等離子點(diǎn)火技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐中的可行性分析

武曉俊，孫 剛，吳明鋒

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

等離子點(diǎn)火技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐中的可行性分析

武曉俊，孫 剛，吳明鋒

（國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

主要針對(duì)等離子點(diǎn)火技術(shù)在循環(huán)流化床鍋爐上的應(yīng)用以及存在的一些問題，進(jìn)行說明分析。為研究循環(huán)流化床機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供借鑒方法，以期做到更好地節(jié)能減排。

流化床鍋爐；等離子點(diǎn)火；節(jié)能減排

隨著循環(huán)流化床鍋爐的發(fā)展，流化床機(jī)組日益增多，每次啟動(dòng)和調(diào)試，都需要消耗大量的燃油。而采用等離子點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用在循環(huán)流化床鍋爐上，不但能節(jié)約調(diào)試期間的成本，也可以減少低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的助燃用油量。本文主要以300 MW循環(huán)流化床鍋爐為例，進(jìn)行分析和探討。

300 MW循環(huán)流化床鍋爐，調(diào)試期間耗油量大概在300 t左右，每次正常點(diǎn)火啟動(dòng)的耗油量均在40 t左右，不僅費(fèi)用巨大，而且造成能源浪費(fèi)。而對(duì)循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火油槍改造，采用等離子點(diǎn)火設(shè)備替代，雖然初期投資大，但從長遠(yuǎn)考慮，帶來的經(jīng)濟(jì)效益可觀。

1 采用等離子點(diǎn)火技術(shù)面臨的問題

采用等離子點(diǎn)火技術(shù)，首先面臨的是等離子燃燒所需煤粉問題。由于循環(huán)流化床鍋爐燃用的煤粒徑較大，不適合等離子點(diǎn)火。而采用等離子點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)煤粉要求嚴(yán)格，所用煤粉要有足夠的細(xì)度R90=16%，并且要求煤質(zhì)揮發(fā)分較高，Vdaf＞ 25%。為此，需為循環(huán)流化床鍋爐等離子點(diǎn)火配置制粉系統(tǒng)。

根據(jù)不同廠的情況，有兩種選擇的方案：一是設(shè)計(jì)建造制粉系統(tǒng)、磨煤機(jī)、給煤機(jī)、管路等；二是采購附近煤粉爐電廠的煤粉，采用罐車運(yùn)輸，在場內(nèi)設(shè)置煤粉倉和相應(yīng)的煤粉輸送系統(tǒng)。由于第一種方案投資大，利用率低，因而采用第二種方案，這樣可以大大節(jié)約磨煤系統(tǒng)的投資[1-2]。

2 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)替代床上油槍點(diǎn)火

a）等離子點(diǎn)火系統(tǒng)代替床上油槍，從二次風(fēng)口斜向下插入爐膛，取代原先油槍的位置，并對(duì)二次風(fēng)風(fēng)口進(jìn)行改造，滿足等離子點(diǎn)火的要求。煤粉顆粒在燃燒器內(nèi)首先進(jìn)行了吸熱裂解的變化，揮發(fā)分析出燃燒，緊接著焦炭燃燒，加熱風(fēng)煤混合物，到燃燒器出口時(shí)，溫度達(dá)到將近1 100℃。到達(dá)密相區(qū)時(shí)，由于局部溫度過高，有可能會(huì)引起結(jié)焦，應(yīng)盡可能增加周界風(fēng)或者二次風(fēng)，減小到達(dá)密相區(qū)的溫度，防止高溫結(jié)焦。

b)采用床上等離子點(diǎn)火，必須保證煤粉的燃燼率在80%以上，否則燃不燼的煤粉會(huì)進(jìn)入旋風(fēng)分離器分離，經(jīng)返料器返回到爐膛，難以控制爐膛內(nèi)床料的含碳量。

點(diǎn)火期間，按鍋爐每小時(shí)耗油量5 t計(jì)算，采用等離子點(diǎn)火，大概每小時(shí)需要10 t的煤粉，每次啟動(dòng)，按5 h考慮，逐漸積累，這樣使得物料的含碳量越來越高。而含碳量越高，當(dāng)床溫升到一定程度時(shí)，有可能引起鍋爐床料爆燃，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，可采用高揮發(fā)分的煤粉，保證煤粉的燃燼率，盡量降低爐膛內(nèi)含碳量。

3 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)替代床下油槍點(diǎn)火

a)等離子點(diǎn)火系統(tǒng)代替床下點(diǎn)火油槍，在原先的油槍位置進(jìn)行改造，滿足床下等離子煤粉燃燒器的燃燒，同時(shí)對(duì)點(diǎn)火風(fēng)道進(jìn)行改造。采用床下點(diǎn)火，在滿足爐膛溫升的情況下，須嚴(yán)格控制燃燒器出口溫度，控制在850℃以下，如控制不當(dāng)，不僅會(huì)燒壞點(diǎn)火風(fēng)道，同時(shí)也可能燒壞點(diǎn)火風(fēng)道與水冷風(fēng)室之間的膨脹節(jié)。風(fēng)道改造如圖1所示[3-4]。

圖1 點(diǎn)火風(fēng)道改造

在正常運(yùn)行中，可調(diào)節(jié)閥門（4） 為開啟狀態(tài)；鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)，閥門開度控制在30%～40%，減小通過等離子點(diǎn)火器（2）的風(fēng)量。使得部分一次風(fēng)提前分離進(jìn)入水冷風(fēng)室，與煤粉著火后的煙氣混合，混合點(diǎn)位于等離子點(diǎn)火器著火點(diǎn)之后，這樣既保證了著火，又滿足鍋爐的最低臨界流化風(fēng)量。

b） 由于等離子燃燒器要求煤粉細(xì)度 R90＜ 18%，而風(fēng)帽小孔直徑一般在2 cm左右，因此不會(huì)發(fā)生堵塞風(fēng)帽的情況。

c)采用床下點(diǎn)火，水冷風(fēng)室積灰，需要在床下水冷風(fēng)室內(nèi)，設(shè)置漏灰斗。按每小時(shí)耗煤量10 t計(jì)算，煤質(zhì)灰分40%，燃燼率為80%，則水冷風(fēng)室內(nèi)灰渣量每小時(shí)為5.2 t。而每次點(diǎn)火，大概需要5 h的升溫時(shí)間，所以總的灰渣量為26 t。

水冷風(fēng)室布風(fēng)板面積為130 m2，水冷風(fēng)室容積為500 m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于點(diǎn)火初期的灰渣累積量，足夠整個(gè)點(diǎn)火期間灰渣的存放。可在水冷風(fēng)室下端或者根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置3到5個(gè)漏灰斗，以及點(diǎn)火風(fēng)道的兩側(cè)，各設(shè)置1個(gè)漏灰斗，通過壓縮空氣可將排出的積灰排入灰場。

d)采用床下等離子點(diǎn)火，同樣必須保證煤粉的燃燼率在80%以上，防止風(fēng)道內(nèi)爆燃，可采用高揮發(fā)分的煤種，保證煤粉的燃燼率。

4 結(jié)論

本文對(duì)循環(huán)流化床鍋爐等離子點(diǎn)火進(jìn)行了分析，得出：等離子點(diǎn)火運(yùn)用于流化床鍋爐具有一定的可行性，可以實(shí)現(xiàn)無油點(diǎn)火，經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效果顯著。并針對(duì)可能發(fā)生的問題，提出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

[1] 張?jiān)龇?論王坪電廠改造等離子點(diǎn)火的可行性 [J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2012（5）：10-12.

[2] 邰翔.循環(huán)流化床鍋爐下等離子體點(diǎn)火的特性研究 [D].北京：北京交通大學(xué)，2011.

[3] 夏傳弟.關(guān)于循環(huán)流化床鍋爐等離子點(diǎn)火可行性的研討 [J].科技與創(chuàng)新，2014（7）：22-23.

[4] 程昌業(yè)，王新光，王曉建，等.循環(huán)流化床鍋爐應(yīng)用等離子體無油點(diǎn)火技術(shù)的方案分析 [J].電力技術(shù)，2010（6）：6-10.

Feasibility Analysis of the App lication of Plasma Ignition Technology in Circulating Fluidized Bed Boiler

WU Xiaojun,SUN Gang,WU M ingfeng

（State Grid Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan,Shanxi 030001,China)

This papermainly discusses the application of plasma ignition technology in circulating fluidized bed boiler.Some problems are analyzed,which could provide reference for the economic operation of CFB boiler so as to better save energy and reduce emission.

CFBboiler;Plasma ignition;energy savingand emission reduction

TP273

B

1671-0320（2016）05-0049-02

2016-07-04，

2016-08-12

武曉?。?984），男，山西文水人，2010年畢業(yè)于華北電力大學(xué)工程熱物理專業(yè)，碩士，工程師，從事鍋爐調(diào)試及優(yōu)化運(yùn)行工作；

孫 剛（1984），男，山西忻州人，2010年畢業(yè)于華北電力大學(xué)熱能工程專業(yè)，碩士，工程師，從事信息安全工作；

吳明鋒（1985），女，浙江湖州人，2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué)英語專業(yè)，碩士，工程師，從事電力科技試驗(yàn)查新工作。