浅谈火力发电厂锅炉等离子点火技术应用

2019-11-28燕小芬

商品与质量 2019年42期

燕小芬

中国电建集团江西省电力设计院有限公司江西南昌 330000

1 等离子点火稳燃技术的概述

1.1 等离子燃烧机理

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，进而减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量[1]。

1.2 等离子燃烧器的性能

等离子点火和低负荷稳燃是通过等离子燃烧器实现的，其具备下列性能：

（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）燃烧器的出力可在一定范围内变动，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。

（3）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 气化小油枪点火及微油（少油）冷炉点火技术

2.1 气化小油枪点火稳燃技术

锅炉气化小油枪点火及稳燃技术，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、火焰呈完全透明状，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。

2.2 微油（少油）冷炉点火技术

单只油燃烧器从煤粉燃烧器的单侧插入或两只油燃烧器在煤粉燃烧器上对冲布置，点火时经过强化燃烧的油火焰将通过煤粉燃烧器的一次风粉瞬间加热到煤粉的着火温度，一次风粉混合物受到高温火焰的冲击，挥发分迅速析出同时开始燃烧，燃烧放出大量的热，补充此间消耗的热量，并持续对一次风粉进行加热，将其加热至远高于该煤种的着火温度，从而使煤粉中的碳颗粒开始燃烧，形成高温火炬。由于煤粉在极短时间内迅速加热，挥发份析出量将大大高于实际挥发份含量，进一步提高煤粉的燃烧速度，因而使煤粉燃尽率极高[2]。

3 无油电厂的设计

3.1 本工程无油电厂设计概述

（1）无油电厂定义。无油电厂是指锅炉点火及稳燃节油装置采用等离子技术，取消常规燃油系统及燃油贮罐，锅炉点火和稳燃仅靠等离子装置实现的电厂。

（2）无油电厂的优点。取消燃油系统，以煤代油符合国家战略能源政策，经济效益显著，对电厂管理可消除燃油系统泄漏而时常发生的着火、设备损坏等安全隐患，减少因燃油系统引起的环境污染。从燃烧角度来讲，无油电厂可杜绝煤油混烧引发的空预器着火、电除尘阴极积碳等事故发生，电站锅炉在点火初期电除尘装置就可投运，可减少粉尘排放，符合国家能源环保政策。

（3）国内零油耗电厂、无油电厂的应用情况。据目前已投运的采用等离子点火装置实现无油点火及稳燃电厂的运行经验，当电厂煤质较好、煤源稳定等相关条件适宜情况下，取消点火和稳燃用油系统是可行的。本工程煤质属于低灰、中高全水分、高挥发分的高热值燃煤，适于采用等离子无油点火方案。

3.2 适用条件

煤质：本工程煤质属于低灰、中高全水分、高挥发分的高热值燃煤。作为无油电厂的燃用煤质是适合的。

煤源：应确保煤源稳定。为保证节油点火装置运行的有效性，无油电厂应能确保燃煤煤质稳定性，保证启动阶段的燃煤与设计煤质一致。

节油装置的设置：节油装置的配置应考虑备用，采用两层或多层节油装置，相互配合、备用，提高锅炉点火安全系数，本工程采用最下面两层等离子点火装置，互为备用。

等离子燃烧器：采用四级等离子燃烧器，提高煤粉的燃尽率和锅炉点火的安全性。

启动汽源：本工程属于异地新建电厂，当第一台机组启动或电厂机组全停后，机组需要启动冷炉制粉汽源，则启动锅炉需要投运。

3.3 技术方案

点火和稳燃设备配置需要考虑备用。本工程无油电厂初步方案为在锅炉前墙最下两层主燃烧器位置安装等离子体燃烧器，等离子体燃烧器布置在旋流式燃烧器的一次风筒内，原主燃烧器一次风筒中心的油枪及中心风拆除，原主燃烧器的内二次风和外二次风的结构不作修改，整个燃烧器的流场、燃烧组织和原燃烧器基本保持一致。在锅炉点火和稳燃期间，等离子体燃烧器具有点火和稳燃功能，在锅炉正常运行过程中，该两层等离子体燃烧器具有主燃烧器功能[3]。

3.4 经济性分析

建设无油电厂不仅符合我国的能源规划战略，与配置常规燃油系统采用大油枪点火及稳燃技术的电厂相比，也具有良好经济效益。无油电厂：从项目建设阶段初投资费用评估，可减少燃油系统的相关费用，有效降低项目初投资；项目运行阶段后，由于在常规调试运行阶段会耗用大量的燃油，取消常规油系统后，根据目前等离子装置和燃油的价格水平评估，在机组正式投产前节约的燃油费用基本可回收等离子装置的投资成本，机组正式投产后，与配置常规燃油系统的电厂相比，每次启动节约的燃油都会产生一定的经济效益。