浅谈大容量燃煤电厂节油点火系统选择

于洪涛 杨俊波 高振宝

山东电力工程咨询院有限公司 山东 济南 250013

0 前言

长期以来，火力发电机组锅炉在启停及低负荷稳燃阶段消耗大量的燃油。随着国际原油价格的不断上涨，减少锅炉启动及低负荷稳燃用油以降低发电成本，提高竞争力，已成为发电企业迫在眉睫的问题。因此，节约和替代燃料油，对缓解石油供需矛盾，保障国家经济安全，具有重大的战略意义。

山东地区某工程1000MW超超临界机组锅炉燃用神府东胜烟煤，采用中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统，拟设置节油点火系统以减少燃油使用，节约投资。本文通过对两种主要的节油点火技术的综合比较，提出了推荐意见。通过合理设计点火及助燃油系统，不仅可以节省初投资，而且还可以降低运行油耗和电耗，提高机组的经济性。

1 锅炉节油点火技术基本原理

目前，国内各种不同的电站锅炉节油及稳燃点火技术可以归纳为两类：第一类为无油点火技术，如等离子点火稳燃技术，第二类为少油点火技术，如微油点火技术。下面分别对等离子点火和微油点火技术的原理进行介绍。

1.1 等离子点火技术基本原理

等离子点火装置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5000～10000K，温度梯度极大的局部高温区。当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，这样就大大地减少了促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。等离子体内含有的大量化学活性粒子可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。

1.2 微油点火技术基本原理

微油点火技术是以常用的高能点火器点燃微油枪，用微油枪点燃煤粉气流，以煤粉气流的火焰代替大油枪的火焰，达到以煤代油的目的。该技术先利用压缩空气的高速射流将燃料油直接击碎，雾化成超细油滴进行燃烧，同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热、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体燃料，从而大大提高燃烧效率及火焰温度。气化燃烧后的火焰刚性极强、其传播速度极快（超过声速）、火焰呈完全透明状（根部为蓝色，中间及尾部为透明白色），火焰中心温度高达1500～2000℃，可作为高温火核在煤粉燃烧器内进行直接点燃煤粉燃烧，从而实现电站锅炉启动、停止以及低负荷稳燃。

2 等离子点火技术与微油点火技术的技术经济比较

对1000MW燃煤机组，等离子点火及微油点火技术目前均已有运行业绩。下面就等离子点火技术与微油点火技术进行技术经济比较分析，从而为技术方案的选择提供参考。

2.1 燃烧器

2.1.1 等离子燃烧器的特点

（1）能够稳定可靠地点燃煤粉，点火过程中不爆燃、不二次燃烧，燃烧器不结渣、不烧坏。

（2）能够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；第二是燃烧器结构简单，阻力不大，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，能够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。

（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。

（5）可以克服投油点火不能投电除尘的环保问题，消除因燃油系统造成的安全隐患。

2.1.2 微油点火燃烧器的特点

（1）油燃烧器火焰采用中心、单侧或对冲式布置，为煤粉的湍流燃烧提供有利条件。由于油燃烧器火焰温度高达1800℃，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率就高达90%～95%。

（2）所设置的气膜风冷却了煤粉燃烧器的内外壁面，并在煤粉燃烧器内形成了一个完整的气膜保护层，避免了结渣和烧蚀，降低磨损。

（3）对风粉浓度无要求，风粉浓度完全根据锅炉升温升压需要进行调节。

（4）单只油燃烧器容量在20kg/h～300kg/h间，可点燃烟煤、褐煤、贫煤、无烟煤等，基本满足国内电站各煤种的需要。

（5）油燃烧器的燃尽率高达99%以上，具备投运电除尘设备的工况条件，具有环保效益。

（6）系统自身能耗小、结构简单、现场维护工作量小、运行费用低。

（7）油枪和点火枪不在高温区工作，所以位置固定不变，不需要设推进装置，油枪亦无需吹扫。

2.2 适用煤种

2.2.1 等离子点火技术可成功点燃贫煤、劣质烟煤、烟煤和褐煤。

2.2.2 微油点火技术可点燃烟煤、褐煤、贫煤、无烟煤等。

2.3 点火方式

等离子点火技术为无油点火，微油点火技术采用无油点火。

2.4 系统配置

2.4.1 等离子点火技术：主要有等离子燃烧器系统、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等。

2.4.2 微油点火技术：主要有煤粉燃烧器系统、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等。

2.5 燃尽度

2.5.1 等离子点火技术：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，底渣及飞灰中的含碳量较高。

2.5.2 微油点火技术：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。

2.6 冷态启动时的煤粉来源

目前等离子燃烧装置以及微油点火技术尚不能在冷炉条件下用冷风制粉直接点燃冷粉，对于采用中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统通常要求磨煤机出口的一次风温度达到70℃左右。因此首先要解决的是为节油点火装置提供满足细度、浓度和湿度要求的煤粉。要实现冷态启动磨煤机制粉最主要的是解决热风来源问题，可以采用增加辅助加热系统的方法来提供热风。点火初期启动磨煤机的热风可以采用以下两种方案。

2.6.1 采用风道燃烧器加热一次风进行热风冷炉制粉

在热一次风一侧母管上安装风道燃烧器加热一次风，安装位置在一次风母管弯头处，沿宽度方向布置两台油燃烧器，燃烧器出口安装火焰保护衬管，既可保护火焰不被强大的一次风吹熄，又可将火焰包络在衬管内，以免风道壁过热。燃烧器供风采用单独的增压风机，同时将冷一次风接至燃烧器入口，待风道燃烧器停用时冷却燃烧器管道及油枪。燃油从炉体附近燃油母管接出引至燃烧器前，同时吹扫蒸汽引至燃烧器以吹扫油枪。

2.6.2 采用蒸汽加热器加热一次风进行热风冷炉制粉

冷风蒸汽加热器有多种布置方式，以在主风道中设暖风器并增加暖风器空气旁路为例。加热器设计的进口空气温度为30℃，用于加热的辅助蒸汽参数为约0.8～1.3MPa，300～350℃。出口可加热至180～200℃。

2.7 应用业绩

2.7.1 等离子点火技术的应用业绩

目前，等离子点火及稳燃技术已成功应用于除无烟煤之外其他各类煤种，各种燃烧方式和制粉系统的锅炉。在1000MW机组已经采用等离子燃烧技术的有华能玉环电厂、国电泰州电厂一期、国电北仑电厂三期、大唐国际潮州电厂，浙能国华北仑电厂等。

2.7.2 微油点火技术的应用业绩

微油点火技术应用范围基本覆盖含无烟煤在内的各煤种，目前已在绥中电厂二期、国投北疆电厂、常熟电厂扩建工程等1000MW机组上投入使用。

2.8 耗油量

2.8.1 等离子点火技术

从目前已投运的采用等离子点火稳燃技术的600MW机组来看，不同电厂及机组的所耗油量不尽相同。镇江电厂#5机组从冲管、设备调试、机组168h试运至正常运行耗油量为300多吨；#6机组同期的耗油量仅20多吨。2005年8月，广东台山电厂＃3锅炉成功使用等离子点火技术实现了零油耗。

2.8.2 微油点火技术

微油点火技术不论在锅炉启动、调试、点火及稳燃等各阶段，必须投油燃烧。大唐珲春电厂二期工程2×300MW机组#4锅炉管路吹扫阶段，从锅炉点火到管路吹扫结束，机组共耗油35吨。温州电厂#5炉300MW机组大修后启动过程中累计使用微油点火68小时，耗油16吨。

2.9 经济效益比较

汽轮发电机组在试运期间要经过锅炉酸洗、吹管、整定安全阀、汽机冲转、机组并网、电气试验、带负荷、机组带满负荷168h试运行等许多阶段，此期间要耗费大量的燃油。根据中电联文件（中电联技经［2007］7号）《关于调整和修改火力发电厂工程基建阶段燃油和蒸汽用量标准及其计算公式的通知》的规定，第一台1000MW超超临界机组在锅炉本体各项试验、酸洗加上汽轮发电机组空负荷试运、吹管期间燃油消耗的标准定量为6882吨。

2.9.1 等离子点火经济效益分析

2.9.1.1 直接经济效益

如果在试运期间投入等离子点火系统，将可使整个试运期间的燃油消耗控制在700吨以内，比常规点火方式节约燃油费用2982.6万元左右。经济效益的初步估算如下：

机组按常规方法试运所需燃油耗费计算：

燃油消耗：6882吨，

燃油价格：0.825万元/吨，

燃油耗费：0.825×6882=5677.65（万元）。

机组采用等离子点火装置进行试运所需费用计算：

从微观经济主体企业的角度来讲，中美贸易摩擦鞭策江苏省企业寻求其他国家的商业合作伙伴，同时也开始意识到独立研发、技术创新、专利保护、增强维权意识、寻求法律援助和提高员工法律素质的重要性。也就是说，中美贸易摩擦也使得企业开始自我反思，并且要求企业及时做出相应措施来积极面对此次贸易摩擦，这对于企业来说，可以更好地定位自我、完善自己，所以这次贸易摩擦也是一次对江苏省企业的考验。

（1）燃油耗费

燃油消耗：按700吨计算，

燃油价格：0.825万元/吨，

燃油耗费：0.825×700=577.5万元。

（2）原煤耗费

0#轻柴油的参考低位发热量为4.18×104kJ/kg，参考工程设计煤种低位发热量为21670kJ/kg，原煤参考价格为850元/吨，节约燃油数量为6182吨/台炉。则按发热量相等的原则所需的原煤费用为：

（4.18×104×6182）÷21670×850/104＝1013.6万元。

（3）耗电费用

设计煤种发热量：21670 kJ/kg，

原煤消耗：（4.18×104×6182）÷21670＝11925 吨，

制粉单耗：10kW·h/t，

等离子燃烧器耗电：20 kW·h/t，

厂用电参考价格：0.306元/kW·h，

耗电费用：11925×（20+10）×0.306/104=10.95万元，

（4）工程及设备费用：～990万元，

（5）等离子阴极等消耗费用估计为3万元，

（6）其它相关设备的费用：～100万元，

其它费用包括增加的动力电缆、管道等辅助材料，以及设备安装等费用。

单台机组在试运期间投用等离子点火装置可为电厂节约投资：5677.65－577.5－1013.6－10.95－990－3－100＝2982.6万元。

2.9.1.2 间接经济效益

按照常规的试运方式，机组在试运期间机组起停次数多，并长时间低负荷运行，此期间锅炉纯烧油或油煤混烧，为避免未燃尽的油滴粘污电极，静电除尘器无法正常投入，大量烟尘直接排放到大气中，给环境带来严重的污染；并加大了引风机的磨损。在机组试运期间投入等离子煤粉点火系统，静电除尘器可以在锅炉启动及低负荷期间正常投入，大大减少粉尘的排放，带来显著的社会效益和经济效益。

2.9.2 微油点火技术经济效益分析

2.9.2.1 直接经济效益

如果在机组试运初期投入微油点火系统，将可以使整个试运期间的燃油消耗控制在700吨以内，比常规点火方式节约燃油费用3311.1万元左右。

机组按常规方法试运所需燃油耗费计算：

燃油消耗：6882吨，

燃油价格：0.825万元/吨，

燃油耗费：0.825×6882=5677.65（万元）。

机组改装微油点火装置进行试运所需费用计算：

（1）燃油耗费

燃油消耗：按700吨计算，

燃油价格：0.825万元/吨，

燃油耗费：0.825×700=577.5万元。

（2）原煤耗费

燃油的低位发热量为4.18×104kJ/kg，设计煤种低位发热量为21670 kJ/kg，原煤价格为850元/吨，节约燃油数量为6182吨/台炉。则按发热量相等的原则所需的原煤费用为：

（4.18×104×6182）÷21670×850/104＝1013.6万元。

（3）耗电费用

设计煤种发热量：21670kJ/kg，

原煤消耗：（4.18×104×6182）÷21670＝11925 吨，

制粉单耗：10kW·h/t，

微油燃烧耗电：5 kW·h/t，

上网参考电价为0.306元/kW·h，

耗电费用：11925×（10+5）×0.306/104=5.47万元。

（4）设备费用（估算）：～770万元，

每台机组试运期间投用微油点火装置可为电厂节约投资：5677.65–577.5–1013.6–5.47–770＝3311.1万元。

2.9.2.2 间接经济效益

与采用等离子点火系统相同，在机组试运期间投入微油燃烧煤粉点火系统亦可避免环境污染并带来显著的社会效益和经济效益。

3 结束语

从上述分析比较可以如下结论，

（1）等离子点火稳燃技术采用无油点火技术，随着等离子点火稳燃技术的不断发展，目前已经在多个工程实现电厂锅炉在启动、调试、点火及稳燃全过程的零油耗。但其对挥发分较低的煤种不宜点燃，煤粉的燃尽度较差，底渣及飞灰中的含碳量较高。微油点火技术采用的是小油枪点火及稳燃技术，故不论在锅炉启动、调试、点火及稳燃等各阶段，必须投油燃烧。其对煤种适应性较好，煤粉的燃尽度较高。

（2）等离子点火稳燃技术所需配置的系统较微油冷炉点火技术复杂，特别是电气系统。

（3）从目前的实际应用业绩来看，等离子点火及微油点火技术均已大量使用。

（4）在参考工程第一台1000MW机组试运期间，投用等离子点火装置可为电厂节约投资：2982.6万元。投用微油点火装置可为电厂节约投资：3311.1万元。由此可见微油点火系统比等离子点火装置可节省投资328.5万元，微油点火系统经济效益更为明显。

（5）采用等离子点火或微油点火在技术上均是可行的，在经济上也均合理，微油点火技术在经济上的优势更为明显，且其适用的煤种更为广阔，技术稳定性更好一些，系统较为简单，因此本参考工程1000MW机组锅炉推荐采用微油点火技术。

［1］华电国际莱州电厂一期2×1000MW机组工程初步设计［R］.节油点火系统选择专题报告，2006.

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［3］吴鹏良.气化小油枪点火稳燃技术在300 MW 机组上的应用［J］.湖北电力，2006，（10）.

［4］姚文达等.电站锅炉微油点火技术现状与发展［J］.华电技术，2008，（01）.