關(guān)于鍋爐點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的討論

劉巍

【摘要】鍋爐最低負(fù)荷主要取決于燃燒穩(wěn)定性。根據(jù)國家能源局對火電靈活性改造的要求及集團(tuán)公司的相關(guān)要求，實(shí)施靈活性改造后，機(jī)組深度調(diào)峰能力需達(dá)到30%負(fù)荷以下，原則上要達(dá)到25%負(fù)荷。論文主要是保證該電廠1號鍋爐在冷爐點(diǎn)火時(shí)不投或少投大油槍，節(jié)約大量燃油，在最低穩(wěn)燃負(fù)荷（130MW）以下助燃時(shí)保證鍋爐穩(wěn)定燃燒，且不對尾部脫硝、空預(yù)器、電除塵及脫硫等系統(tǒng)造成不利影響。

【Abstract】Boiler minimum load mainly depends on combustion stability. According to the requirements of the national energy administration on the flexible transformation of thermal power and the relevant requirements of the group company， after the implementation of the flexible transformation， the unit's deep peak-shifting capacity should be less than 30% of the load， in principle， to reach 25% of the load. The main purpose of this paper is to ensure that the No.1 boiler of this power plant does not throw large oil gun or less during the ignition of cold furnace， which can save a lot of fuel oil and ensure the stable combustion of the boiler when the lowest stable combustion load （130MW） is lower than the combustion， and does not cause adverse effects on the denitration of the tail， air preheater， electric dust removal and desulfurization systems.

【關(guān)鍵詞】穩(wěn)燃;等離子點(diǎn)火;富氧少油點(diǎn)火;富氧等離子點(diǎn)火

【Keywords】stable combustion; plasma ignition; ignition with oxygen and less oil; oxygen-rich plasma ignition

【中圖分類號】TM621 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）01-0192-02

1 某電廠穩(wěn)燃系統(tǒng)現(xiàn)狀及分析

某電廠1號鍋爐設(shè)計(jì)煤種和目前燃用煤種均為貧煤（干燥無灰基揮發(fā)份僅為19%左右），對該電廠1號機(jī)組進(jìn)行的低負(fù)荷運(yùn)行試驗(yàn)的結(jié)果表明，1號機(jī)組在140MW負(fù)荷以上脫硝系統(tǒng)入口煙溫大于催化劑最低許用溫度（320℃）低負(fù)荷（130MW以下）運(yùn)行須投用少油點(diǎn)火系統(tǒng)穩(wěn)燃（低負(fù)荷下長時(shí)間投用少油對尾部脫硝、電除塵及脫硫等系統(tǒng)的影響未進(jìn)行驗(yàn)證）。

為了提高機(jī)組運(yùn)行靈活性，增強(qiáng)機(jī)組靈活啟停及低負(fù)荷穩(wěn)燃、運(yùn)行能力，須增設(shè)一套點(diǎn)火及穩(wěn)燃系統(tǒng)，與現(xiàn)有少油點(diǎn)火及穩(wěn)燃系統(tǒng)互為備用，當(dāng)C層系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，新增的一套點(diǎn)火、穩(wěn)燃系統(tǒng)可及時(shí)投入，避免機(jī)組無法按時(shí)啟動(dòng)或非停，而且一定程度上可以減少耗油量。

2 火力發(fā)電廠的三種穩(wěn)燃技術(shù)

2.1 大功率等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)

等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的原理是利用直流電將以載體風(fēng)為介質(zhì)的氣體電離，產(chǎn)生功率穩(wěn)定、定向流動(dòng)的直流空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的一級燃燒筒中形成溫度大于4000K、梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過該等離子“火核”受到高溫作用，能在3～10s內(nèi)迅速釋放出大量揮發(fā)份，同時(shí)也使煤粉顆粒破裂粉碎。揮發(fā)份迅速燃燒釋放熱量，從而使煤粉碳顆粒著火燃燒。

與傳統(tǒng)的煤粉燃燒器不同，等離子點(diǎn)火燃燒器是借助等離子發(fā)生器產(chǎn)生的高溫等離子體來點(diǎn)燃煤粉的，屬內(nèi)燃型燃燒器。等離子點(diǎn)火燃燒器在煤粉進(jìn)入燃燒器的初始階段就用高溫等離子體將煤粉點(diǎn)燃：在建立一級點(diǎn)火燃燒過程中，將經(jīng)過濃縮的煤粉送入等離子體高溫火核中心區(qū)域，高溫等離子體同濃煤粉混合，伴隨的熱化學(xué)反應(yīng)過程，提高煤粉釋放的揮發(fā)份的含量，強(qiáng)化了燃燒過程;后續(xù)的煤粉在燃燒器內(nèi)分級被點(diǎn)燃、火焰逐級放大，可在燃燒器噴嘴處形成3～5m長的火焰（與給粉量有關(guān)）。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)如圖1所示。

鍋爐大功率等離子體點(diǎn)火穩(wěn)燃節(jié)油技術(shù)改造以后，預(yù)期：①通過冷爐熱一次風(fēng)送粉，減少鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)耗油。②機(jī)組深度調(diào)峰低負(fù)荷助燃時(shí)節(jié)約燃油。③減少油污產(chǎn)生，對鍋爐尾部受熱面、脫硝、除塵器及脫硫漿液不會(huì)造成污染，可以在點(diǎn)火初期就投入除塵器等環(huán)保設(shè)備。另外，由于減少油槍的投入數(shù)量和時(shí)間，減少耗油量，不但可以達(dá)到節(jié)省燃油消耗的目的，而且可在一定程度上有效解決未燃盡油污對脫硝、除塵、脫硫等設(shè)備的污染，增強(qiáng)鍋爐運(yùn)行的安全性。

2.2 富氧少油點(diǎn)火技術(shù)

少油點(diǎn)火技術(shù)的原理：在距煤粉燃燒器噴口前一定距離一次風(fēng)管的中心插入油燃燒器，點(diǎn)火時(shí)由油燃燒器產(chǎn)生的高溫油火焰將通過煤粉燃燒器的一次風(fēng)粉瞬間加熱到煤粉的著火溫度，一次風(fēng)粉混合物受到高溫油火焰的沖擊，揮發(fā)份迅速析出同時(shí)開始燃燒，揮發(fā)份的燃燒放出大量的熱，補(bǔ)充了此間消耗的熱量，并持續(xù)對一次風(fēng)粉進(jìn)行加熱，將其加熱至高于該煤種的著火溫度，從而使煤粉中的碳顆粒開始燃燒，形成高溫火炬噴入爐膛[1]。該油燃燒器是由航空發(fā)動(dòng)機(jī)的高壓強(qiáng)制配風(fēng)油燃燒器發(fā)展而來的低壓強(qiáng)制配風(fēng)油燃燒器，通過分級強(qiáng)制配風(fēng)使其發(fā)出高溫火焰，火焰表面溫度測定為1520℃，中心溫度不低于1800℃，油燃盡率99%以上。油燃燒器出力范圍在20～400kg/h。

根據(jù)該電廠1號鍋爐的實(shí)際情況，考慮在鍋爐A層配套安裝富氧少油點(diǎn)火燃燒器。富氧少油點(diǎn)火系統(tǒng)如圖2所示。富氧少油點(diǎn)火系統(tǒng)包括氧站、富氧煤粉燃燒器、富氧油燃燒器、氧氣輸送管路系統(tǒng)、燃油及吹掃系統(tǒng)、燃燒器壁溫在線監(jiān)測系統(tǒng)、一次風(fēng)速在線監(jiān)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、冷爐啟磨系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。

富氧少油點(diǎn)火技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：

①可以在很大程度上解決點(diǎn)火初期燃盡率偏低和劣質(zhì)煤點(diǎn)火的問題。②對于劣質(zhì)煤的點(diǎn)火，加入局部富氧空氣，能降低其著火溫度，同時(shí)促進(jìn)揮發(fā)份和焦炭的燃燒。對劣質(zhì)煤尤其是無煙煤點(diǎn)火，通過富氧技術(shù)的應(yīng)用，可以進(jìn)一步降低啟動(dòng)油槍的出力，使其更容易燃盡。③局部富氧還能進(jìn)一步促進(jìn)小油槍的燃燒，產(chǎn)生更高溫度的火焰，強(qiáng)化點(diǎn)火能力。④在需要低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)，可以首先通過加入富氧來支持燃燒穩(wěn)定，極大地降低穩(wěn)燃油耗。⑤初期投資較少，節(jié)油效果顯著，運(yùn)行維護(hù)方便。富氧少油點(diǎn)火技術(shù)的缺點(diǎn)是需要增加氧站及氧氣輸送管道，仍然需要一定的燃油，安全性方面不及等離子點(diǎn)火技術(shù)。

2.3 富氧等離子點(diǎn)火技術(shù)

富氧等離子點(diǎn)火技術(shù)是富氧燃燒技術(shù)與傳統(tǒng)的等離子體點(diǎn)火技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，即根據(jù)裕華熱電煤種揮發(fā)份偏低的實(shí)際情況，不但提高等離子點(diǎn)火功率，而且在等離子體點(diǎn)燃煤粉的過程中，適當(dāng)位置加入強(qiáng)助燃劑——純氧，可以極大地改善點(diǎn)火效果，拓展等離子體點(diǎn)火對煤質(zhì)、運(yùn)行參數(shù)的適應(yīng)性[2]。

富氧等離子點(diǎn)火技術(shù)正是利用了純氧的強(qiáng)助燃特性，在等離子體點(diǎn)火燃燒器的分級燃燒室內(nèi)噴入純氧，噴氧管呈環(huán)形對稱布置，每一支噴氧管在局部都會(huì)形成一個(gè)劇烈燃燒的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)不僅僅揮發(fā)份參與燃燒，焦炭也在短時(shí)間內(nèi)燃燒并釋放出更多的熱量，可以認(rèn)為每一個(gè)噴氧管相當(dāng)于一個(gè)點(diǎn)火源，大大提升了等離子體燃燒器的點(diǎn)火能力，并提高了鍋爐啟動(dòng)初期煤粉燃燒效率，降低了未燃盡煤粉在尾部煙道和空預(yù)器發(fā)生二次燃燒的可能性。

富氧等離子點(diǎn)火技術(shù)的氧氣來源于液態(tài)氧氣化，系統(tǒng)主要包括液氧罐、氣化器、氧氣輸送管路、壓力變送器、閥門（關(guān)斷閥、逆止閥、安全閥及就地氧氣分支的閥門、儀表組件等）。依據(jù)該電廠的實(shí)際情況，可將A層共4只主煤粉燃燒器改造成富氧等離子點(diǎn)火燃燒器，并布置相應(yīng)的氧氣系統(tǒng)。富氧等離子點(diǎn)火燃燒器示意圖如圖3所示。

新型富氧等離子點(diǎn)火燃燒器，采用兩級加氧助燃，設(shè)計(jì)等離子發(fā)生器功率調(diào)節(jié)范圍為120～200kW，煤種的適應(yīng)能力大大增強(qiáng)[3]。該技術(shù)可穩(wěn)定點(diǎn)燃Aad≤40%，Vdaf≥16%的貧煤或劣質(zhì)煙煤。同時(shí)，新燃燒器在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化，防結(jié)渣及抗磨損能力進(jìn)一步提升。由于氧氣系統(tǒng)始終處于待壓狀態(tài)，能滿足鍋爐隨時(shí)點(diǎn)火和穩(wěn)燃需要，富氧助燃還可以根據(jù)煤質(zhì)變化調(diào)整氧量，在低負(fù)荷穩(wěn)燃階段可以采用只投用富氧不投用等子的方式助燃，運(yùn)行方便靈活，適應(yīng)范圍寬，改造后將大大提高機(jī)組運(yùn)行靈活性。

3 結(jié)語

針對該電廠1號鍋爐的實(shí)際情況及燃用煤質(zhì)的情況，大功率等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)、富氧少油點(diǎn)火技術(shù)和富氧等離子技術(shù)三種方案在技術(shù)上均是成熟可行。

【參考文獻(xiàn)】

【1】國能綜電力[2016]397號.關(guān)于下達(dá)火電靈活性改造試點(diǎn)項(xiàng)目的通知[Z].

【2】GB 50030—2013氧氣站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【3】GB 13223—2011火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].