火力發(fā)電廠鍋爐點火節(jié)能技術(shù)探討論文

　　摘要：無油點火可大幅改善火力發(fā)電廠鍋爐的節(jié)能性和高效性。通過理論聯(lián)系實際，深入探討了火力發(fā)電廠鍋爐點火節(jié)能技術(shù)的原理和應(yīng)用，如等離子點火等技術(shù)。由于目前鍋爐點火節(jié)能技術(shù)仍需借助煤油，不能真正實現(xiàn)無油點火，諸多問題亟待解決。發(fā)電廠鍋爐點火需要使用節(jié)能技術(shù)，利用先進科學(xué)技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能目標，對同行技術(shù)改進有參考作用。

　　關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠；鍋爐；點火節(jié)能技術(shù)；應(yīng)用；無油點火

　　現(xiàn)階段，大多火力發(fā)電廠仍主要采用大油槍進行鍋爐點火。據(jù)大量數(shù)據(jù)分析研究顯示:每年電力系統(tǒng)用于鍋爐調(diào)試、啟動、助燃方面的用油量達到千萬噸以上，在我國的總耗油量比例中超過15%。在浪費大量燃油資源的同時，也加大了發(fā)電成本。節(jié)約煤炭資源，保護環(huán)境任務(wù)艱巨，燃煤發(fā)電作為主要能源供給模式，近年來不會發(fā)生太大改變，所以降低發(fā)電成本，減少能源浪費是當前亟待解決的首要問題。對于各火力發(fā)電廠大力推廣并采用的點火節(jié)能技術(shù)，本文重點對其進行了研究。

　　1點火節(jié)能技術(shù)原理及分類

　　1.1基本原理

　　發(fā)電廠鍋爐點火一般通過大油槍來啟動，其工作原理是：首先，將爐膛加熱到一定溫度，使噴入的煤粉能夠被直接點燃；其次，待各項機組參數(shù)都能夠達到既定要求時，將煤粉投入到鍋爐內(nèi)進行燃燒。目前火力發(fā)電廠主要采用節(jié)油點火器來點火，其中包括油燃燒器、等離子炬等，通過這些工具，可將送入燃燒器的氣流加熱到煤粉能夠燃燒的溫度，使煤粉和焦炭同時燃燒。當燃燒器噴口形成穩(wěn)定燃燒的高溫火核時，再添加煤粉，使鍋爐能夠按照規(guī)定曲線標準啟動，實現(xiàn)正常發(fā)電運行[1]。在鍋爐啟動初期，主要采用煤粉代替油進行點火。

　　1.2節(jié)油點火技術(shù)的分類

　　1.2.1微油氣化點火技術(shù)

　　微油氣化點火技術(shù)通過高能氣化油槍，將空氣壓縮到一定階段后對燃油進行霧化，然后將其點燃。其中，大部分燃油將被氣化，在此狀態(tài)下進行燃燒，形成穩(wěn)定的高溫火核。煤粉通過該高溫火核時，溫度迅速升高，著火燃燒導(dǎo)致點燃更多的煤粉，實現(xiàn)分級燃燒，逐級放大，最終達到點燃爐膛內(nèi)煤粉的目的。微油氣化點火技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、投資成本低。目前該技術(shù)在發(fā)電廠，尤其是在鍋爐改造過程中被大規(guī)模采用。

　　1.2.2等離子點火技術(shù)

　　等離子點火技術(shù)最大的特點就是不需要利用油來進行點火。煤粉燃燒器的點火源就是高溫等離子體，其工作原理是首先將一級燃燒筒內(nèi)的氣流進行壓縮、點燃，然后再點燃二級、三級風粉混合物[2]。這一原理與微油氣化點火技術(shù)相類似，但是它們之間有一個明顯區(qū)別：等離子點火技術(shù)啟動鍋爐可做到無油直接投粉，進而大大節(jié)省了燃油耗用量。

　　1.2.3小油槍點火技術(shù)

　　小油槍點火技術(shù)最大的特點是將小油槍安置在煤粉燃燒器的噴口處，利用其燃燒能量來點燃煤粉，從而完成油煤的混合燃燒。但是，由于小油槍出力不足，所以在臨近位置需要大油槍完成助燃工作。

　　1.2.4少油點火技術(shù)

　　少油點火技術(shù)將油燃燒器通向煤粉燃燒器的中心，但需要與噴口保持一段距離。點火后，將煤粉燃燒器的一次風粉經(jīng)過燃燒的油火焰，達到其最低著火溫度，使其瞬間開始燃燒，同時散發(fā)出大量熱量，然而在此基礎(chǔ)上仍需對其進行持續(xù)加熱，直至達到某一煤種的著火溫度，使得煤炭內(nèi)的顆粒能夠燃燒起來，進而啟動鍋爐。這種油燃燒器通常與航空發(fā)動機采用同一配置，是一種低壓強制配風油燃燒器。其主要工作原理是對配風進行分級，致使其發(fā)出火焰，火焰溫度通常在1520℃左右，而中心溫度會更高一些，油的燃盡率可達99%以上[3]。

　　1.2.5高溫空氣無油點火技術(shù)

　　常溫空氣經(jīng)過鼓風機的加熱器進行加熱，將溫度上升至1000℃左右。正是由于高溫的影響，加熱后的空氣分散出很多氧離子，這些離子足夠微小，能夠與煤粉氣流進行換熱，使其能夠以多相燃燒的.方式快速著火。點火后的高溫能夠提供大量熱量和氧氣，使得燃燒器正常工作。這項技術(shù)是在多級點火技術(shù)的基礎(chǔ)上衍生而來的，是實現(xiàn)煤粉大量燃燒的一個主要途徑。

　　2微油點火與等離子點火技術(shù)比較

　　微油點火與等離子點火，是目前應(yīng)用最多的兩項鍋爐點火節(jié)能技術(shù)。從投資效益的角度來看，等離子無油點火技術(shù)更勝一籌。一般情況下，如果采用其他點火技術(shù)，如通過普通油槍完成點火，那么基建期的耗油量大約在1200t，按照市場油價5000元/t來估算，燃油費的總支出預(yù)計達到600萬元左右。而若采用等離子無油點火技術(shù)，則節(jié)省了1200t的油量，大幅降低了基建期成本。對于一些有基建期的發(fā)電廠來說，在這個時期內(nèi)即可收回成本。同時，等離子無油點火技術(shù)通常適用于新建的電廠，投資回收期短[4]。該技術(shù)對煤質(zhì)要求較高，耗電較大，陰極頭壽命短，但點火初期就可投運電除塵，有利于環(huán)境保護。相比較而言，微油點火燃燒技術(shù)雖然系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，投資少，且比較適用于現(xiàn)有機組的技術(shù)更新，可以實現(xiàn)收益最大化，但點火初期對除塵器電極有污染。

　　3點火節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

　　3.1等離子點火技術(shù)

　　隨著電力需求越來越大，以大量的基建機組還在建設(shè)在所有點火技術(shù)中，等離子點火技術(shù)的發(fā)展前景相對而言比較明朗。然而，目前暫無法實現(xiàn)冷爐冷粉點火的目標，必須要在風道口安裝一個暖風器，先將風進行加熱，使溫度要達到170℃左右，進而啟動點火磨煤機。在點火前，要用油槍對鍋爐進行預(yù)熱。受限于這一不足，還不能做到真正的無油點火，傳統(tǒng)的燃油系統(tǒng)還未真正實現(xiàn)改頭換面。當前，各大火力發(fā)電廠提高競爭力的主要方式是不斷降低成本、減少原油使用，而等離子點火技術(shù)成為了這些發(fā)電廠的最中意選項，這也造成了等離子市場的不斷擴大。許多專家對當前的等離子點火技術(shù)開展了很多研究，也提出了許多彌補其不足的措施。其中，最主要的一個措施是無論啟動是在冷態(tài)，還是溫態(tài)下，都要在達到最佳的一次風速時增加二次風量，使得燃燒器不會結(jié)焦，從而加強燃燒穩(wěn)定性。當前，許多企業(yè)了解并應(yīng)用這項技術(shù)，包括巨化公司熱電廠、廣州恒運熱電廠等。巨化公司熱電廠是通過增大燃燒器的風筒截面積（增加比控制在33%左右），使燃燒器達到一定冷卻效果，同時碰口和風筒的溫度也會隨之下降。為了進一步避免燃燒室出現(xiàn)結(jié)焦渣情況，需割除中隔板，并在風筒下部安裝排渣器，自動排出焦渣，增強點火成功概率。廣州恒運熱電廠采用一級氣膜冷卻技術(shù)，它雖是點火技能中的一項小技術(shù)，但不僅可以緩解燃燒器的燒蝕現(xiàn)象，而且煤粉貼壁流動、掛焦的現(xiàn)象也將很少出現(xiàn)。在國際市場上，等離子點火技術(shù)也蘊藏著巨大發(fā)展?jié)摿ΑＴS多油量不多的國家，如南非、印度、加拿大等，都對這項技術(shù)有很大興趣，但由于技術(shù)發(fā)展不夠成熟，導(dǎo)致市場份額不高[5]。在真正實現(xiàn)無油點火后，其在發(fā)電市場上將有一片更好的前景。

　　3.2高溫無油點火技術(shù)

　　高溫無油點火技術(shù)作為一項新型點火技術(shù)在許多領(lǐng)域中有所發(fā)展，但主要是在煉鋼及化工領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。該技術(shù)在以化石燃料為主的發(fā)電站鍋爐中還處于試驗階段，只有少數(shù)電站鍋爐采用這種技術(shù)進行點火。為了能夠更好地應(yīng)用無油點火技術(shù)，需要對當前的點火技術(shù)進行改造，其原理是對最下層的煤粉燃燒器和二次風噴口的構(gòu)造進行重新調(diào)整，將原來全部擺動的整組燃燒器改成部分擺動，燃燒器也要替換為高溫空氣無油類型的，該技術(shù)要與PRP燃燒裝置相互結(jié)合使用，改裝后的裝置可以對一次風進行預(yù)熱，加強火焰穩(wěn)定性，實現(xiàn)煤的穩(wěn)定燃燒。高溫點火技術(shù)在應(yīng)用過程中尚存在許多未解決的問題和一些制約因素，其中包括：（1）煤粉在鍋爐內(nèi)燃燒的結(jié)焦問題；（2）電熱管材料的壽命問題。它們都在一定程度上制約了高溫點火技術(shù)的應(yīng)用。所以相關(guān)人員還需加大研究力度，不斷改進這項技術(shù)。大量研究表明，環(huán)流風能可以對煤粉著火過程的內(nèi)壁結(jié)焦現(xiàn)象起到抑制作用。除此之外，煤粉只有在一定煤粉濃度范圍內(nèi)才會穩(wěn)定著火，如果濃度過高，會將著火的距離不斷拉大，使火勢不穩(wěn)定[6]，因此參數(shù)設(shè)定也是十分重要的，并不是所有鍋爐參數(shù)都是相同的，而是與許多因素有關(guān)，需根據(jù)具體情況進行調(diào)整。現(xiàn)在國內(nèi)已經(jīng)研發(fā)出循環(huán)高溫點火技術(shù)，其結(jié)構(gòu)設(shè)計比較獨特，在電磁感應(yīng)下可以將空氣加熱到800~900℃以上，以實現(xiàn)循環(huán)流化床鍋爐點火。

　　3.3微油點火燃燒技術(shù)

　　我國當前對微油點火燃燒技術(shù)的應(yīng)用還是比較廣泛的，但總體來說還是存在許多缺點，主要包括：（1）點火源是在一次風管的內(nèi)部，在燃燒的過程中不能實現(xiàn)有效控制，初期點火能量不足，需要借助大油槍；（2）在冷態(tài)下啟動，煤粉不能實現(xiàn)完全燃燒，殘留物中含碳量比較高；（3）噴口處易發(fā)生結(jié)焦情況；（4）油槍的油壓、空氣壓縮的壓力很難掌控在一個精確的范圍內(nèi)。值得一提的是，昆明第二發(fā)電廠在使用這項技術(shù)時，針對當前技術(shù)的不足，并結(jié)合自身具體情況，對油槍系統(tǒng)進行了改造：（1）將一次風量提高至120m3/s左右，煤粉的著火時間可以往后推移，從而減弱燃燒器附近的負荷；（2）在供油量方面，可將燃油壓力降低至1.2MPa，但是還要保持有一只主油槍；（3）空氣的壓縮量也要進行適當控制，壓縮空氣的壓力保持在0.4MPa左右。（4）為了能夠使得火焰達到最合適的著火距離，以改善結(jié)焦問題，可利用暖風機保證出口風溫的穩(wěn)定。安慶皖江發(fā)電廠采取的方式則不盡相同：如通過引入熱風的方式進行制粉，減少對油量的使用[6]。在點火過程中，給煤量要控制在一個適宜范圍內(nèi)，以對氣流溫度的維持起到一定幫助作用。同時，可以采用二級過濾的方式解決燃油系統(tǒng)中的雜質(zhì)對油槍槍口的堵塞。

　　4結(jié)束語

　　綜全文所述，當前火力發(fā)電廠在點火技術(shù)方面，最主要的目標是實現(xiàn)節(jié)能最大化。由于該技術(shù)的局限性，雖已取得良好效果，但仍有較大提升空間。現(xiàn)在市場上的無油點火技術(shù)還不甚成熟，需加強許多細節(jié)層面上的處理。因此，為了能夠早日研發(fā)出無油點火節(jié)能技術(shù)，相關(guān)技術(shù)人員要加大研究力度，逐步解決相關(guān)問題，使點火技術(shù)朝著更加節(jié)能、安全的方向發(fā)展，實現(xiàn)節(jié)約燃油資源，保障人民安全，推動電力行業(yè)的長遠發(fā)展。

　　作者:趙有飛 單位:中國華電科工集團有限公司