锅炉燃油点火及稳燃技术的应用

锅炉燃油点火及稳燃技术的应用

0燃煤电厂合成燃油点火及稳燃技术推广丁烷压力法和稳定油耗技术，节约燃料资源，减少中国焦油厂的生产和油气工具的生产和使用，提高能源效率，对适应能源供应形势的变化及其他相关技术的变化具有重要意义。对确保国家经济安全具有重要意义。受国家能源局委托,由中国电力工程顾问集团公司牵头、六大电力设计院参加,进行燃煤电厂节油点火及稳燃技术应用研究。目前,燃煤电厂锅炉节油点火及稳燃技术有:等离子体点火、小油枪点火、高温空气点火、交流等离子点火、感应加热点火、激光加热点火和邻炉蒸汽加热点火等,其中应用业绩最广泛、技术相对成熟的有等离子体点火、小油枪点火。本文对等离子体点火及稳燃、小油枪点火及稳燃技术进行经济性分析,并提出在应用中需注意的问题。1等离子点火装置电等离子点火及稳燃技术是利用稳定电源将连续供给的载体工质(空气)电离从而产生等离子体电弧在等离子体燃烧器内直接点燃煤粉的技术。等离子点火及稳燃系统主要包括:点火系统、冷炉制粉系统(冷风蒸汽加热系统或冷风燃油加热系统)、载体工质(空气)系统、冷却水系统、电气系统、监测系统(图像火检系统、一次风速在线测量系统、燃烧器壁温测量和冷风燃油加热器壁温监测等)、控制系统等。在不同类型的锅炉上,等离子点火装置应用方式略有差别。对于前、后墙对冲燃烧锅炉,可将前墙或后墙底层的燃烧器设计为等离子点火燃烧器(无燃油电厂则将前墙及后墙底层的燃烧器设计为等离子点火燃烧器);对于四角切园燃烧锅炉,可将最底层或倒数第2层的燃烧器设计为等离子点火燃烧器(无燃油电厂至少将最底2层燃烧器设计为等离子点火燃烧器)。这样可以较好地引燃临层煤粉燃烧器,同时也使锅炉启动时的炉膛出口烟温得到较好控制。国内相关企业对等离子点火及稳燃技术进行了攻关科研,陆续解决了工业应用中的一系列技术难点,如等离子体发生器阴、阳极寿命问题;等离子体形态控制和输送问题;成功开发出压差平衡、逐级点火、分级内燃、自生气膜冷却的等离子体燃烧器;解决了冷炉制粉等技术问题。距不完全统计,截止到2009年7月,国内共有528台煤粉锅炉采用等离子体点火系统,适用煤种包括烟煤、褐煤,燃烧方式涵盖了切向燃烧直流燃烧器和墙式燃烧旋流燃烧器,制粉系统包括中间储仓式、双进双出钢球磨直吹式、中速磨直吹式等各种类型,机组容量等级涵盖了50～1000MW机组。东胜电厂、康平电厂、阜康电厂、府谷电厂和黄金埠电厂安装等离子体点火及稳燃装置的无燃油电厂已投产。2小油枪点火技术小油枪点火是用设置在煤粉燃烧器内的小油枪燃用经气化的轻柴油产生高温、高速火焰作为点火源直接点燃煤粉的技术,系统主要包括:燃油及吹扫系统、压缩空气系统、高压助燃风(油配风)系统、冷炉制粉系统(冷风蒸汽加热系统或冷风燃油加热系统)、火检及燃烧器壁温监测系统、控制及保护系统、一次风速在线监测系统(可选)等。小油枪点火装置在锅炉上的配置与等离子点火装置类似。早期的少油点火是将小油枪设置在燃烧器出口含粉气流的中心,出力300～500kg/h,对于点燃烟煤,出力可下降到150～200kg/h。2003年以后随着燃油价格的上涨和国家环保节能政策的推行,相关科研机构、企业等对小油枪点火技术进行了改进,研发出了气泡雾化、煤粉燃烧分级点火、改进的煤粉浓缩技术、燃烧器壁气膜冷却、冷炉点火一次风加热等新技术,极大地提高了点火装置的效率、可靠性和稳定性。对于点燃烟煤,采用气化油枪,其出力可由150～200kg/h下降到30～60kg/h,锅炉冷态点火的节油率可达90%。但对于着火性能较差煤种,燃油量还需达到200～300kg/h。目前,国内小油枪点火技术厂家有30多家,技术上分为传统小油枪点火、气化小油枪点火和双强少油点火等。各家技术主要是在雾化方式上有所不同,分为压缩空气雾化、压缩空气和机械雾化相结合、机械雾化。据初步统计,小油枪点火技术已应用于612台锅炉,机组容量从50MW到1000MW,涵盖了切向燃烧直流燃烧器和墙式燃烧旋流燃烧器,制粉系统包括中间储仓式、双进双出钢球磨直吹式、中速磨直吹式、风扇磨直吹式等各种类型,燃用煤种除了包括烟煤、褐煤以外,还应用到了贫煤和无烟煤上。3燃油使用量计算公式节油点火及稳燃技术的经济性分析分为试运行期间、运行期间各启动工况(冷态、温态、热态、极热态工况)、运行期间低负荷稳燃工况等。其中试运行期间的燃油消耗,在目前工程的初步设计概算中要求无论采用何种节油点火方式,均按乘以0.2的系数计算燃油使用量。而实际上有相当数量的工程在煤种适宜的情况下,应用等离子点火技术从基建开始到通过168h试运行投入商业运行都无燃油消耗。采用小油枪点火方式也仅有极少的油耗。以下试运行期间的经济性分析暂按规定的相应数量乘以0.2的系数计算。所有经济性分析不考虑无燃油的电厂,仅以燃用普通烟煤、每台锅炉安装1层节油点火燃烧器,保留锅炉常规油系统为例。3.1试验运行期间的直接经济效益3.1.1机组燃油用量的确定新建机组在试运期间要经过锅炉吹管、整定安全阀、汽机冲车、电气试验、锅炉洗硅运行、机组带大负荷以及机组并网运行等许多阶段,此期间要消耗大量的燃油,如表1所示。表1中燃油用量是按酸洗、常规点火方式、600MW及以上、亚临界机组、2台机组用油量的平均值取定。当工程为下述情况时,对分部试运阶段的燃油用量作适当调整:(1)600MW及以上机组为超临界时,按规定的相应数量增调20%。(2)当工程设计采用挥发份不大于5%的无烟煤时,按规定的相应数量增调10%。(3)新建、扩建1台机组或2台及以上机组的第1台机组调试时,按规定的相应数量增调10%。(4)采用等离子及其他节油点火方式时,按规定的相应数量乘以0.2的系数计算。试运期间直接经济效益以2×600MW机组亚临界、燃用烟煤(发热量20908kJ/kg)锅炉,四角切圆燃烧每台锅炉安装1层节油点火燃烧器,保留锅炉常规油系统为例进行计算,结果见表2。3.1.2不同容量的机组在运行期间的直接经济效益按上述计算条件和方法,计算得出试运期间不同容量机组直接经济效益,见表3。3.2锅炉点火启动时间以600MW亚临界机组(烟煤,热值20908kJ/kg)为例,计算锅炉运行期间各启动工况下的直接经济效益,计算结果见表4。各工况基础数据暂按:(1)冷态工况下,锅炉采用常规油燃烧器冷态启动1次耗油量约为180t,采用节油装置点火启动时间为7h;(2)温态工况下,锅炉采用常规燃油燃烧器温态启动1次耗油量约为36t,采用节油装置点火启动时间为3h;(3)热态工况下,锅炉采用常规燃油燃烧器热态启动1次耗油量约为18t,采用节油装置点火启动时间为1.5h;(4)极热态工况下,锅炉采用常规燃油燃烧器极热态启动1次耗油量约为12t,采用节油装置点火启动时间为1h。3.3锅炉低负荷稳燃能力受煤质变化或电网需求变化的影响,一年内锅炉低负荷稳燃累计时间约48h。锅炉低负荷稳燃平均耗油量约为192t。锅炉低负荷稳燃直接经济效益详见表5。3.4直接经济效益计算按锅炉每年冷态启动3次、温态启动4次、热态启动2次、极热态启动2次计算,低负荷稳燃48h考虑,计算采用节油点火锅炉全年运行直接经济效益,计算结果见表6。3.5低负荷时正常投入按照常规的试运方法,机组在试运期间要长期低负荷运行,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,锅炉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,同时烟气中的粉尘会对锅炉引风机叶片造成磨损,这些均给电厂带来间接的经济损失。但在机组试运期间及冷态启动期间投入等离子体点火系统,静电除尘器可以在锅炉启动及低负荷期间正常投入。在机组试运期间及冷态启动期间投入小油枪点火系统,由于小油枪燃烧时,燃尽率达到99%以上,不会生成碳氢化合物,电除尘系统可以在锅炉启动及低负荷期间烟气温度满足其投运温度后正常投入,与等离子点火一致,减少了粉尘的排放,避免了环境污染和引风机磨损,给电厂带来显著的社会效益和经济效益。4在使用中，应考虑油挤出和稳燃技术所需注意的问题4.1点火装置与锅炉本体接口锅炉厂家作为锅炉本体和炉膛安全监控系统(furnacesafeguardsupervisorysystem,FSSS)的技术总负责方,具备承担节油点火装置与锅炉本体接口的总体负责方和总协调方的优势,因此,建议节油点火装置由锅炉设备制造商总体成套供货,锅炉厂和节油点火装置供货商共同配合,在技术上对锅炉本体安全措施进行优化和完善。当节油点火及稳燃装置由业主单独采购订货时,为保证锅炉整体的安全,建议锅炉厂参加节油点火装置技术协议谈判和集散控制系统(distributedcontrolsystem,DCS)设计联络会,提供锅炉本体FSSS基本控制逻辑,确认节油点火装置基本控制逻辑,最终提交DCS组态。4.2飞灰含碳量监控启动初期投入等离子燃烧器,炉膛温度低,飞灰含碳量较高,容易在空气预热器和除尘器中积聚大量未燃煤粉,造成二次燃烧的可能。随着炉膛温度水平的提高,飞灰含碳量迅速下降,所以在机组启动时,在满足升温、升压曲线的前提下,应尽早投入其他燃烧器,尽快提高炉膛温度。为防止未燃尽煤粉在锅炉尾部二次燃烧,需要及时监控飞灰含碳量,如果飞灰含碳量偏高,应加强燃烧调整,提高煤粉细度等,尽可能改善燃烧。在低负荷状态下,空气预热器应进行连续吹灰,及时启动除灰、除渣系统,输送、清除未燃尽物质。因此,建议装设节油点火及稳燃装置的各工程应设置锅炉飞灰含碳监测系统,取得锅炉飞灰含碳量的可靠数据。连续可靠的监测锅炉飞灰含碳可以作为运行人员调整燃烧工况的直接依据。4.3等离子体燃烧后火焰检测一般应及时调整由于目前多数工程节油点火装置不包括在锅炉厂成套供货范围内,因此锅炉本体对火焰检测装置的安装开孔和监视角度的设计仅考虑了原燃烧器设计工况。设置等离子燃烧器后,其着火点真实距离有所变化,目前一般在现场安装、调试阶段进行修改完善,若不及时对火焰检测器安装及其监视视角进行调整,则实际检测出的火焰信号并不是真实的火焰。故建议在设计阶段,火焰检测装置设备商与锅炉厂配合确定锅炉本体上火检装置的安装开孔和监视角度方案,以保证火焰检测装置检测的准确性,避免在现场二次修改。4.4火焰检测装置的确定在冷炉点火初期,炉膛温度低,煤粉燃尽率低,脉动火焰成分高,致使火检监测不易准确;另外一些电厂经常采用混烧煤种,实际燃用煤种热值与设计煤种热值差别很大,造成等离子点火装置在冷炉点火工况时发生燃烧状况多变与燃烧不易稳定。因此,对火焰检测装置的设计及调试提出了很高的要求,特别是可见光火焰检测装置输出的火焰强度信号的稳定性和有火/无火开关量信号的准确性。建议在安装调试期或运行初期,由火焰检测装置厂家专业人员到现场指导,对不同层燃烧器装设的火焰检测装置,根据锅炉不同负荷情况进行装置的初始设定和调整;为适应煤质变化大,充分应用频带连续可调功能,以保证在低负荷工况下检测信号优先;在满负荷工况下,火检装置也可设置为抗干扰和灵敏度优先,以提高火焰检测装置的准确性和可靠性。同时冷炉点火时如何提高火焰检测装置的准确性和可靠性也将成为火焰检测装置升级完善的课题。4.5煤粉燃烧主燃料的时间在冷炉点火仅启动1台磨煤机的工况且在等离子运行模式下,给煤机运行时间达设定时间(如120s)后,若本层火焰检测逻辑4取2(按每台磨煤机4个出口门计)无火延时2s,则磨煤机跳闸;当此磨煤机跳闸后,就会触发失去全部燃料保护,造成锅炉主燃料切除系统动作。设定时间的选择不但要考虑从给煤机运行到磨煤机出粉再到煤粉送入锅炉内燃烧所耗时间,还要考虑冷炉状态从给煤机运行到检测出有火信号的时间。通过实际运行经验,冷炉状态下,从给煤机运行到火检检到火,120s的设定时间是不够的,一般需要6min以上,电厂或调试单位会在现场修改设定时间。在上述时间段内,煤粉向炉膛内喷射积聚,这可能会形成潜在的爆燃危险。因此,等离子点火装置应尽可能缩短煤粉稳定点燃时间,这需要DCS厂家、安装调试单位、等离子点火装置供货商、锅炉厂共同关注,积累实际运行经验,优化控制逻辑设定时间,最大限度降低爆燃可能性。4.6启停控制方式安装等离子点火或小油枪点火装置,锅炉启动时可实现无油或少油燃烧。但对无脱硫旁路的系统需注意锅炉启停控制方式。如三河电厂二期工程锅炉采用1层等离子点火装置,以及“烟塔合一”排烟、脱硫无旁路系统,启停控制方式为锅炉启动前脱硫系统浆液循环泵投入运行,除尘器先于浆液循环泵投入使用,除尘器可除去大部分未完全燃烧的煤粉,对少量煤粉可能产生的浆液污染,根据运行情况对部分浆液进行置换,即大量补充新鲜的石灰石浆液,同时排放污染的浆液。在锅炉事故停机的时候,待烟风系统停运后,再停运脱硫系统、除尘系统。避免烟尘和油雾对脱硫吸收塔内浆液及烟塔内壁产生危害。5等离子点火技术的局限性火力发电机组应用节油点火及稳燃技术是非常必要的。在煤种适宜的情况下,节油点火及稳燃技术均能安全、稳定地点燃煤粉,能满足锅炉启、停、正常运行及及低负荷稳燃的要求,正常运行中不影响锅炉的燃烧组织,不影响锅炉主燃烧器的设计性能。在煤种适宜的情况下,等离子点火技术还可以实现