越南660MW燃煤電廠采用無油點火系統(tǒng)的可行性研究

蔣方帥，于文波

越南660MW燃煤電廠采用無油點火系統(tǒng)的可行性研究

蔣方帥，于文波

（中國華電工程（集團）有限公司海外分公司，北京 100160）

越南沿海二期660MW火電項目燃煤為高揮發(fā)分煤，煤源相對穩(wěn)定。通過分析燃料的著火特性、燃盡特性及結(jié)渣特性，對該項目采用等離子體點火系統(tǒng)、取消燃油系統(tǒng)、建設(shè)無燃油電廠的可行性進行研究。經(jīng)估算，取消燃油系統(tǒng)并安裝等離子體點火系統(tǒng)后，每臺機組試運行期間可節(jié)省費用2650萬元。

燃煤電廠；等離子體點火；無油點火；著火特性

0 引言

隨著世界性的能源緊張，原油價格不斷上漲，火力發(fā)電燃油愈來愈受到限制。電站鍋爐點火和穩(wěn)燃用油量是一項重要的鍋爐運行考核指標，尋求節(jié)能環(huán)保的鍋爐運行方式是每個燃煤電站工作者都要面臨的問題。等離子體點火技術(shù)是一項煤粉鍋爐點火及穩(wěn)燃過程中以煤代油的技術(shù)，該技術(shù)具有廣泛的適用范圍，適用的典型煤種為高揮發(fā)分煙煤和褐煤。截至目前，已經(jīng)配套應(yīng)用該項技術(shù)的機組，容量等級涵蓋50～1000MW，燃燒方式包括切向燃燒直流燃燒器和墻式燃燒旋流燃燒器，制粉系統(tǒng)類型包括鋼球磨煤機中間貯倉式、雙進雙出鋼球磨煤機直吹式和中速磨煤機直吹式。

利用等離子體點火技術(shù)建設(shè)無燃油電廠，完全取消燃油系統(tǒng)，經(jīng)濟效益顯著，環(huán)保效果明顯。越南沿海燃煤電站所采用煤種為高揮發(fā)分褐煤，具有應(yīng)用等離子體點火技術(shù)實現(xiàn)無燃油點火的可能性，但需要以其二期660MW電廠為研究目標，對無油點火系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及低負荷穩(wěn)燃進行研究。

1 燃料特性

越南沿海二期2×660MW項目為超臨界機組，設(shè)計煤種、校核煤種分析見表1。該煤種是東南亞典型煤種，揮發(fā)分較高。

2 等離子體點火技術(shù)基本原理

利用直流電流電離一定壓力的氣體介質(zhì)，并在控制下獲得一定功率的直流空氣等離子體，配套設(shè)

表1 設(shè)計煤種和校核煤種的煤質(zhì)及灰成分分析

計的等離子體燃燒器利用該等離子體在中心筒中形成溫度大于5 000 K的、梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過該等離子體時受到高溫作用迅速吸熱，在極短的時間內(nèi)釋放出揮發(fā)物，使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于反應(yīng)在氣相中進行，混合物組分的粒級發(fā)生了變化，因而煤粉的燃燒速度加快，大大減少了煤粉燃燒所需要的引燃能量。此外，等離子體內(nèi)含有大量化學(xué)活性的粒子，如原子（C，H，O）、原子團（OH，H2，O2）、離子（O2-，H2-，OH-，O-，H+）和電子等，可加速熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，對點燃煤粉、強化燃燒有特別的正向效果。

3 采用等離子體點火系統(tǒng)的關(guān)鍵問題

3.1 煤質(zhì)是否適應(yīng)等離子體點火系統(tǒng)的要求

鍋爐燃料的燃燒特性是等離子體點火系統(tǒng)設(shè)計的基本依據(jù)?，F(xiàn)從煤質(zhì)的著火、燃盡和結(jié)渣3個方面，對該項目燃煤進行煤質(zhì)分析和評價。

3.1.1 燃料著火特性［1-2］

從表2可以看出：該項目設(shè)計煤種、校核煤種都屬于極易著火、易穩(wěn)定燃燒的煤種，在等離子體燃燒器設(shè)計中，使一次風(fēng)粉混合物與高溫等離子體有效接觸，即可保證煤粉的及時著火和穩(wěn)定燃燒。

表2 著火穩(wěn)燃特性判別指標

3.1.2 燃料燃盡特性［1-2］

從表3可以看出：該項目設(shè)計煤種、校核煤種都屬極易燃盡的煤種，注意控制好燃燒器的出力及風(fēng)粉濃度，即使在冷態(tài)點火也可以保證較高的燃燒效率。

表3 燃盡特性判別指標

3.1.3 燃料結(jié)渣特性［1，2］

從表4可以看出：該項目設(shè)計煤種及校核煤種結(jié)渣性均為中等。等離子體發(fā)生器采取軸向布置方式，避免燃燒器內(nèi)部出現(xiàn)回流區(qū)，適當控制等離子體燃燒器的設(shè)計出力，配合燃燒器的壁溫監(jiān)測及圖像火焰監(jiān)視裝置，可以避免燃燒器結(jié)渣現(xiàn)象的發(fā)生。

表4 結(jié)渣特性判別

綜上所述，該項目燃用煤種為易著火煤種，采取等離子體點火系統(tǒng)，可確保煤粉穩(wěn)定、高效點燃，即使鍋爐冷態(tài)點火也能保持較高的燃盡水平；煤種結(jié)渣性中等，等離子體燃燒器設(shè)計時給予考慮，可解決防結(jié)渣問題。

由以上對煤質(zhì)的分析可以看出，越南沿海二期擬建660MW燃煤機組鍋爐完全適合配套安裝等離子體點火系統(tǒng)。

3.2 等離子體燃燒器的布置與設(shè)計

等離子體燃燒器是等離子體點火系統(tǒng)的重要組成部分，需要統(tǒng)籌考慮等離子體燃燒器的布置位置、點火和穩(wěn)燃的能力以及作為主燃燒器使用時的性能要求等。等離子體燃燒器設(shè)計時考慮的因素是：在保證等離子體燃燒器可靠點燃煤粉、高效燃燒、不發(fā)生結(jié)渣的前提下，對原有燃燒系統(tǒng)的特性影響最小。

3.3 鍋爐冷態(tài)啟動時磨煤機的熱風(fēng)來源

直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐應(yīng)用等離子體點火系統(tǒng)時首先要解決的就是冷態(tài)啟動時煤粉的來源問題。根據(jù)該660MW燃煤機組燃用煤的煤質(zhì)數(shù)據(jù)，經(jīng)核算，熱風(fēng)溫度為200℃即可滿足磨煤機啟動時干燥出力的要求，采用冷風(fēng)蒸汽加熱器提供鍋爐冷態(tài)啟動時磨煤機所需熱風(fēng)較為經(jīng)濟、合理，加熱蒸汽壓力應(yīng)不低于2.5MPa（表壓）。

4 經(jīng)濟效益估計

4.1 直接經(jīng)濟效益

4.1.1 取消燃油系統(tǒng)節(jié)省投資

對660MW燃煤機組新建工程，采用等離子體點火系統(tǒng)而取消燃油系統(tǒng)后，可節(jié)省油庫、輸油系統(tǒng)設(shè)備、爐前油系統(tǒng)及油槍點火裝置、消防設(shè)施、含油廢水處理裝置等設(shè)備，以及上述設(shè)備的建筑、安裝、運行及維護費用，共計950萬元左右。

4.1.2 節(jié)約大量燃油產(chǎn)生的經(jīng)濟效益

新建機組在試運期間要經(jīng)過鍋爐吹管、整定安全閥、汽輪機沖轉(zhuǎn)、機組并網(wǎng)、電氣試驗、鍋爐洗硅運行、機組帶大負荷運行等許多階段，若采取傳統(tǒng)的油點火方式，此期間由于鍋爐無法投磨煤機或無法完全斷油運行，要耗費大量的燃油。按統(tǒng)計數(shù)據(jù)每臺機組節(jié)約燃油4000 t進行經(jīng)濟效益分析，等離子體點火系統(tǒng)投資按1000萬元計（按2層共安裝8只等離子體燃燒器計算），根據(jù)煤、油熱值相等原則，扣掉試運行期間的煤耗及電耗，試運行期間單臺鍋爐投用等離子體點火系統(tǒng)可節(jié)約投資約1 700萬元。以2臺機組為例，安裝等離子體點火系統(tǒng)并取消燃油系統(tǒng)后，試運行期間可以節(jié)省費用950+ 1700×2＝4350（萬元）。

機組正常商業(yè)運行后，根據(jù)機組的運行情況，等離子體點火系統(tǒng)還可為電廠節(jié)省燃油及相關(guān)維護費用。根據(jù)鍋爐啟、停及低負荷運行情況，預(yù)計每臺鍋爐每年可節(jié)約幾百萬元人民幣。

4.2 間接經(jīng)濟效益

電站鍋爐若采用常規(guī)的燃油點火方式，機組在試運行期間需長時間低負荷運行，此時鍋爐純燒油或油煤混燒，為防止未燃盡的油滴污染電極，鍋爐電除塵器不能正常投入，大量煙塵直接排放到大氣中，給環(huán)境帶來污染；同時，由于煙氣中含有大量的粉塵，會對鍋爐引風(fēng)機葉片造成磨損，這些均是間接的經(jīng)濟損失。

若機組配套安裝等離子體點火系統(tǒng)，在試運行期間，電除塵器可在鍋爐啟動及低負荷期間正常投入，大大減少粉塵的排放，可避免污染環(huán)境和磨損引風(fēng)機，社會效益和經(jīng)濟效益顯著。

5 結(jié)論

根據(jù)對越南沿海二期項目煤質(zhì)等資料的分析，結(jié)合目前國內(nèi)多臺無燃油電廠機組建設(shè)經(jīng)驗和機組運行狀況，研究結(jié)論如下。

（1）燃用所提供的設(shè)計煤種及校核煤種，在越南沿海二期660MW燃煤鍋爐采用等離子體點火系統(tǒng)進行鍋爐啟、停及低負荷穩(wěn)燃，徹底取消燃油系統(tǒng)，技術(shù)上是可行的。

（2）安裝等離子體點火系統(tǒng)并徹底取消燃油系統(tǒng)后，在機組基建、調(diào)試及試運期間節(jié)油效果顯著，經(jīng)濟效益及環(huán)保效果明顯。

［1］胡蔭平.電站鍋爐手冊［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［2］謝毓麟.大型煤粉鍋爐燃燒設(shè)備性能設(shè)計方法［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2002.

（本文責(zé)編：劉芳）

4.2 施工管理及工藝優(yōu)化

施工單位始終堅持“規(guī)范施工、科學(xué)管理、狠抓落實、嚴格履約”的管理理念，通過科學(xué)管理、精心組織，克服了地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、不良地質(zhì)和特殊地質(zhì)段多、施工難度和安全風(fēng)險高等困難，高標準管理、高質(zhì)量建設(shè)、高效率推進。同時，根據(jù)規(guī)范要求強化質(zhì)量管理，結(jié)合現(xiàn)場實際圍巖情況加強過程監(jiān)控，不斷優(yōu)化施工工藝確保開挖質(zhì)量，取得了滿意的開挖效果。

4.3 目標明確

在象鼻嶺水電站施工過程中，業(yè)主按照“精心管理、科學(xué)規(guī)范、安全文明、創(chuàng)新卓越”的工程建設(shè)管理方針，以爭創(chuàng)“貴州省優(yōu)質(zhì)工程，爭創(chuàng)電力優(yōu)質(zhì)工程”為目標，提高工程管理水平，規(guī)范工程建設(shè)行

TK 227.7

：B

：1674-1951（2015）03-0068-03

蔣方帥（1974—），男，山東萊蕪人，高級工程師，從事火電廠建設(shè)方面的工作（E-mail：jiangfs＠chec.com.cn）。

于文波（1967—），男，山東煙臺人，工程師，從事電力系統(tǒng)設(shè)計方面的工作（E-mail：yuwenbo＠lypower.cn）。施工單位對巖錨梁施工技術(shù)方案進行四方評審論證，不斷優(yōu)化技術(shù)方案，使方案更加科學(xué)、合理并具有可操作性，同時要求各參建方從技術(shù)交底、測量放樣、鉆孔和裝藥各工序全過程進行跟蹤檢查和驗收，落實三級質(zhì)量檢驗體系，確保各道工序嚴格按照規(guī)范和設(shè)計要求進行。

2014-08-13；

2014-11-18