氣化微油與等離子點火穩(wěn)然技術原理及差異性比較

鄭立剛

（河北國華滄東發(fā)電有限責任公司,河北 滄州 061113）

氣化微油與等離子點火穩(wěn)然技術原理及差異性比較

鄭立剛

（河北國華滄東發(fā)電有限責任公司,河北 滄州 061113）

本文簡要介紹了氣化微油點火系統(tǒng)和等離子點火系統(tǒng)的技術原理及各自的結(jié)構(gòu)特點，并從經(jīng)濟性和技術性上對兩者進行了比較分析，對兩種穩(wěn)燃技術的優(yōu)缺點加以探討。

穩(wěn)燃技術;原理;差異;比較

1　引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國已經(jīng)成為繼美國之后的第二大石油消費國和進口國，正面臨著資源短缺特別是原油短缺的局面。開發(fā)和應用少油甚至無油的點火穩(wěn)燃技術是電站鍋爐發(fā)展的必然方向。

目前國內(nèi)電站鍋爐在應用點火穩(wěn)燃技術上主要有兩種，一種是氣化微油點火穩(wěn)然技術，一種是等離子無油點火穩(wěn)然技術。這兩種技術都可以實現(xiàn)冷爐點火并且可以在點火初期就投入電除塵，具有良好的環(huán)保效益，都可以在鍋爐低負荷狀態(tài)下進行穩(wěn)燃。

2　氣化微油技術原理及特點

2.1 氣化微油技術原理

氣化微油技術是用微量的油（15-100kg/h），通過專門設計的燃燒器，點燃大量的煤粉（2-12t/h）從而達到鍋爐冷爐氣化微油點火、低負荷穩(wěn)燃的目的。它的點火燃燒系統(tǒng)主要由氣化微油燃燒器和氣化油槍兩部分組成。

2.1.1 氣化微油燃燒原理

氣化微油燃燒是利用一次風將煤粉逐級送入，并將煤粉進行濃相和稀相分離，利用氣化后的燃燒油火焰點燃前一級的煤粉，并利用燃燒煤粉的熱量去點燃中、末級的煤粉，實現(xiàn)逐級燃燒，達到微油啟動鍋爐的目的，燃燒器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　微油燃燒器結(jié)構(gòu)圖

2.1.2 氣化微油槍工作原理

燃油在噴出前由于壓縮加熱作用已氣化，氣化的射流燃油直接燃燒，提高了燃燒效率，降低了燃燒成本。燃燒火焰的剛度強，且火焰中心溫度大于1800℃，燃燒充分。

2.2 微油系統(tǒng)

微油系統(tǒng)是從原鍋爐爐前油系統(tǒng)中引出一趟管路，經(jīng)過閥門回油調(diào)壓后，送入燃燒器各角油槍，當油壓在0.6MPa時能保持每支油槍出力在30～100kg。

2.3 控制系統(tǒng)

微油槍自身帶有火檢，可判斷著火情況。為確保系統(tǒng)安全，微油控制系統(tǒng)與DCS實現(xiàn)聯(lián)接，控制系統(tǒng)圖框及微油點火DCS畫面如圖2、圖3所示。

圖2　控制系統(tǒng)圖框

圖3　微油點火DCS畫面

2.4 微油輔助系統(tǒng)

微油系統(tǒng)還包括壓縮空氣、助燃風、一次風加熱等輔助系統(tǒng)。壓縮空氣系統(tǒng)是從鍋爐四角檢修用壓縮空氣管道接出，一方面是用來霧化燃油，一方面供吹掃用；助燃風從一次風冷風道上接出，為微油油槍提供充分燃燒的氧量，再引入燃燒器各角微油燃燒室；為使風溫滿足干燥度，在一次風加裝輔熱旁路，由輔助蒸汽提供熱源，保證鍋爐能夠冷態(tài)啟動。

2.5 氣化微油點火穩(wěn)然技術特點

氣化微油點火優(yōu)點：節(jié)約鍋爐在冷態(tài)啟動、停運、正常穩(wěn)燃的用油量，效率最高可達到95%(視鍋爐容量及煤質(zhì)情況有所變化)；煤粉燃燒初始階段燃盡率85%以上，飛灰可燃物極低；鍋爐啟停階段均可投入除塵器；氣化油槍出力范圍大約在30～100kg/h，對于600MW煙煤機組，在冷爐冷風下點火耗油量小于60kg/h；適應煤種范圍廣（褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤）；對于四角切圓、前后墻對沖以及“W”型火焰煤粉鍋爐都能實現(xiàn)氣化微油冷爐點火需求。

微油點火存在的問題：為防止燃燒過程中積粉爆燃，熱控規(guī)定“兩支微油槍同時滅火聯(lián)跳磨煤機”，因此在實際應用中，應杜絕兩支以上微油槍同時滅火或者失去火檢；在點火初始階段適當降低磨煤機入口風壓值以滿足啟動風量的要求；由于氣化油槍霧化的要求，油槍槍體濾網(wǎng)篩眼細小，對油質(zhì)清潔程度要求高。

3　等離子技術原理及特點

等離子技術原理：在強磁場作用下陰陽極產(chǎn)生電弧放電將空氣電離，并在燃燒中造成5000K以上的局部高溫，點燃稀相煤粉并迅速燃燒。等離子體內(nèi)含有大量活性粒子如原子（H、C、O）離子(O2-、H2、OH-、O-、H+)原子團（OH，H2和O2）和電子，這些活性物質(zhì)加速熱反應，促進燃料的充分燃燒。

等離子發(fā)生器由線圈、陰極、陽極組成，其中陰極材料選用高導電率的金屬材料和非金屬材料制成，陽極材料采用高導電率的、高導熱率及抗氧化的金屬材料制成。它們均采用水冷卻方式以承受高溫電弧沖擊。其引弧原理為：當陰極前進同陽極接觸后，整個系統(tǒng)具有抗短路的能力且電流恒定不變，當陰極緩慢離開陽極時，電弧在線圈磁力的作用下被拉出噴管外部，一定壓力的空氣在電弧的作用下被電離為高溫等離子體。

3.1 等離子系統(tǒng)構(gòu)成

等離子系統(tǒng)由燃煤、點火、控制三部分系統(tǒng)組成。燃煤系統(tǒng)由等離子燃燒器、風粉系統(tǒng)（磨煤機、給粉機、暖風器系統(tǒng)、一次風系統(tǒng)、風系統(tǒng)）組成；點火系統(tǒng)由點火器、電氣、空氣、冷卻系統(tǒng)組成；監(jiān)控系統(tǒng)由壁溫測量裝置和圖像火焰監(jiān)視裝置構(gòu)成。

圖4　等離子控制畫面

圖5　等離子點火系統(tǒng)圖

3.2 燃燒機理

等離子燃燒器采用了多級燃燒。煤粉首先經(jīng)一級點燃，粉量根據(jù)燃燒器的不同在500～900kg/h之間，煤粉在一級燃燒器穩(wěn)定燃燒并在出口形成二級點火源，依次逐級放大，最大可點燃12t/h的粉量。

3.3 等離子點火穩(wěn)燃技術特點

等離子點火優(yōu)點：燃燒器結(jié)構(gòu)簡單，操作控制方便，只需提供冷卻水、壓縮空氣、交流電源和煤粉，便可實現(xiàn)鍋爐少油或無油啟停和穩(wěn)燃的目的，可簡化甚至不用燃油系統(tǒng)。

在鍋爐啟動階段即可投入電除塵并可降低有害物質(zhì)氮、硫氧化物等的排放量，在環(huán)保、安全方面社會效益顯著；等離子點火煤粉燃燒器運行和維護費用低廉，僅是燃油的0%～15%左右。

等離子點火系統(tǒng)應注意的問題：為防止燃燒過程中積粉爆燃，熱控規(guī)定“兩臺等離子同時滅火聯(lián)跳磨煤機”，所以在運行中應保證兩臺以上等離子燃燒器不能同時停運或失去火檢。陰極壽命短（一般為20小時左右），在鍋爐啟停階段穩(wěn)燃需頻繁更換陰極頭；雖然采用了氣膜防結(jié)渣，但由于等離子弧溫度高，易導致燃燒室結(jié)渣。

4　氣化微油點火與等離子點火系統(tǒng)綜合比較分析

4.1 經(jīng)濟性比較

以某電廠為例，此電廠鍋爐為SG2028/25.4超臨界直流鍋爐，采用四角燃燒方式；制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機、直吹式制粉系統(tǒng)。此電廠1號鍋爐采用等離子點火技術，3號鍋爐采用微油點火技術，費用如表1所示。

表1　不同點火方式產(chǎn)生的費用

等離子點火與氣化微油點火在點火期間消耗的費用大致相同，在初期投資成本上氣化微油點火系統(tǒng)每套約240萬元左右，等離子點火系統(tǒng)每套約500萬元左右，比微油點火系統(tǒng)多投入約260萬元。

4.2 技術性差異

氣化微油點火技術和等離子點火技術差異比較如表2所示。

表2　氣化微油點火技術和等離子點火技術差異

5　結(jié)論

等離子點火系統(tǒng)在初期經(jīng)濟投入上比氣化微油點火系統(tǒng)高，在實際應用中消耗的費用大致相同，都能保證鍋爐啟停狀態(tài)下的少油穩(wěn)燃，且當燃燒器采用兩層等離子的狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)無油點火。從技術性差異比較來看，由于等離子系統(tǒng)比氣化微油點火系統(tǒng)復雜，維護量大于氣化微油點火系統(tǒng)，另一方面也由于等離子陰極頭壽命短，在鍋爐頻繁啟停或者長時間低負荷穩(wěn)燃狀態(tài)下需要經(jīng)常更換，從防止鍋爐爆燃的控制邏輯設計考慮，停爐的風險性大于氣化微油點火系統(tǒng)；從環(huán)保和節(jié)約一次能源的角度考慮，燃燒器采用兩層等離子點火系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)無油點火，不需要建立龐大復雜的燃油系統(tǒng)，優(yōu)于微油點火。

[1]龍立義，胡言文，何江波.氣化微油點火技術在600 MW超臨界機組中的應用[J].廣東電力,2007:20-10.

[2]孫超凡,王公林,劉慶鑫,于文波,葉向前,陳東,郭斌.等離子點火煤粉燃燒器技術原理及其應用研究[J].廣東電力,2005:18-1.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.010

鄭立剛,男,天津?qū)氎嫒?本科,工程師,主要從事鍋爐檢修、金屬監(jiān)督工作。