等離子點(diǎn)火與微油點(diǎn)火的節(jié)能性分析

沙威孫國(guó)通周義剛薛澤海（天津市電力科學(xué)研究院天津市電力科技發(fā)展公司）

等離子點(diǎn)火與微油點(diǎn)火的節(jié)能性分析

沙威1孫國(guó)通2周義剛1薛澤海1
（1天津市電力科學(xué)研究院2天津市電力科技發(fā)展公司）

簡(jiǎn)述等離子點(diǎn)火與微油點(diǎn)火技術(shù)的工作原理，從功能上和經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行的對(duì)等離子和微油點(diǎn)火進(jìn)行分析比較。

等離子點(diǎn)火；微油點(diǎn)火；節(jié)能降耗；經(jīng)濟(jì)性

1 引言

我國(guó)的石油資源儲(chǔ)量有限，節(jié)約能源是基本國(guó)策。近年來(lái)，隨著等離子和微油點(diǎn)火技術(shù)的日趨發(fā)展，為減少新建火電機(jī)組及運(yùn)行中鍋爐啟動(dòng)以及低負(fù)荷用油節(jié)省了大量能源。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排的大目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。

2 工作原理簡(jiǎn)介

2.1 等離子的點(diǎn)火原理

利用直流電流（280A～350A），在介質(zhì)氣壓0.01～0.03MPa條件下引弧，并在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的一次燃燒筒中形成溫度T>5000K梯度極大的局部高溫火核，煤粉顆粒在通過(guò)該等離子火核時(shí)受到高溫作用，并在10－3秒內(nèi)迅速釋放揮發(fā)分并被破碎而再造揮發(fā)分，從而達(dá)到迅速燃燒，由于反應(yīng)是在氣固兩相流中進(jìn)行，混合物組分粒級(jí)發(fā)生變化，使煤粉燃燒速度加快，大幅度降低了促使煤粉燃燒所需的能量，實(shí)現(xiàn)了利用小能量點(diǎn)燃煤粉的目的。

等離子發(fā)生器為磁穩(wěn)等離子空氣載體發(fā)生器，它有線圈、陰極、陽(yáng)極組成，其拉弧原理為:在一定輸出電流條件下，當(dāng)中心陰極同陽(yáng)極發(fā)生接觸后，系統(tǒng)具有接短路能力且電流恒定不變，當(dāng)陰極離開(kāi)陽(yáng)極時(shí)產(chǎn)生電弧，電弧在線圈磁力作用下拉出噴管外部，一定壓力的空氣在電弧作用下，被電離為高溫等離子體（能量密度高達(dá)105W/cm2），為點(diǎn)燃煤粉創(chuàng)造了良好條件。

圖1 等離子發(fā)生器工作原理圖

2.2 微油點(diǎn)火的工作原理

利用機(jī)械霧化將燃料油擠壓、撕裂、破碎，產(chǎn)生超細(xì)油滴后通過(guò)高能點(diǎn)火器引燃，同時(shí)巧妙地利用高強(qiáng)度的燃燒室，使燃油在氣化狀態(tài)下燃燒，可以大大提高燃油火焰溫度，并急劇縮短燃燒時(shí)間。氣化燃燒后的火焰，見(jiàn)圖2。氣化后的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤臁⒒鹧娉仕{(lán)色，中心溫度高達(dá)1500～2000℃，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)直接點(diǎn)燃一級(jí)煤粉，從而實(shí)現(xiàn)電站鍋爐啟動(dòng)、停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃。壓縮空氣主要用于點(diǎn)火時(shí)實(shí)現(xiàn)燃油霧化、正常燃燒時(shí)加速燃油氣化及補(bǔ)充前期燃燒需要的氧量；壓力冷風(fēng)主要用于補(bǔ)充后期加速燃燒所需的氧量。

3 等離子和微油點(diǎn)火的系統(tǒng)組成及運(yùn)行特點(diǎn)

3.1 等離子點(diǎn)火的系統(tǒng)組成

等離子體點(diǎn)火燃燒器、等離子體發(fā)生器、等離子體電源及控制系統(tǒng)、暖風(fēng)器系統(tǒng)、風(fēng)粉在線檢測(cè)系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、冷卻風(fēng)機(jī)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)以及火焰檢測(cè)等系統(tǒng)構(gòu)成

圖2 微油小油槍燃燒火焰圖

3.2 微油點(diǎn)火的系統(tǒng)組成

系統(tǒng)構(gòu)成：由燃油系統(tǒng)、煤粉燃燒器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、暖風(fēng)器系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等部分組成。輔助系統(tǒng)包括一次風(fēng)速在線監(jiān)測(cè)、燃燒器壁溫監(jiān)測(cè)、圖像火焰監(jiān)測(cè)、助燃風(fēng)等系統(tǒng)構(gòu)成。

3.3 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性

等離子點(diǎn)火技術(shù)比較成熟，從機(jī)組試運(yùn)過(guò)程來(lái)看，冷卻風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)行比較穩(wěn)定，易損部件主要是陰極和陽(yáng)極，一般陰極的壽命在100h左右，陽(yáng)極的壽命在500～1000h之間，根據(jù)拉弧時(shí)間的長(zhǎng)短，制造廠設(shè)計(jì)了陰陽(yáng)極壽命監(jiān)測(cè)裝置，可作為更換時(shí)的參考，但因陰極的壽命相對(duì)較短，等離子裝置使用期間，運(yùn)行維護(hù)人員必須加強(qiáng)監(jiān)視和維護(hù)，以提高運(yùn)行穩(wěn)定性。

微油點(diǎn)火技術(shù)最常見(jiàn)的故障是小油槍堵塞造成滅火。對(duì)于煙煤由于油槍出力低，霧化裝置孔徑較小，油管路稍有雜物即造成堵塞，造成燃燒器滅火，威脅點(diǎn)火的安全。因此，氣化微油點(diǎn)火技術(shù)關(guān)鍵在于油管路的施工工藝，必須用氬弧焊打底，電焊蓋面，油管路必須用蒸汽吹掃以后才能充油，有的工程安裝過(guò)程沒(méi)有認(rèn)真對(duì)待，造成小油槍斷油。小油槍主要的維護(hù)工作在于濾網(wǎng)和油槍頭的清理，必須保證油的質(zhì)量、管道干凈，根據(jù)濾網(wǎng)壓差的情況定期做一下清理，才能保證投入。在注意微油系統(tǒng)的同時(shí)，還要保證整個(gè)油系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。

4 等離子點(diǎn)火與微油點(diǎn)火的環(huán)保效果

按照常規(guī)的試運(yùn)方法，機(jī)組在試運(yùn)期間要長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，此期間鍋爐純燒油或油煤混燒，為避免未燃盡的油滴粘污鍋爐電除塵器的電極，電除塵器無(wú)法正常投入，大量煙塵直接排放到大氣中，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。據(jù)統(tǒng)計(jì)，300～399MW機(jī)組每次啟停煙塵排放平均為42噸。如果機(jī)組采用沒(méi)有旁路的煙氣脫硫系統(tǒng)，點(diǎn)火初期的粉塵會(huì)污染吸收塔漿液。當(dāng)然雖然投入電除塵器但未完全燃燒煤粉不可能全部收集，吸收塔漿液還是有一定的污染可能，根據(jù)運(yùn)行情況需進(jìn)行漿液部分置換。

在機(jī)組試運(yùn)期間投入等離子或微油點(diǎn)火系統(tǒng)，電除塵器可以在鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷期間正常投入，大大減少粉塵的排放，避免環(huán)境污染和引風(fēng)機(jī)磨損，給電廠帶來(lái)顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

5 等離子和微油點(diǎn)火的經(jīng)濟(jì)性比較

等離子和微油點(diǎn)火經(jīng)濟(jì)的性比較，主要從初投資與運(yùn)行和維護(hù)成本、節(jié)約費(fèi)用等方面進(jìn)行分析與比較。為了便于比較，全部按燃用煙煤的300MW機(jī)組鍋爐進(jìn)行對(duì)比。

目前一臺(tái)爐四個(gè)等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的價(jià)格約400萬(wàn)元左右，采用的微油點(diǎn)火技術(shù)與等離子系統(tǒng)功能相當(dāng)，成本約200萬(wàn)元左右（如果考慮整個(gè)油系統(tǒng)，那么投資較大）。

5.1 基建機(jī)組費(fèi)用

對(duì)于燃用易燃煤種的電廠，目前使用等離子點(diǎn)火啟動(dòng)過(guò)程中，很多電廠可以做到100%節(jié)油，而使用氣化微油點(diǎn)火技術(shù)節(jié)油率也可以達(dá)到90%以上。兩種技術(shù)的低負(fù)荷穩(wěn)燃能力都比較強(qiáng)，盡管在一些故障情況下仍需投入油槍，但節(jié)油效果依然非常明顯。

基建機(jī)組在試運(yùn)期間要經(jīng)過(guò)鍋爐吹管、整定安全閥、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、機(jī)組并網(wǎng)、電氣試驗(yàn)、鍋爐洗硅運(yùn)行、機(jī)組帶大負(fù)荷運(yùn)行等許多階段，隨著機(jī)組整體設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試水平的提高，調(diào)試用油也逐年下降，國(guó)電公司規(guī)定新建機(jī)組調(diào)試期間用油為4500～6000t?；ㄕ{(diào)試過(guò)程中等離子點(diǎn)火基本可以做到100%的節(jié)油率。微油點(diǎn)火的節(jié)油率也達(dá)到90%以上，現(xiàn)按照每臺(tái)機(jī)組節(jié)約燃油5000噸進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。

注：燃油價(jià)格按7000元/t計(jì)算；原煤價(jià)格850元/t計(jì)算；電價(jià)格為0.4元/kW·h；燃油的低位發(fā)熱量為41.8MJ/kg；燃煤的低位發(fā)熱量20.9MJ/kg；制粉單耗：20 kW·h/t

按常規(guī)方法試運(yùn)所需燃油耗費(fèi)計(jì)算：

燃油消耗：5000t

燃油耗費(fèi)：5000×7000=3500萬(wàn)元

*等離子點(diǎn)火

原煤消耗（按發(fā)熱量相等的原則）：5000×41.8／20.9＝10000噸

所需的原煤費(fèi)用：10000×850＝850萬(wàn)元

等離子燃燒器耗電：20 kW·h/t

耗電費(fèi)用：10000×(20+20)×0.4=16萬(wàn)元

燃煤的總成本為850＋16＝866萬(wàn)元

節(jié)省費(fèi)用：3500－400－866＝2234萬(wàn)元

*微油點(diǎn)火

微油點(diǎn)火技術(shù)燃油神華煤的節(jié)油率在90%以上，天津某電廠新建350MW機(jī)組，采用微油點(diǎn)火技術(shù)，建設(shè)期共耗油200噸。

燃油費(fèi)用為：150×7000=105萬(wàn)元

原煤消耗:4850×41.8／20.9=9700噸

原煤費(fèi)用：9700×850=825萬(wàn)元

耗電費(fèi)用：9700×20×0.4=7.8萬(wàn)元

節(jié)省費(fèi)用：3500-200-105-825-7.8=2362.2萬(wàn)元

5.2 機(jī)組投產(chǎn)后運(yùn)行費(fèi)用

*等離子點(diǎn)火：

單只等離子功率為110 kW·h/臺(tái)，共4臺(tái)

等離子耗電量費(fèi)用：110×4×0.4=176元/h

其它輔助設(shè)備電耗：50 kW·h

其它輔助設(shè)備電耗費(fèi)用：50×0.4＝20元

等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用：176＋20＝196元

按等離子點(diǎn)火年工作100小時(shí)計(jì)算,等離子點(diǎn)火器運(yùn)行費(fèi)用為19600元/年，冷卻水泵和風(fēng)機(jī)功率共35kW，需隨機(jī)組運(yùn)行，按利用小時(shí)5500h/a計(jì)算，除去等離子使用時(shí)間100h后，等離子備用運(yùn)行費(fèi)用為：35×5400×0.4＝75600元/a。

等離子運(yùn)行費(fèi)用為：19600＋75600＝95200元/年

*微油小油槍點(diǎn)火運(yùn)行費(fèi)用

單只微油小油槍出力為90 kg/h，共4臺(tái)

耗油費(fèi)用：90×4×7=2520元

微油小油槍每小時(shí)運(yùn)行總計(jì)費(fèi)用：2520元

按微油小油槍每年工作100小時(shí)計(jì)算,微油小油槍運(yùn)行費(fèi)用為252000元/年。

5.3 維護(hù)費(fèi)用

*等離子點(diǎn)火維護(hù)費(fèi)用：

等離子發(fā)生器工作100小時(shí)更換陰極頭，共四個(gè)，成本1000元／個(gè)。工作500小時(shí)更換陽(yáng)極頭，共四個(gè)，成本4000元／個(gè)。按等離子點(diǎn)火每年工作100小時(shí)計(jì)算,等離子點(diǎn)火器維護(hù)成本為約4000元/年。

等離子燃燒器的設(shè)計(jì)壽命一般為一個(gè)大修期，約5年，損壞的原因主要是磨損和燒損，每只的費(fèi)用約10萬(wàn)元，四只共40萬(wàn)元，平均成本80000元/a。

因此，等離子燃燒器的年平均維護(hù)成本為：84000元/a。

*小油槍維護(hù)費(fèi)用：

小油槍的日常維護(hù)費(fèi)用很低，可忽略不計(jì)，小油槍燃燒器的設(shè)計(jì)壽命和單價(jià)與等離子接近，平均成本也為80000元/年。

5.4 等離子與微油點(diǎn)火經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

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6 結(jié)論

等離子和微油點(diǎn)火的技術(shù)都已經(jīng)比較成熟，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)節(jié)約能源都有明顯的作用。綜合比較，等離子和微油點(diǎn)火都可以作為機(jī)組啟動(dòng)的點(diǎn)火手段，視電廠的具體情況來(lái)確定。因此，對(duì)新建或擴(kuò)建機(jī)組有以下建議：

6.1 對(duì)于原來(lái)有油系統(tǒng)的電廠，建議使用微油點(diǎn)火系統(tǒng)，加裝微油點(diǎn)火系統(tǒng)可以大大降低投入費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)性效益明顯。

6.2 對(duì)于新建電廠，建議使用等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，可以取消整個(gè)油系統(tǒng)，建設(shè)成本可大幅降低，為了運(yùn)行安全穩(wěn)定，設(shè)計(jì)至少兩套等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，來(lái)保證系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)無(wú)油點(diǎn)火。

[1]邊疆、薛澤海，等離子點(diǎn)火技術(shù)在天津華能楊電四期工程應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)性分析.天津市電力學(xué)會(huì)第十四界學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文集，2008年10月

[2]等離子點(diǎn)火與微油點(diǎn)火的應(yīng)用.北極星電力論壇.2009

[3]天津某2×300機(jī)組，等離子點(diǎn)火裝置的技術(shù)協(xié)議

[4]天津某2×350機(jī)組，微油點(diǎn)火裝置的技術(shù)協(xié)議