燕小芬

中國(guó)電建集團(tuán)江西省電力設(shè)計(jì)院有限公司 江西南昌 330000

1 等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的概述

1.1 等離子燃燒機(jī)理

等離子點(diǎn)火裝置是利用直流電流在介質(zhì)氣壓0．01-0．03MPa的條件下接觸引弧，并在強(qiáng)磁場(chǎng)控制下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在專門設(shè)計(jì)燃燒器的中心燃燒筒中形成溫度T＞5000°K，溫度梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過該等離子體，受到“火核”的高溫作用，在10-3秒內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物，使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行，使混合物組分的粒級(jí)發(fā)生了變化。因而使煤粉的燃燒速度加快，有助于加速煤粉的燃燒，進(jìn)而減少促使煤粉燃燒所需要的引燃能量[1]。

1.2 等離子燃燒器的性能

等離子點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃是通過等離子燃燒器實(shí)現(xiàn)的，其具備下列性能：

（1）穩(wěn)定可靠地點(diǎn)燃煤粉，確保點(diǎn)火過程中不爆燃、不二次燃燒；點(diǎn)火過程燃燒器不結(jié)渣、不燒壞。

（2）燃燒器的出力可在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，能滿足啟動(dòng)曲線的要求，同時(shí)滿足作為主燃燒器時(shí)出力的要求。

（3）燃燒器的外形主要尺寸與原燃燒器相同，便于燃燒器的布置和與系統(tǒng)的接口。

2 氣化小油槍點(diǎn)火及微油（少油）冷爐點(diǎn)火技術(shù)

2.1 氣化小油槍點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)

鍋爐氣化小油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)，先利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎，霧化成超細(xì)油滴進(jìn)行燃燒，同時(shí)用燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)燃料進(jìn)行初期加熱，擴(kuò)容，后期加熱，在極短的時(shí)間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)氣化，使油槍在正常燃燒過程中直接燃燒氣體燃料，從而提高燃燒效率及火焰溫度、氣化燃燒后的火焰剛性極強(qiáng)、其傳播速度極快、火焰呈完全透明狀，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)進(jìn)行直接點(diǎn)燃煤粉燃燒，從而實(shí)現(xiàn)電站鍋爐啟動(dòng)、停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃。

2.2 微油（少油）冷爐點(diǎn)火技術(shù)

單只油燃燒器從煤粉燃燒器的單側(cè)插入或兩只油燃燒器在煤粉燃燒器上對(duì)沖布置，點(diǎn)火時(shí)經(jīng)過強(qiáng)化燃燒的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)粉混合物受到高溫火焰的沖擊，揮發(fā)分迅速析出同時(shí)開始燃燒，燃燒放出大量的熱，補(bǔ)充此間消耗的熱量，并持續(xù)對(duì)一次風(fēng)粉進(jìn)行加熱，將其加熱至遠(yuǎn)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。由于煤粉在極短時(shí)間內(nèi)迅速加熱，揮發(fā)份析出量將大大高于實(shí)際揮發(fā)份含量，進(jìn)一步提高煤粉的燃燒速度，因而使煤粉燃盡率極高[2]。

3 無油電廠的設(shè)計(jì)

3.1 本工程無油電廠設(shè)計(jì)概述

（1）無油電廠定義。無油電廠是指鍋爐點(diǎn)火及穩(wěn)燃節(jié)油裝置采用等離子技術(shù)，取消常規(guī)燃油系統(tǒng)及燃油貯罐，鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃僅靠等離子裝置實(shí)現(xiàn)的電廠。

（2）無油電廠的優(yōu)點(diǎn)。取消燃油系統(tǒng)，以煤代油符合國(guó)家戰(zhàn)略能源政策，經(jīng)濟(jì)效益顯著，對(duì)電廠管理可消除燃油系統(tǒng)泄漏而時(shí)常發(fā)生的著火、設(shè)備損壞等安全隱患，減少因燃油系統(tǒng)引起的環(huán)境污染。從燃燒角度來講，無油電廠可杜絕煤油混燒引發(fā)的空預(yù)器著火、電除塵陰極積碳等事故發(fā)生，電站鍋爐在點(diǎn)火初期電除塵裝置就可投運(yùn)，可減少粉塵排放，符合國(guó)家能源環(huán)保政策。

（3）國(guó)內(nèi)零油耗電廠、無油電廠的應(yīng)用情況。據(jù)目前已投運(yùn)的采用等離子點(diǎn)火裝置實(shí)現(xiàn)無油點(diǎn)火及穩(wěn)燃電廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)電廠煤質(zhì)較好、煤源穩(wěn)定等相關(guān)條件適宜情況下，取消點(diǎn)火和穩(wěn)燃用油系統(tǒng)是可行的。本工程煤質(zhì)屬于低灰、中高全水分、高揮發(fā)分的高熱值燃煤，適于采用等離子無油點(diǎn)火方案。

3.2 適用條件

煤質(zhì)：本工程煤質(zhì)屬于低灰、中高全水分、高揮發(fā)分的高熱值燃煤。作為無油電廠的燃用煤質(zhì)是適合的。

煤源：應(yīng)確保煤源穩(wěn)定。為保證節(jié)油點(diǎn)火裝置運(yùn)行的有效性，無油電廠應(yīng)能確保燃煤煤質(zhì)穩(wěn)定性，保證啟動(dòng)階段的燃煤與設(shè)計(jì)煤質(zhì)一致。

節(jié)油裝置的設(shè)置：節(jié)油裝置的配置應(yīng)考慮備用，采用兩層或多層節(jié)油裝置，相互配合、備用，提高鍋爐點(diǎn)火安全系數(shù)，本工程采用最下面兩層等離子點(diǎn)火裝置，互為備用。

等離子燃燒器：采用四級(jí)等離子燃燒器，提高煤粉的燃盡率和鍋爐點(diǎn)火的安全性。

啟動(dòng)汽源：本工程屬于異地新建電廠，當(dāng)?shù)谝慌_(tái)機(jī)組啟動(dòng)或電廠機(jī)組全停后，機(jī)組需要啟動(dòng)冷爐制粉汽源，則啟動(dòng)鍋爐需要投運(yùn)。

3.3 技術(shù)方案

點(diǎn)火和穩(wěn)燃設(shè)備配置需要考慮備用。本工程無油電廠初步方案為在鍋爐前墻最下兩層主燃燒器位置安裝等離子體燃燒器，等離子體燃燒器布置在旋流式燃燒器的一次風(fēng)筒內(nèi)，原主燃燒器一次風(fēng)筒中心的油槍及中心風(fēng)拆除，原主燃燒器的內(nèi)二次風(fēng)和外二次風(fēng)的結(jié)構(gòu)不作修改，整個(gè)燃燒器的流場(chǎng)、燃燒組織和原燃燒器基本保持一致。在鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃期間，等離子體燃燒器具有點(diǎn)火和穩(wěn)燃功能，在鍋爐正常運(yùn)行過程中，該兩層等離子體燃燒器具有主燃燒器功能[3]。

3.4 經(jīng)濟(jì)性分析

建設(shè)無油電廠不僅符合我國(guó)的能源規(guī)劃戰(zhàn)略，與配置常規(guī)燃油系統(tǒng)采用大油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)的電廠相比，也具有良好經(jīng)濟(jì)效益。無油電廠：從項(xiàng)目建設(shè)階段初投資費(fèi)用評(píng)估，可減少燃油系統(tǒng)的相關(guān)費(fèi)用，有效降低項(xiàng)目初投資；項(xiàng)目運(yùn)行階段后，由于在常規(guī)調(diào)試運(yùn)行階段會(huì)耗用大量的燃油，取消常規(guī)油系統(tǒng)后，根據(jù)目前等離子裝置和燃油的價(jià)格水平評(píng)估，在機(jī)組正式投產(chǎn)前節(jié)約的燃油費(fèi)用基本可回收等離子裝置的投資成本，機(jī)組正式投產(chǎn)后，與配置常規(guī)燃油系統(tǒng)的電廠相比，每次啟動(dòng)節(jié)約的燃油都會(huì)產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)本工程的煤質(zhì)情況和機(jī)組容量，采用單層等離子、微油點(diǎn)火和雙層無油等離子均是可行的方案?；陔p層無油等離子方案只比單層等離子、微油點(diǎn)火方案在初投資和基建期間增加費(fèi)用288萬元，且本工程來煤品質(zhì)較好，鍋爐點(diǎn)火系統(tǒng)推薦采用雙層等離子的無油方案，能為電廠以后的運(yùn)行節(jié)約更多的燃油費(fèi)用。