趙有飛

火力發(fā)電廠鍋爐點(diǎn)火節(jié)能技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

趙有飛

（中國(guó)華電科工集團(tuán)有限公司，北京，100160）

無(wú)油點(diǎn)火可大幅改善火力發(fā)電廠鍋爐的節(jié)能性和高效性。通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際，深入探討了火力發(fā)電廠鍋爐點(diǎn)火節(jié)能技術(shù)的原理和應(yīng)用，如等離子點(diǎn)火等技術(shù)。由于目前鍋爐點(diǎn)火節(jié)能技術(shù)仍需借助煤油，不能真正實(shí)現(xiàn)無(wú)油點(diǎn)火，諸多問(wèn)題亟待解決。發(fā)電廠鍋爐點(diǎn)火需要使用節(jié)能技術(shù)，利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，對(duì)同行技術(shù)改進(jìn)有參考作用。

火力發(fā)電廠；鍋爐；點(diǎn)火節(jié)能技術(shù)；應(yīng)用；無(wú)油點(diǎn)火

引言

現(xiàn)階段，大多火力發(fā)電廠仍主要采用大油槍進(jìn)行鍋爐點(diǎn)火。據(jù)大量數(shù)據(jù)分析研究顯示:每年電力系統(tǒng)用于鍋爐調(diào)試、啟動(dòng)、助燃方面的用油量達(dá)到千萬(wàn)噸以上，在我國(guó)的總耗油量比例中超過(guò)15%。在浪費(fèi)大量燃油資源的同時(shí)，也加大了發(fā)電成本。節(jié)約煤炭資源，保護(hù)環(huán)境任務(wù)艱巨，燃煤發(fā)電作為主要能源供給模式，近年來(lái)不會(huì)發(fā)生太大改變，所以降低發(fā)電成本，減少能源浪費(fèi)是當(dāng)前亟待解決的首要問(wèn)題。

對(duì)于各火力發(fā)電廠大力推廣并采用的點(diǎn)火節(jié)能技術(shù)，本文重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行了研究。

1　點(diǎn)火節(jié)能技術(shù)原理及分類

1.1基本原理

發(fā)電廠鍋爐點(diǎn)火一般通過(guò)大油槍來(lái)啟動(dòng)，其工作原理是：首先，將爐膛加熱到一定溫度，使噴入的煤粉能夠被直接點(diǎn)燃；其次，待各項(xiàng)機(jī)組參數(shù)都能夠達(dá)到既定要求時(shí)，將煤粉投入到鍋爐內(nèi)進(jìn)行燃燒。目前火力發(fā)電廠主要采用節(jié)油點(diǎn)火器來(lái)點(diǎn)火，其中包括油燃燒器、等離子炬等，通過(guò)這些工具，可將送入燃燒器的氣流加熱到煤粉能夠燃燒的溫度，使煤粉和焦炭同時(shí)燃燒。當(dāng)燃燒器噴口形成穩(wěn)定燃燒的高溫火核時(shí)，再添加煤粉，使鍋爐能夠按照規(guī)定曲線標(biāo)準(zhǔn)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)正常發(fā)電運(yùn)行[1]。在鍋爐啟動(dòng)初期，主要采用煤粉代替油進(jìn)行點(diǎn)火。

1.2節(jié)油點(diǎn)火技術(shù)的分類

1.2.1微油氣化點(diǎn)火技術(shù)

微油氣化點(diǎn)火技術(shù)通過(guò)高能氣化油槍，將空氣壓縮到一定階段后對(duì)燃油進(jìn)行霧化，然后將其點(diǎn)燃。其中，大部分燃油將被氣化，在此狀態(tài)下進(jìn)行燃燒，形成穩(wěn)定的高溫火核。煤粉通過(guò)該高溫火核時(shí)，溫度迅速升高，著火燃燒導(dǎo)致點(diǎn)燃更多的煤粉，實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，逐級(jí)放大，最終達(dá)到點(diǎn)燃爐膛內(nèi)煤粉的目的。微油氣化點(diǎn)火技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、投資成本低。目前該技術(shù)在發(fā)電廠，尤其是在鍋爐改造過(guò)程中被大規(guī)模采用。

1.2.2等離子點(diǎn)火技術(shù)

等離子點(diǎn)火技術(shù)最大的特點(diǎn)就是不需要利用油來(lái)進(jìn)行點(diǎn)火。煤粉燃燒器的點(diǎn)火源就是高溫等離子體，其工作原理是首先將一級(jí)燃燒筒內(nèi)的氣流進(jìn)行壓縮、點(diǎn)燃，然后再點(diǎn)燃二級(jí)、三級(jí)風(fēng)粉混合物[2]。這一原理與微油氣化點(diǎn)火技術(shù)相類似，但是它們之間有一個(gè)明顯區(qū)別：等離子點(diǎn)火技術(shù)啟動(dòng)鍋爐可做到無(wú)油直接投粉，進(jìn)而大大節(jié)省了燃油耗用量。

1.2.3小油槍點(diǎn)火技術(shù)

小油槍點(diǎn)火技術(shù)最大的特點(diǎn)是將小油槍安置在煤粉燃燒器的噴口處，利用其燃燒能量來(lái)點(diǎn)燃煤粉，從而完成油煤的混合燃燒。但是，由于小油槍出力不足，所以在臨近位置需要大油槍完成助燃工作。

1.2.4少油點(diǎn)火技術(shù)

少油點(diǎn)火技術(shù)將油燃燒器通向煤粉燃燒器的中心，但需要與噴口保持一段距離。點(diǎn)火后，將煤粉燃燒器的一次風(fēng)粉經(jīng)過(guò)燃燒的油火焰，達(dá)到其最低著火溫度，使其瞬間開始燃燒，同時(shí)散發(fā)出大量熱量，然而在此基礎(chǔ)上仍需對(duì)其進(jìn)行持續(xù)加熱，直至達(dá)到某一煤種的著火溫度，使得煤炭?jī)?nèi)的顆粒能夠燃燒起來(lái)，進(jìn)而啟動(dòng)鍋爐。這種油燃燒器通常與航空發(fā)動(dòng)機(jī)采用同一配置，是一種低壓強(qiáng)制配風(fēng)油燃燒器。其主要工作原理是對(duì)配風(fēng)進(jìn)行分級(jí)，致使其發(fā)出火焰，火焰溫度通常在1 520℃左右，而中心溫度會(huì)更高一些，油的燃盡率可達(dá)99%以上[3]。

1.2.5高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)

常溫空氣經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)機(jī)的加熱器進(jìn)行加熱，將溫度上升至1 000℃左右。正是由于高溫的影響，加熱后的空氣分散出很多氧離子，這些離子足夠微小，能夠與煤粉氣流進(jìn)行換熱，使其能夠以多相燃燒的方式快速著火。點(diǎn)火后的高溫能夠提供大量熱量和氧氣，使得燃燒器正常工作。這項(xiàng)技術(shù)是在多級(jí)點(diǎn)火技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生而來(lái)的，是實(shí)現(xiàn)煤粉大量燃燒的一個(gè)主要途徑。

2　微油點(diǎn)火與等離子點(diǎn)火技術(shù)比較

微油點(diǎn)火與等離子點(diǎn)火，是目前應(yīng)用最多的兩項(xiàng)鍋爐點(diǎn)火節(jié)能技術(shù)。從投資效益的角度來(lái)看，等離子無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)更勝一籌。一般情況下，如果采用其他點(diǎn)火技術(shù)，如通過(guò)普通油槍完成點(diǎn)火，那么基建期的耗油量大約在1 200 t，按照市場(chǎng)油價(jià)5 000元/t來(lái)估算，燃油費(fèi)的總支出預(yù)計(jì)達(dá)到600萬(wàn)元左右。而若采用等離子無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)，則節(jié)省了1 200 t的油量，大幅降低了基建期成本。對(duì)于一些有基建期的發(fā)電廠來(lái)說(shuō)，在這個(gè)時(shí)期內(nèi)即可收回成本。同時(shí)，等離子無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)通常適用于新建的電廠，投資回收期短[4]。該技術(shù)對(duì)煤質(zhì)要求較高，耗電較大，陰極頭壽命短，但點(diǎn)火初期就可投運(yùn)電除塵，有利于環(huán)境保護(hù)。相比較而言，微油點(diǎn)火燃燒技術(shù)雖然系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資少，且比較適用于現(xiàn)有機(jī)組的技術(shù)更新，可以實(shí)現(xiàn)收益最大化，但點(diǎn)火初期對(duì)除塵器電極有污染。

3　點(diǎn)火節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

3.1等離子點(diǎn)火技術(shù)

隨著電力需求越來(lái)越大，以大量的基建機(jī)組還在建設(shè)在所有點(diǎn)火技術(shù)中，等離子點(diǎn)火技術(shù)的發(fā)展前景相對(duì)而言比較明朗。然而，目前暫無(wú)法實(shí)現(xiàn)冷爐冷粉點(diǎn)火的目標(biāo)，必須要在風(fēng)道口安裝一個(gè)暖風(fēng)器，先將風(fēng)進(jìn)行加熱，使溫度要達(dá)到170℃左右，進(jìn)而啟動(dòng)點(diǎn)火磨煤機(jī)。在點(diǎn)火前，要用油槍對(duì)鍋爐進(jìn)行預(yù)熱。受限于這一不足，還不能做到真正的無(wú)油點(diǎn)火，傳統(tǒng)的燃油系統(tǒng)還未真正實(shí)現(xiàn)改頭換面。當(dāng)前，各大火力發(fā)電廠提高競(jìng)爭(zhēng)力的主要方式是不斷降低成本、減少原油使用，而等離子點(diǎn)火技術(shù)成為了這些發(fā)電廠的最中意選項(xiàng)，這也造成了等離子市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大。許多專家對(duì)當(dāng)前的等離子點(diǎn)火技術(shù)開展了很多研究，也提出了許多彌補(bǔ)其不足的措施。其中，最主要的一個(gè)措施是無(wú)論啟動(dòng)是在冷態(tài)，還是溫態(tài)下，都要在達(dá)到最佳的一次風(fēng)速時(shí)增加二次風(fēng)量，使得燃燒器不會(huì)結(jié)焦，從而加強(qiáng)燃燒穩(wěn)定性。

當(dāng)前，許多企業(yè)了解并應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，包括巨化公司熱電廠、廣州恒運(yùn)熱電廠等。巨化公司熱電廠是通過(guò)增大燃燒器的風(fēng)筒截面積（增加比控制在33%左右），使燃燒器達(dá)到一定冷卻效果，同時(shí)碰口和風(fēng)筒的溫度也會(huì)隨之下降。為了進(jìn)一步避免燃燒室出現(xiàn)結(jié)焦渣情況，需割除中隔板，并在風(fēng)筒下部安裝排渣器，自動(dòng)排出焦渣，增強(qiáng)點(diǎn)火成功概率。廣州恒運(yùn)熱電廠采用一級(jí)氣膜冷卻技術(shù)，它雖是點(diǎn)火技能中的一項(xiàng)小技術(shù)，但不僅可以緩解燃燒器的燒蝕現(xiàn)象，而且煤粉貼壁流動(dòng)、掛焦的現(xiàn)象也將很少出現(xiàn)。在國(guó)際市場(chǎng)上，等離子點(diǎn)火技術(shù)也蘊(yùn)藏著巨大發(fā)展?jié)摿?。許多油量不多的國(guó)家，如南非、印度、加拿大等，都對(duì)這項(xiàng)技術(shù)有很大興趣，但由于技術(shù)發(fā)展不夠成熟，導(dǎo)致市場(chǎng)份額不高[5]。在真正實(shí)現(xiàn)無(wú)油點(diǎn)火后，其在發(fā)電市場(chǎng)上將有一片更好的前景。

3.2高溫?zé)o油點(diǎn)火技術(shù)

高溫?zé)o油點(diǎn)火技術(shù)作為一項(xiàng)新型點(diǎn)火技術(shù)在許多領(lǐng)域中有所發(fā)展，但主要是在煉鋼及化工領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。該技術(shù)在以化石燃料為主的發(fā)電站鍋爐中還處于試驗(yàn)階段，只有少數(shù)電站鍋爐采用這種技術(shù)進(jìn)行點(diǎn)火。為了能夠更好地應(yīng)用無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)，需要對(duì)當(dāng)前的點(diǎn)火技術(shù)進(jìn)行改造，其原理是對(duì)最下層的煤粉燃燒器和二次風(fēng)噴口的構(gòu)造進(jìn)行重新調(diào)整，將原來(lái)全部擺動(dòng)的整組燃燒器改成部分?jǐn)[動(dòng)，燃燒器也要替換為高溫空氣無(wú)油類型的，該技術(shù)要與PRP燃燒裝置相互結(jié)合使用，改裝后的裝置可以對(duì)一次風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱，加強(qiáng)火焰穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)煤的穩(wěn)定燃燒。

高溫點(diǎn)火技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中尚存在許多未解決的問(wèn)題和一些制約因素，其中包括：（1）煤粉在鍋爐內(nèi)燃燒的結(jié)焦問(wèn)題；（2）電熱管材料的壽命問(wèn)題。它們都在一定程度上制約了高溫點(diǎn)火技術(shù)的應(yīng)用。所以相關(guān)人員還需加大研究力度，不斷改進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)。大量研究表明，環(huán)流風(fēng)能可以對(duì)煤粉著火過(guò)程的內(nèi)壁結(jié)焦現(xiàn)象起到抑制作用。除此之外，煤粉只有在一定煤粉濃度范圍內(nèi)才會(huì)穩(wěn)定著火，如果濃度過(guò)高，會(huì)將著火的距離不斷拉大，使火勢(shì)不穩(wěn)定[6]，因此參數(shù)設(shè)定也是十分重要的，并不是所有鍋爐參數(shù)都是相同的，而是與許多因素有關(guān)，需根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)研發(fā)出循環(huán)高溫點(diǎn)火技術(shù)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較獨(dú)特，在電磁感應(yīng)下可以將空氣加熱到800～900℃以上，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐點(diǎn)火。

3.3微油點(diǎn)火燃燒技術(shù)

我國(guó)當(dāng)前對(duì)微油點(diǎn)火燃燒技術(shù)的應(yīng)用還是比較廣泛的，但總體來(lái)說(shuō)還是存在許多缺點(diǎn)，主要包括：

（1）點(diǎn)火源是在一次風(fēng)管的內(nèi)部，在燃燒的過(guò)程中不能實(shí)現(xiàn)有效控制，初期點(diǎn)火能量不足，需要借助大油槍；

（2）在冷態(tài)下啟動(dòng)，煤粉不能實(shí)現(xiàn)完全燃燒，殘留物中含碳量比較高；

（3）噴口處易發(fā)生結(jié)焦情況；

（4）油槍的油壓、空氣壓縮的壓力很難掌控在一個(gè)精確的范圍內(nèi)。

值得一提的是，昆明第二發(fā)電廠在使用這項(xiàng)技術(shù)時(shí)，針對(duì)當(dāng)前技術(shù)的不足，并結(jié)合自身具體情況，對(duì)油槍系統(tǒng)進(jìn)行了改造：

（1）將一次風(fēng)量提高至120 m3/s左右，煤粉的著火時(shí)間可以往后推移，從而減弱燃燒器附近的負(fù)荷；

（2）在供油量方面，可將燃油壓力降低至1.2 MPa，但是還要保持有一只主油槍；

（3）空氣的壓縮量也要進(jìn)行適當(dāng)控制，壓縮空氣的壓力保持在0.4 MPa左右。

（4）為了能夠使得火焰達(dá)到最合適的著火距離，以改善結(jié)焦問(wèn)題，可利用暖風(fēng)機(jī)保證出口風(fēng)溫的穩(wěn)定。

安慶皖江發(fā)電廠采取的方式則不盡相同：如通過(guò)引入熱風(fēng)的方式進(jìn)行制粉，減少對(duì)油量的使用[6]。在點(diǎn)火過(guò)程中，給煤量要控制在一個(gè)適宜范圍內(nèi)，以對(duì)氣流溫度的維持起到一定幫助作用。同時(shí)，可以采用二級(jí)過(guò)濾的方式解決燃油系統(tǒng)中的雜質(zhì)對(duì)油槍槍口的堵塞。

4　結(jié)束語(yǔ)

綜全文所述，當(dāng)前火力發(fā)電廠在點(diǎn)火技術(shù)方面，最主要的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)節(jié)能最大化。由于該技術(shù)的局限性，雖已取得良好效果，但仍有較大提升空間?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)還不甚成熟，需加強(qiáng)許多細(xì)節(jié)層面上的處理。因此，為了能夠早日研發(fā)出無(wú)油點(diǎn)火節(jié)能技術(shù)，相關(guān)技術(shù)人員要加大研究力度，逐步解決相關(guān)問(wèn)題，使點(diǎn)火技術(shù)朝著更加節(jié)能、安全的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)約燃油資源，保障人民安全，推動(dòng)電力行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

[1]王曉敏. 淺談節(jié)能降耗技術(shù)在電廠鍋爐運(yùn)行中的應(yīng)用[J]. 中國(guó)高新技術(shù)企業(yè), 2016(2): 82-83.

[2]韓晶杰. 淺談電廠鍋爐的節(jié)能現(xiàn)狀及節(jié)能降耗技術(shù)[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用, 2016(16).

[3]徐東棟. 淺談火力發(fā)電廠鍋爐節(jié)能降耗的對(duì)策及措施[J]. 山東工業(yè)技術(shù), 2015(23): 178.

[4]雒得齊. 火力發(fā)電廠鍋爐等離子點(diǎn)火改造調(diào)試分析[J]. 電子測(cè)試, 2016(5).

[5]菅富強(qiáng). 火力發(fā)電廠鍋爐等離子點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用分析[J]. 山東化工, 2015, 44(8): 113-114.

[6]于曉偉. 火力發(fā)電廠鍋爐節(jié)能對(duì)策分析[J]. 企業(yè)技術(shù)開發(fā)月刊, 2016, 35(15).

趙有飛(1980-)，男，甘肅會(huì)寧人，大學(xué)本科學(xué)歷。研究方向：火力發(fā)電廠鍋爐節(jié)能。

E-mail:zhaoyf@chec.com.cn

Review on Application of Ignition Energy Conservation Technology of Boiler in Thermal Power Plant

ZHAO You-fei
(China Huadian Engineering Co., Ltd., Beijing, 100160, China)

Realization of oil-free ignition can greatly improve energy conservation and efficiency of boiler in thermal power plant. By linking theory with practice, mechanisms and applications of ignition energy conservation technology of boiler in thermal power plant are discussed, realizing that current technology still need to employ kerosene, and thus cannot achieve realization of actual oil-free ignition in thermal power plant, implying that various problems should be solved. With the development of era, ignition technology of boiler in thermal power plant still remains to be improved, achieving energy conservation target using advanced science and technology.

Thermal Power Plant; Boiler; Ignition Energy Conservation Technology; Application; Oil-free Ignition

TK229

A

2095-8412 (2016) 05-1052-04工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新 URL: http://www.china-iti.com

10.14103/j.issn.2095-8412.2016.05.061