火電廠鍋爐等離子改造取代燃油的經濟性分析

摘要：隨著市場競爭的不斷加劇，電力企業需要不斷提升自身的競爭力。為此，本文從等離子的角度對火電廠鍋爐進行改造，在一定程度上降低了燃油的使用量，提高了企業的經濟效益，同時取得了較好的環保效果，進而為熱電企業的發展提供參考依據。

關鍵詞：等離子 鍋爐改造 創新

隨著電力體制改革的不斷深入，各發電集團間競爭日益加劇，如何在電煤供應緊張的情況下降低企業成本，實現利潤最大化，進一步提高市場競爭能力，成為各發電企業面臨的嚴峻問題。目前，吉林省內多家電廠煤粉鍋爐的點火和低負荷穩燃都是采用燃燒重油或輕油來實現的，點火和低負荷穩燃時要消耗大量燃油。為了提高自身的競爭力，努力減少燃油的耗量，提高鍋爐點火的經濟性與環保性。大唐長春第二熱電有限責任公司現有在役6臺22萬千瓦機組，總裝機容量達到132萬千瓦，年發電能力70億千瓦時，年供熱能力1400萬吉焦。二期工程裝機容量為4×200MW機組，所配鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的HG-670/140-YM9型自然循環固態排渣煤粉爐，每臺鍋爐共有兩套制粉系統，設計煤種均為煙煤。

鍋爐原有燃油點火系統介紹。

我公司3、4號爐改用等離子系統點火前，每臺鍋爐配備4支大油槍，4支小油槍（包含4支輔助油槍），大油槍出力為1.6t/h，小油槍出力為40Kg/h。下面是公司3、4號機組自投產以來每年耗油情況調查表。（單位：噸）

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根據上面的統計表格可見，公司3、4號機組自2005年以來平均年耗油138噸，燃油消耗量巨大，發電成本仍然處于高位，因此解決機組燃油量大的問題是節約發電油耗成本的最大利益空間。

1 可行性分析

等離子點火技術是一種新型燃燒技術，其原理是利用一定壓力的空氣作介質，在直流電流和強磁場控制下獲得穩定功率的定向流動空氣等離子體，該等離子體在點火燃燒器中形成局部高溫，煤粉顆粒通過時被迅速點燃形成火炬噴入爐膛。根據其他電廠的運行經驗，等離子系統在機組啟動、滑停和低負荷穩燃時，燃燒穩定，節油效果顯著。

①等離子系統主要應用于發電行業大型燃煤火力發電廠煤粉鍋爐的啟動點火與穩燃，也可用于其他工業領域類似的煤粉鍋爐的點火與穩燃，用以代替傳統的燃油點火技術，達到節能、減排和顯著提高運行企業經濟效益的目的。等離子體點火時即可投入電除塵，啟動期間顆粒物的排放可大大降低。②公司領導高度重視3、4號機組脫硫系統以及等離子系統改造，有充足的資金支持與保障；周邊電廠長春四熱、吉林熱電廠、長春一熱等有等離子系統成功運行的經驗，可以相互學習和借鑒；參加等離子試運的運行人員有多年的現場實際工作經驗和深厚的理論基礎。

2 等離子系統簡介

2.1 系統原理 MA300B型等離子點火裝置是利用直流電流在空氣介質氣壓條件下接觸引弧，獲得穩定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在專門設計的燃燒器的中心燃燒筒中形成溫度T>5000K的，溫度梯度極大的局部高溫區，煤粉顆粒通過該等離子“火核”受到高溫作用，迅速釋放出揮發物，使煤粉顆粒破裂粉碎并再造揮發分，從而迅速燃燒。由于反應是在氣相中進行，使混合物組分的粒級發生了變化。因而使煤粉的燃燒速度加快，也有助于加速煤粉的燃燒，這樣就大大地減少促使煤粉燃燒所需要的引燃能量。 等離子體內含有大量化學活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子團（OH、H2、O2）、離子（O2-、H2-、OH-、O-、H+）和電子等，可加速熱化學轉換，促進燃料完全燃燒。為了獲得煤粉點火的最佳濃度，根據制粉系統一次風煤粉濃度及現場一次風管道的具體情況，可分別采用葉柵、撞擊塊或導流板等方式濃縮煤粉，使之達到點燃煤粉的最佳煤粉濃度。按煤質的情況，盡可能使煤粉細度、一次風氣流速度和一次風溫度也在所要求范圍之內，滿足條件的一次風粉進入點火區，濃煤粉經過高溫的等離子體被點燃，在燃燒器內部燃燒。淡煤粉流經高溫套筒的外壁，對其起到冷卻的作用，在“環形縮口”的作用下被濃縮，并被已燃燒的火炬點燃。然后進入混合燃燒，完成逐級點火分級燃燒的過程。

2.2 系統組成 等離子體發生器為直流非轉移型電弧等離子體發生器。等離子體炬具有溫度高、能量集中、氣氛可控等優點。由陰極、陽極等組成。材料采用具有高導電率、高導熱、耐氧化的金屬材料制成，采用水冷方式冷卻，以承受電弧高溫沖擊。等離子體發生器所用直流穩壓電源采用國際最新科技的IGBT管高頻逆變開關直流電源，具有電流穩定度高、體積小、效率高等特點。等離子點火燃燒系統由點火系統和輔助系統兩部分組成。點火系統包括發生器、燃燒器。輔助系統包括電源裝置、控制系統、冷卻水系統、高壓風系統、圖像火檢系統。電源裝置由直流電源柜、聯接電纜等構成的直流供電裝置。

2.3 技術特性 等離子體是除液體、固體和氣體以外的第四種物質存在形式。它整體呈中性，內部富含極具活性的正、負離子、電子和分子。等離子體發生器產生的等離子體射流核心溫度高達4000～10000℃，與等離子體燃燒器結合后在其內部形成合理的溫度場，促進煤粉的裂解和燃燒。利用其特點，可在鍋爐啟動和穩燃過程中以煤粉完全替代燃油，實現無油啟動和穩燃。

3 安裝

2012年7月-8月，公司在3、4號鍋爐等離子點火系統改造同時施工，均在一層1、3號角，二層2、4號角主燃燒器內布置有4個MA300B型等離子點火器。同時由于鍋爐的制粉系統不具備冷態制粉條件，無法實現鍋爐無油點火功能。為滿足上述兩個方面的要求及保障鍋爐安全可靠運行，在1～3號鍋爐之間和4～6號鍋爐之間各加裝一套具備雙向可控的齒索輸粉機裝置，滿足三臺鍋爐制粉系統之間的煤粉相互調配。

4 運行中帶來的效益

2012年8月15日-9月5日，使用等離子系統點火3次，使用等離子系統點火共產生費用100765.5元，折算成燃油費用261855元，節省費用161089.5元，由于等離子系統使用次數少，未產生更換陰極和陽極費用。

下面以年消耗696噸燃油進行經濟分析。

①常規方法試運燃油耗費：燃油消耗：696噸/年；燃油價格：0.7萬元/噸；燃油耗費：0.55×1000=487.2（萬元）/年。②機組改裝等離子體煤粉點火裝置進行試運所需費用計算：原煤耗費：燃油的低位發熱量為41816kJ/kg，設計煤種低位發熱量為12579kJ/kg，原煤價格為500元/噸，年消耗燃油數量為696噸，則按發熱量相等的原則所需的原煤量為2314噸，所需的原煤成本為：115.7萬元。耗電費用：設計煤種發熱量：12579kJ/kg；原煤消耗：2314噸；制粉單耗：20kwh/t。等離子體燃燒器耗電：20kwh/t，廠用電價格為0.29元/kwh，耗電費用：2314×（20+20）×0.29≈2.7萬元。

③正常運行中每年燃油量按696噸計算，年節約燃油費用約370萬元。通過實際運行核算，等離子體點火系統運行消耗費用只是燃油點火系統的25%左右，可為公司節約大量運營成本。

等離子系統的采用，打破了傳統意義上的點火方式，實現了真正的啟動零耗油，同時在低負荷情況下采用等離子穩燃，與燃油比較效果更好。

5 遺留問題和今后打算

公司3、4號爐經過幾次冷態啟動、滑停，不斷摸索總結出等離子系統運行的經驗，也為以后其他機組的改造以及改造后運行提供借鑒。

參考文獻：

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