)技經(jīng)[2007]7號(hào)文《關(guān)于調(diào)整和修改火力發(fā)電廠工程基建階段燃油和蒸汽用量標(biāo)準(zhǔn)及其計(jì)算公式的通知》。

燃油按0.6萬(wàn)元/t，標(biāo)煤按564元/t，液氧按0.06萬(wàn)/m3，成本電價(jià)按0.245元/kWh；油氧消耗比例參考已投運(yùn)電廠取1∶5.5；20年折現(xiàn)系數(shù)取11.56。

等離子點(diǎn)火系統(tǒng)初投資為820萬(wàn)元(按限額)；微油點(diǎn)火系統(tǒng)初投資為400萬(wàn)元(見(jiàn)限額)；富氧雙強(qiáng)點(diǎn)火系統(tǒng)初投資為840萬(wàn)元(按廠商)；設(shè)置節(jié)油裝置電廠的常規(guī)點(diǎn)火及助燃油系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用可節(jié)省約50萬(wàn)元。

另機(jī)組正常運(yùn)行后，兩臺(tái)機(jī)采用等離子或微油點(diǎn)火技術(shù)每年還可為電廠節(jié)省燃油費(fèi)用約560萬(wàn)元；而采用富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)每年可節(jié)省約650萬(wàn)元(考慮部分無(wú)油純氧穩(wěn)燃工況)，但增加液氧費(fèi)用約25萬(wàn)元。所節(jié)省的年燃油費(fèi)用基于表3(2000年上下以大油槍點(diǎn)火為主)和相應(yīng)點(diǎn)火技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的統(tǒng)計(jì)節(jié)油率。

表3 2000年燃煤機(jī)組用油情況調(diào)查

(2)經(jīng)濟(jì)性比較結(jié)果

各種點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的經(jīng)濟(jì)比較數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 各種點(diǎn)火穩(wěn)燃系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)比較 (兩臺(tái)機(jī)，單位：萬(wàn)元)

續(xù)表4

由表4可知，對(duì)于煙煤，三種節(jié)油點(diǎn)火系統(tǒng)的全壽命期綜合收益相差不大，其中富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃以微弱優(yōu)勢(shì)領(lǐng)先，其優(yōu)勢(shì)此時(shí)更多地體現(xiàn)在環(huán)保和爐后安全性等間接經(jīng)濟(jì)效益上。

2.2 某無(wú)煙煤項(xiàng)目點(diǎn)火穩(wěn)燃系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

2.2.1 項(xiàng)目假想條件及配置方案

假定項(xiàng)目為2×660 MW超臨界機(jī)組，無(wú)煙煤Vdaf為9.45%，低位發(fā)熱量為20.9 MJ/kg；鍋爐為W火焰爐，前后拱上各12支燃燒器；配置6臺(tái)雙進(jìn)雙出鋼球磨。此時(shí)，常規(guī)等離子點(diǎn)火不再適用；只需比較微油和富氧點(diǎn)火兩種方案——事實(shí)上微油點(diǎn)火也不太適用，據(jù)調(diào)研其實(shí)際應(yīng)用中穩(wěn)定性較差。而富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)仍按富氧雙強(qiáng)燃燒技術(shù)考慮。

微油和富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)均需將兩臺(tái)磨對(duì)應(yīng)的8只煤粉燃燒器進(jìn)行相應(yīng)的改造。

2.2.2 項(xiàng)目點(diǎn)火穩(wěn)燃系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性比較

(1)經(jīng)濟(jì)性比較的基準(zhǔn)

微油點(diǎn)火系統(tǒng)初投資為600萬(wàn)元(按限額)；富氧點(diǎn)火系統(tǒng)初投資為1000萬(wàn)元(按廠商)；設(shè)置節(jié)油裝置電廠的常規(guī)點(diǎn)火及助燃油系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用可節(jié)省約50萬(wàn)元。

據(jù)調(diào)研，無(wú)煙煤工程采用微油點(diǎn)火系統(tǒng)后，基建期間耗油系數(shù)達(dá)不到0.2，而應(yīng)取0.5。采用富氧少油點(diǎn)火時(shí)，鑒于已投運(yùn)無(wú)煙煤機(jī)組的實(shí)際效果，基建期間各種油耗系數(shù)建議取0.15；油氧消耗比例參考已投運(yùn)電廠取1∶2.5。

另機(jī)組正常運(yùn)行后，兩臺(tái)機(jī)采用微油點(diǎn)火每年還可為電廠節(jié)省燃油費(fèi)用約350萬(wàn)元；兩臺(tái)機(jī)采用富氧少油點(diǎn)火每年可節(jié)省約600萬(wàn)元，但會(huì)增加液氧費(fèi)用約33萬(wàn)元。

其他各種假定條件同第2.1.2節(jié)。

(2)經(jīng)濟(jì)性比較的結(jié)果

各種點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的經(jīng)濟(jì)比較數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

表5 各種點(diǎn)火穩(wěn)燃系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)比較(兩臺(tái)機(jī)，單位：萬(wàn)元)

由上表可知，對(duì)于無(wú)煙煤，富氧少油點(diǎn)火相對(duì)于微油點(diǎn)火技術(shù)，其經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)明顯。且調(diào)研結(jié)果表明，在無(wú)煙煤機(jī)組上富氧點(diǎn)火的穩(wěn)定性很好，而微油點(diǎn)火在實(shí)際無(wú)煙煤電站的應(yīng)用中，不少系統(tǒng)最后被棄用。

2.3 富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的間接經(jīng)濟(jì)效益

按常規(guī)純?nèi)加忘c(diǎn)火的試運(yùn)方法，機(jī)組在試運(yùn)時(shí)要長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，期間鍋爐純燒油或油煤混燒，為避免未燃盡油滴粘污電極或催化劑，除塵器和脫硝裝置無(wú)法正常投入，大量煙塵和NOx直接排放到大氣中，給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染，同時(shí)煙氣中的粉塵會(huì)對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)葉片造成磨損，油污還會(huì)污染濕法脫硫的石膏漿液，這些均給電廠帶來(lái)間接的經(jīng)濟(jì)損失。在機(jī)組試運(yùn)期間投入等離子、微油或富氧點(diǎn)火系統(tǒng)，除塵器和脫硝、脫硫裝置可以在鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷期間正常投入，大大減少污染物的排放，避免了環(huán)境污染和對(duì)后處理工藝介質(zhì)的破壞，給電廠帶來(lái)顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

然而，實(shí)踐證明就油和煤的燃盡率而言，微油技術(shù)要優(yōu)于等離子技術(shù)，富氧技術(shù)更優(yōu)于微油技術(shù)，而且這種差距隨著煤質(zhì)揮發(fā)分的降低，會(huì)越拉越大；最終常規(guī)等離子點(diǎn)火技術(shù)不再適應(yīng)，而微油點(diǎn)火方案能勉強(qiáng)維持，只有富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)一枝獨(dú)秀。從化學(xué)燃燒的機(jī)理上并不難理解，這是富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的天然優(yōu)勢(shì)。

3 富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的工程應(yīng)用建議

如表6所示，鑒于等離子和微油點(diǎn)火的煤種局限性，以及微油點(diǎn)火在國(guó)內(nèi)多個(gè)無(wú)煙煤電站的不良表現(xiàn)，機(jī)組在燃燒無(wú)煙煤時(shí)應(yīng)該優(yōu)先選用富氧少油點(diǎn)火技術(shù)。前文通過(guò)對(duì)某無(wú)煙煤電站的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，無(wú)煙煤電站設(shè)置富氧少油點(diǎn)火系統(tǒng)在全壽命周期綜合效益上看，就比微油點(diǎn)火高出很多，更不提微油點(diǎn)火在劣質(zhì)煤實(shí)際應(yīng)中會(huì)發(fā)生油路堵塞和搶風(fēng)等的不適應(yīng)性。

而在某煙煤電站的對(duì)比中，等離子、微油和富氧點(diǎn)火三者的全壽命周期綜合效益幾乎沒(méi)有差異。然而，在環(huán)保和安全問(wèn)題日益受到重視的今天，富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃在油和煤的燃盡性方面一枝獨(dú)秀，可以有效防止下游煙氣處理設(shè)備出現(xiàn)二次燃爆或性能受損。因此，在設(shè)計(jì)煙煤電站時(shí)，可結(jié)合業(yè)主的傾向性推薦合適的點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)，但富氧少油點(diǎn)火應(yīng)處于同等重要的位置；待該技術(shù)業(yè)績(jī)更多、應(yīng)用更加成熟時(shí)，也應(yīng)優(yōu)先推薦。

至于貧煤電站，對(duì)于揮發(fā)分比較接近無(wú)煙煤的項(xiàng)目，可參照無(wú)煙煤的意見(jiàn)執(zhí)行，反之則參照煙煤機(jī)組的意見(jiàn)執(zhí)行。

表6 富氧點(diǎn)火與主流點(diǎn)火系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

4 結(jié)論及建議

富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)是近年快速發(fā)展起來(lái)的優(yōu)秀技術(shù)，其煤種適應(yīng)性更廣，環(huán)保性能卓越，可為燃煤電廠帶來(lái)良好的直接和間接經(jīng)濟(jì)效益。

由于等離子點(diǎn)火在無(wú)煙煤上的不適應(yīng)性和微油點(diǎn)火在多個(gè)無(wú)煙煤電站的不良表現(xiàn)，富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)理應(yīng)成為無(wú)煙煤電站優(yōu)先考慮的節(jié)油點(diǎn)火方式；煙煤電站在采用等離子、微油和富氧少油點(diǎn)火技術(shù)之間，其全壽命期的綜合收益十分接近，然而富氧點(diǎn)火穩(wěn)燃在環(huán)保和安全方面的間接經(jīng)濟(jì)效益十分明顯，隨著該技術(shù)的日益成熟，亦可結(jié)合業(yè)主的傾向性優(yōu)先推薦；至于貧煤電站，對(duì)于揮發(fā)分接近無(wú)煙煤的項(xiàng)目，可參照無(wú)煙煤機(jī)組的推薦意見(jiàn)執(zhí)行，反之則應(yīng)參照煙煤機(jī)組的意見(jiàn)執(zhí)行。

[1] 姚文達(dá)，李碩，郭秀峰．電站鍋爐微油點(diǎn)火技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．華電技術(shù)，2008，30(1)．

[2] 段君寨，等．富氧點(diǎn)火技術(shù)在670 MW機(jī)組劣質(zhì)燃煤鍋爐上的應(yīng)用[J]．熱力發(fā)電，2013，42(12)．

[3] 曹勝利，馬傳崗．淺談某電廠300 MW燃煤鍋爐富氧燃燒技術(shù)的應(yīng)用[J]．山東工業(yè)技術(shù)，2014，(15)．

Application of Oxygen Enrichment Ignition and Steady Burning Technology

WU Dong-mei, YAN Shi-gang, CHEN Hai-liang
(Southwest Electric Power Design Institute, Chengdu 610021, China)

The R&D status and application circumstances of oxy-ignition and flame-support technology for coal-fired power plant is investigated and introduced in full, of which the advantages over traditional ignition and flame-support technologies (plasma ignition and oil-minimum ignition) are analyzed, setting forth its rational engineering application suggestions.

oxy-ignition; flame-support; oil-saving; engineering application.

TM621

B

1671-9913(2017)03-0030-05

2016-11-29

吳東梅(1972- )，女，重慶銅梁人，高級(jí)工程師，主要從事電站熱力設(shè)計(jì)工作。