電站鍋爐等離子體與氣化微油點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用研究

王永豪

（國(guó)電滎陽(yáng)煤電一體化有限公司，河南 鄭州 450000）

石油作為不可再生化石類(lèi)能源，供應(yīng)日趨緊張，同時(shí)國(guó)家對(duì)發(fā)電企業(yè)環(huán)保要求越來(lái)越高。因此，火電廠更青睞于無(wú)油等離子體點(diǎn)火或氣化微油點(diǎn)火，這不僅可使火電廠產(chǎn)生明顯節(jié)油效益，也為電廠整體環(huán)保水平的提高提供了幫助。為貫徹節(jié)能減排政策，電力行業(yè)正在積極推進(jìn)多項(xiàng)節(jié)省點(diǎn)火和助燃用油的技術(shù)，主要有以下幾類(lèi)：等離子體點(diǎn)火技術(shù)、中頻加熱點(diǎn)火技術(shù)、高溫空氣點(diǎn)火技術(shù)、小油槍點(diǎn)火技術(shù)以及微油點(diǎn)火技術(shù)。市場(chǎng)上等離子體技術(shù)發(fā)展迅速，氣化微油點(diǎn)火技術(shù)前期發(fā)展相對(duì)緩慢，后期受到等離子體點(diǎn)火技術(shù)的啟發(fā)，得到迅速發(fā)展。目前氣化微油點(diǎn)火技術(shù)，在“W”型火焰鍋爐尚處于試點(diǎn)的階段。

1 等離子點(diǎn)火技術(shù)的原理和應(yīng)用情況

等離子體點(diǎn)火原理是：利用直流電流在等離子體載體空氣中拉弧，通過(guò)強(qiáng)磁場(chǎng)控制獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，這些獲得的等離子體在專(zhuān)用燃燒器的中心燃燒筒中形成溫度梯度極大的局部高溫區(qū)，細(xì)煤粉通過(guò)該等離子體中心受到高溫炙烤作用，可以在10-3秒內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物，使細(xì)煤粉破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于該物理反應(yīng)是在載體空氣中進(jìn)行，使煤粉的粒級(jí)和成分發(fā)生變化，有助于加速煤粉的燃燒，大大地減少點(diǎn)燃煤粉所需要的引燃能量，這樣就不需要高溫能量點(diǎn)燃部分煤粉。然后，從內(nèi)向外逐級(jí)放大的方式，將整個(gè)燃燒器點(diǎn)燃，實(shí)現(xiàn)用等離子體弧直接點(diǎn)火的目的。整個(gè)等離子體系統(tǒng)由等離子體燃燒器、等離子體發(fā)生器及其輔助系統(tǒng)、冷爐制粉系統(tǒng)、 電源系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)組成，見(jiàn)圖1。

圖1 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)

自2000年9月該技術(shù)經(jīng)過(guò)國(guó)家電力公司專(zhuān)家組鑒定以來(lái)，等離子體點(diǎn)火技術(shù)在不斷完善中被廣泛應(yīng)用，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到多種不同類(lèi)型的電站鍋爐。吉林熱電廠10號(hào)、11號(hào)爐兩臺(tái)125MW機(jī)組自2003年便取消了爐前油系統(tǒng)，至今全部點(diǎn)火啟動(dòng)和低負(fù)荷穩(wěn)燃都是由等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)完成，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的等離子體點(diǎn)火無(wú)燃油機(jī)組。2006年國(guó)電東勝2×330MW、康平2×600MW機(jī)組、新疆阜康2×150MW機(jī)組經(jīng)可行性研究，采用等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)在機(jī)組設(shè)計(jì)和基建階段取消燃油系統(tǒng)?？傊入x子體點(diǎn)火技術(shù)在工程實(shí)踐中得到各燃煤鍋爐電站、電力設(shè)計(jì)院及鍋爐制造廠的認(rèn)可，等離子體點(diǎn)火技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，具備了無(wú)燃油電廠試點(diǎn)的條件，將向無(wú)燃油電廠的方向發(fā)展。

2 氣化微油點(diǎn)火技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況

氣化微油點(diǎn)火燃燒器的工作原理是：首先利用壓縮空氣巨大的內(nèi)能將燃油沖碎霧化，霧化成超細(xì)油氣進(jìn)行燃燒，同時(shí)用燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)燃料進(jìn)行預(yù)熱、擴(kuò)容、后期加熱，在極短的時(shí)間內(nèi)完成油滴的氣化，使油槍在正常燃燒過(guò)程中直接燃燒氣體燃料，從而大大提高燃燒效率及火焰溫度。微油氣化油槍燃燒形成的高溫火焰，使進(jìn)入一次室的濃相煤粉顆粒溫度急劇升高、破裂粉碎，并釋放出大量的揮發(fā)份迅速著火燃燒，然后由已著火燃燒的濃相煤粉在二次室內(nèi)與稀相煤粉混合并點(diǎn)燃稀相煤粉，實(shí)現(xiàn)了煤粉的分級(jí)燃燒，燃燒能量逐級(jí)放大，達(dá)到點(diǎn)火并加速煤粉燃燒的目的，大大減少煤粉燃燒所需引燃能量。滿(mǎn)足了鍋爐啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃的需求。系統(tǒng)由燃油系統(tǒng)、送粉系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等部分組成。

圖2 小油量氣化燃燒側(cè)向點(diǎn)燃煤粉技術(shù)原理圖

自1999年至今，氣化微油技術(shù)取得較大發(fā)展，先后有幾百臺(tái)不同形式的氣化微油燃燒器投入運(yùn)行。節(jié)油環(huán)保效益十分顯著，對(duì)于一些易于著火的煤種，節(jié)油率可達(dá)到95%以上。但在大型鍋爐軸向布置點(diǎn)火油槍的“W爐”燃燒器（劣質(zhì)貧煤和無(wú)煙煤），還有待于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)改進(jìn)。

3 等離子體與氣化微油點(diǎn)火技術(shù)的比較

3.1 煤種的適應(yīng)性

從實(shí)際應(yīng)用效果看：對(duì)于Var≤ 17%的煤種等離子點(diǎn)火很難做到無(wú)油點(diǎn)火，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)油點(diǎn)火。對(duì)于Mt≤25%，Aar≤30%的褐煤，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)油點(diǎn)火。對(duì)于劣質(zhì)貧煤和無(wú)煙煤，常規(guī)等離子點(diǎn)火在技術(shù)上有一定難度，只能采取加氧方式。

氣化微油點(diǎn)火技術(shù)實(shí)際是依靠等離子體點(diǎn)火的工程技術(shù)，將等離子體發(fā)生器轉(zhuǎn)換成了氣化油槍?zhuān)瑫r(shí)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)和增加功率。因此，氣化微油點(diǎn)火對(duì)于煤種的適應(yīng)性好于等離子體點(diǎn)火，它可以適應(yīng)于所有煙煤。對(duì)于貧煤和無(wú)煙煤，氣化完全依靠等離子體點(diǎn)火的技術(shù)有較大困難。

總的來(lái)說(shuō)，微油點(diǎn)火技術(shù)在煤種的適應(yīng)范圍上比等離子體點(diǎn)火技術(shù)要廣。但在大型機(jī)組特別是“W”型火焰鍋爐、劣質(zhì)貧煤、無(wú)煙煤的領(lǐng)域，尚待開(kāi)發(fā)。

3.2 冷爐點(diǎn)火階段

冷爐點(diǎn)火方式大致分為以下兩種：第一種，先點(diǎn)燃流量大的油槍?zhuān)焖偬岣郀t內(nèi)溫度，待鍋爐熱風(fēng)溫度可以滿(mǎn)足磨煤機(jī)正常運(yùn)行制粉后投入等離子體或氣化微油點(diǎn)火，等離子體或氣化微油點(diǎn)火成功穩(wěn)定后可以退出油槍?zhuān)坏诙N，利用鄰爐熱風(fēng)或在磨煤機(jī)入口加裝暖風(fēng)器的方式，達(dá)到磨煤機(jī)啟動(dòng)條件，此時(shí)可直接用等離子體或氣化微油點(diǎn)火啟動(dòng)。

等離子體點(diǎn)火和氣化微油點(diǎn)火兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)當(dāng)中都配有冷爐制粉系統(tǒng)，主要是在進(jìn)行改造的燃燒器所對(duì)應(yīng)磨煤機(jī)的入口安裝暖風(fēng)器。在點(diǎn)火初期，通過(guò)降低磨煤機(jī)出力和管道煤粉濃縮技術(shù)保證煤粉穩(wěn)定被點(diǎn)燃，盡可能減小機(jī)組啟動(dòng)熱負(fù)荷。鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，兩種點(diǎn)火方式均能滿(mǎn)足冷態(tài)啟動(dòng)曲線的要求。

3.3 燃燒器阻力

在“W”型火焰鍋爐進(jìn)行改造時(shí)，氣化微油點(diǎn)火技術(shù)為解決油與煤粉之間氧量供應(yīng)的問(wèn)題，點(diǎn)火用風(fēng)通過(guò)微油助燃風(fēng)系統(tǒng)送入，風(fēng)壓一般在1．5～3kPa之間，且燃燒器的有限空間內(nèi)著火氣流整體溫度很高，體積劇烈膨脹等都會(huì)導(dǎo)致燃燒器噴口的氣流速度非常高，導(dǎo)致燃7燒器阻力很大。而等離子體點(diǎn)火技術(shù)采用電弧點(diǎn)火的方式，點(diǎn)火源不需要氧氣，不會(huì)發(fā)生向煤粉搶氧的情況，因此不需送入助燃風(fēng)來(lái)保證初期的著火。同時(shí)等離子體點(diǎn)火整體輸入的熱量較小，燃燒器內(nèi)著火后的煤粉氣流速度低于氣化微油點(diǎn)火，一般不會(huì)造成煤粉送不進(jìn)的情況。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)論微油點(diǎn)火或等離子體無(wú)油點(diǎn)火，其本質(zhì)都是以煤代油完成點(diǎn)火啟動(dòng)過(guò)程并起到穩(wěn)燃作用，在沒(méi)有煤粉的情況下，都不能發(fā)揮作用。

等離子體點(diǎn)火對(duì)于煙煤、褐煤和燃用貧煤的機(jī)組上是一項(xiàng)比較成熟的無(wú)油點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)。

氣化微油點(diǎn)火技術(shù)煤質(zhì)適用范圍較廣，對(duì)于煙煤也是一項(xiàng)比較成功的點(diǎn)火技術(shù)，對(duì)煤質(zhì)要求寬泛一點(diǎn)，但對(duì)劣質(zhì)貧煤和無(wú)煙煤也無(wú)能為力，特別是600MW“W爐”微油點(diǎn)火技術(shù)還處于起步階段，在使用過(guò)程要嚴(yán)防二次燃燒等故障發(fā)生，同時(shí)不得對(duì)正常燃燒組織造成影響。為此，宜充分論證、待取得經(jīng)驗(yàn)后再推廣。

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