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燃煤电厂锅炉点火系统是火电厂重要的辅助系统之一,点火方式对锅炉的安全经济运行有不可忽视的作用。合理设计锅炉点火系统,不仅可以节省初投资,而且还可以节省运行电耗,提高机组的经济性。
目前,国内锅炉点火及稳燃节油技术主要有:等离子点火稳燃技术、煤粉锅炉气化小油枪点火及稳燃技术、微油(少油)冷炉点火技术等。它们共同的优点是:节能,环保;共同的目标是:在锅炉的启停及低负荷稳燃时尽可能的节约燃料油。
1 各种锅炉点火及稳燃节油技术基本原理
1.1 等离子点火稳燃技术基本原理
等离子点火装置的基本原理是以大功率电弧直接点燃煤粉(见图1-1)。等离子点火装置是利用直流电流在介质气压0.01~0.03MPa的条件下接触引弧,并在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体,该等离子体在专门设计的燃烧器的中心燃烧筒中形成温度T>5000°K,温度梯度极大的局部高温区,煤粉颗粒通过该等离子体,受到“火核”的高温作用,在10-3秒内迅速释放出挥发物,使煤粉颗粒破裂粉碎,从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行,使混合物组分的粒级发生了变化。因而使煤粉的燃烧速度加快,有助于加速煤粉的燃烧,这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。
等离子燃烧系统主要由等离子燃烧器、暖风系统、制粉及送粉系统、等离子载体和火检冷却风系统、直流供电及控制系统,辅助系统和热工监控系统等组成。
1.2 煤粉锅炉气化小油枪点火稳燃技术基本原理
锅炉气化微油点火是利用气泡雾化方式将燃油雾化成超细油滴进行燃烧,同时用燃烧产生的热量对燃油进行初期加热、扩容、后期加热,在极短的时间内完成油滴的蒸发气化,使油枪在正常燃烧过程中直接燃烧气态燃料,从而极大提高了燃油的燃烧效率及火焰温度。
根据目前采用微油点火技术的锅炉的运行情况,每台炉每只气化小油枪每小时油耗可控制在50~100kg/h以内(常规300MW锅炉大油枪每只出力约在1500~2000kg/h之间)。
1.3 微油(少油)冷炉点火技术基本原理
微油冷炉点火技术是使用微油燃烧器在特殊设计燃烧室内高强度燃烧,产生高温油火焰。高温油火焰将通过煤粉燃烧器的一次风粉加热到煤粉的燃烧温度,并将通过煤粉燃烧器的所有煤粉点燃后送入炉膛,达到点火启炉和低负荷稳燃的目的。
微油点火系统由微油煤粉燃烧器、微油油燃烧器、油配风风机及管路、气膜风管路、微油油系统管路、控制系统及辅助系统组成。
2 等离子和微油点火技术的比较
各种不同的点火技术终可以归纳为两类:第一类为无油点火技术,比如等离子点火稳燃技术,第二类为微油(少油)点火技术。下面就等离子点火稳燃技术与微油冷炉点火技术作技术经济比较分析。
2.1 燃烧器
2.1.1 等离子燃烧器具备下列性能:
1)稳定可靠地点燃煤粉,确保点火过程中不爆燃、不二次燃烧;点火过程燃烧器不结渣、不烧坏。
2)达到主燃烧器的技术性能。首先是燃烧器出口气流的动量矩基本不变和燃烧器出口流场不变,否则在正常运行中可能引起结渣、超温、燃烧效率下降等问题;第二是燃烧器结构必须简单,阻力不能太大,满足各燃烧器之间阻力匹配的要求;第三是燃烧器耐烧、耐磨,满足运行检修维护的要求。
3)燃烧器的出力可以在一定的范围内变动,能满足启动曲线的要求,同时满足作为主燃烧器时出力的要求。从大限度的节约燃油的角度考虑,在设计上该燃烧器能满足在锅炉冷态点火时投入,并满足锅炉升温升压速率要求。
4)燃烧器的外形主要尺寸与原燃烧器相同,便于燃烧器的布置和与系统的接口。
2.2 适用煤种
等离子点火稳燃技术:采用复合式等离子发生器与各型等离子燃烧器相配合已成功的点燃贫煤、劣质烟煤、烟煤和褐煤;微油冷炉点火技术:单只油燃烧器耗油量在50㎏/h~300㎏/h间,可点燃烟煤、褐煤、贫煤、无烟煤等。
2.3 点火方式
等离子点火稳燃技术:采用无油点火;微油冷炉点火技术:采用少油点火。
2.4 系统配置
等离子点火稳燃技术:需配置的系统主要由等离子燃烧器系统、暖风系统、制粉及送粉系统、等离子载体风系统、火检冷却风系统、直流供电及控制系统,辅助系统和热工监控系统(包括冷却水系统、电气系统、图像火检系统、一次风风速测量系统、控制系统与FSSS、DCS接口设计)等。
微油冷炉点火技术:需配置的系统主要由煤粉燃烧器系统、暖风系统、制粉及送粉系统、微油油燃烧器系统、油配风风机及管路系统、气膜风管路系统、微油燃油系统、控制系统,辅助系统和热工监控系统(包括电气系统、图像火检系统、一次风风速测量在线监测系统、燃烧器壁温测量在线监测系统、控制系统与FSSS、DCS接口设计)等。
2.5 燃尽度
等离子点火稳燃技术:虽然起始电弧温度较高,能直接点燃煤粉,但由于炉内热容量相对较低,故煤粉的燃尽度较差,点火初期底渣及飞灰中的含碳量较高。
微油冷炉点火技术:由于油燃烧器火焰温度高,因此,在提高燃烧区温度的同时,提高了燃料的热化学反应能力,强化了热质的交换过程,因而,在点火初期煤粉的燃尽度就较高。
飞灰取样器用于制粉系统一次风煤粉管道上,有自动煤粉取样和定期煤粉取样两种。由于磨煤和的磨损,原煤质量的变化,煤粉细度随着煤种的变化而变化,将会出现煤粉燃不尽而影响锅炉的经济运行。为了保证锅炉的经济运行,定期对煤粉细度取样检,取样检的结果作为及时调整分离器,调整折向门开度及更换磨煤机部件的依据。
飞灰取样器采用压缩空气吹扫和用抽气器抽吸取样,避免了取样口堵塞问题的出现,取样等速标准。可以得到准确的煤粉细度值。一般中速磨煤机分离器出口安装有4~8根煤管道直接通向喷燃器。每根煤粉管的煤粉细度差别较大,如对多根煤粉管道煤粉分别取样,其工作量太大,也没有必要,因为每根煤粉管的煤粉细度分配是相对固定的,存在着一种换算关系。所以只要安装在1~2根煤粉管道上的取样装置所取煤粉样的基本标定,通过换算关系,即可算出较准确的煤粉细度值。
目前,我国电厂的飞灰含碳量的取样方法基本上都采用撞击式飞灰取样器取样分析;或者采用积落取样。由于这些方法不科学,很难得到真实的标准煤样。无法确定飞灰含碳量的标准质。针对这些问题,我公司研制的新型飞灰等速取样器用于电厂锅炉尾部烟气飞灰的等速连续取样、间续取样,使飞灰含碳量得以准确的检测,为锅炉热效率的科学计算提供可靠依据,取样真实可靠,是新一代飞灰取样的设备。
2.6 应用业绩
2.6.1 飞灰取样器使用业绩
日前飞灰取样器技术已成功应用于贫煤、烟煤很多。机组容量包括了50MW~1000MW各等级的基建和改造锅炉约430台,应用该技术的机组总容量已突破180,000MW。其中基建期间实现零油耗的电厂130台,如国华锦界电厂4x600MW、华能营口电厂2×600MW、国电福州电厂2×600MW等;