煤粉鍋爐點(diǎn)火技術(shù)與無油點(diǎn)火研究

改造者：周志權(quán) 劉 昕 陳 頡 王志剛

煤粉鍋爐點(diǎn)火技術(shù)與無油點(diǎn)火研究

改造者：周志權(quán) 劉 昕 陳 頡 王志剛

煤粉鍋爐屬于我國電廠鍋爐的主要形式，然而在煤粉鍋爐應(yīng)用及運(yùn)行中，普遍存在著點(diǎn)火時間長、點(diǎn)火油耗高及低負(fù)荷燃燒穩(wěn)定性較差等現(xiàn)實(shí)性問題。煤粉鍋爐點(diǎn)火方式多采取油槍點(diǎn)火，然而其點(diǎn)火方式油耗較高，且容易出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定問題，引入無油點(diǎn)火技術(shù)，則可以有效提高點(diǎn)火效率，降低點(diǎn)火能耗，保障煤粉鍋爐而啟動與低負(fù)荷燃燒的安全性及穩(wěn)定性。在分析傳統(tǒng)煤粉鍋爐點(diǎn)火技術(shù)及少油點(diǎn)火技術(shù)的同時，重點(diǎn)對無油點(diǎn)火進(jìn)行分析。

傳統(tǒng)煤粉鍋爐點(diǎn)火技術(shù)分析

在傳統(tǒng)煤粉鍋爐點(diǎn)火啟動時，多采取油點(diǎn)火方式，通過進(jìn)行油槍點(diǎn)燃，確保油在爐膛中進(jìn)行一定時間燃燒，確保爐膛溫度達(dá)到煤粉著火溫度，通過裝置將煤粉噴入到鍋爐爐膛之中進(jìn)行煤油混燒作業(yè)，在煤粉燃燒達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時切除油路，完成鍋爐點(diǎn)火作業(yè)。在這種點(diǎn)火方式中，多在二次風(fēng)噴嘴裝置中設(shè)置大油槍，大油槍燃油中約有25％的發(fā)熱量與一次風(fēng)對流，其點(diǎn)火燃穩(wěn)的實(shí)際效率偏低。實(shí)踐證明，采取傳統(tǒng)煤粉鍋爐點(diǎn)火技術(shù)，其點(diǎn)火時間較長，作業(yè)耗油量相對較大。以125MW機(jī)組鍋爐點(diǎn)火作業(yè)為例，其點(diǎn)火過程到帶滿負(fù)荷運(yùn)行，作業(yè)時間超出9h，燃油時間則需要近8h，鍋爐點(diǎn)火啟動一次耗油量在30t左右，如采取這種方式進(jìn)行600MW機(jī)組鍋爐點(diǎn)火，其一次耗油量將高達(dá)300t。基于此，為提高點(diǎn)火效率，降低能耗，煤粉鍋爐點(diǎn)火技術(shù)不斷發(fā)展，其主要表現(xiàn)為少油點(diǎn)火與無油點(diǎn)火技術(shù)。

煤粉鍋爐少油點(diǎn)火技術(shù)

（一）小油槍點(diǎn)火技術(shù)

小油槍點(diǎn)火技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，是于一次風(fēng)噴嘴位置進(jìn)行油槍設(shè)置，將油槍所有發(fā)熱量應(yīng)用于煤粉氣流溫度提升，相對二次風(fēng)噴嘴中油槍，其油槍容量較小。小油槍點(diǎn)火技術(shù)主要應(yīng)用于冷爐啟動作業(yè)或低負(fù)荷穩(wěn)燃環(huán)境下。小油槍煤粉燃燒器帶油運(yùn)行所帶來的燃油熱負(fù)荷相對煤粉噴嘴熱負(fù)荷而言較低，不會引起燃燒器結(jié)渣或燒壞等問題。然而其技術(shù)在燃盡率與對煤種的適應(yīng)性等方面存在著缺陷，在大容量機(jī)組中應(yīng)用效果較差。

（二）少油煤粉燃燒器

少油點(diǎn)火技術(shù)是在少油煤粉燃燒器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，其燃燒器作業(yè)原理為：在燃燒器內(nèi)部設(shè)置電弧槍、點(diǎn)火槍及燃燒管，進(jìn)入到燃燒器中的風(fēng)粉混合物部分會經(jīng)過燃燒管，其余風(fēng)粉混合物通過燃燒管及外殼環(huán)形通道。在進(jìn)行鍋爐點(diǎn)火作業(yè)或穩(wěn)燃操作時，則可以通過點(diǎn)火槍裝置進(jìn)行燃燒管一次風(fēng)點(diǎn)燃作業(yè)，經(jīng)過燃燒管外一次風(fēng)發(fā)揮冷卻作用，燃燒管噴出火焰與燃燒器出口位置火焰進(jìn)行混合燃燒，從而形成煤粉燃燒以提高點(diǎn)火效率。其燃燒器多在一般煤種及四角燃燒鍋爐中應(yīng)用，點(diǎn)火效率相對較好。

（三）新型煤粉燃燒器

為解決劣質(zhì)煤問題及鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃問題，研究出了一系列新型煤粉燃燒器，通過進(jìn)行煤粉局部濃度改變方式，降低煤粉著火點(diǎn)，從而提高點(diǎn)火效率，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火油耗節(jié)約。新型煤粉燃燒器主要包括旋流式燃燒器與直流式燃燒器兩種形式。

煤粉鍋爐無油點(diǎn)火技術(shù)

（一）等離子體無油點(diǎn)火技術(shù)

物質(zhì)經(jīng)過電離后生產(chǎn)的粒子集合即等離子體，其粒子包括電子、離子、原子或分子，屬于對內(nèi)為良導(dǎo)體對外為中心的正負(fù)電荷相等的粒子體。等離子體在燃燒流中能夠形成一定的局部高溫區(qū)，當(dāng)局部高溫區(qū)內(nèi)落入美芬顆粒時，受其溫度影響快速升溫，煤粉顆粒在升溫過程中其進(jìn)行揮發(fā)物釋放，揮發(fā)物點(diǎn)燃后固定碳也會被點(diǎn)燃，從而實(shí)現(xiàn)煤粉氣流連續(xù)性燃燒，生成溫度性良好的煤粉火焰。等離子體發(fā)生器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 等離子體發(fā)生器示意圖

等離子體無油點(diǎn)火燃燒器實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火操作，是通過等離子發(fā)生器來實(shí)現(xiàn)。等離子發(fā)生器結(jié)構(gòu)中設(shè)置有陰極與陽極，其兩極均采取抗氧化、電導(dǎo)率與熱導(dǎo)率特性突出的材料制作而成，在高溫電弧沖擊下可以保持正常作業(yè)。線圈設(shè)置具備高直流電壓擊穿抗擊能力。選擇全波整流式電源作為發(fā)生器電源。在接通電源進(jìn)行一定電流輸出時，陰極與陽極進(jìn)行接觸，等離子體發(fā)生器表現(xiàn)為短路狀態(tài)，當(dāng)陰極與陽極逐漸分離時則會發(fā)生電弧，在線圈磁場作業(yè)下，電弧被拉出噴嘴裝置陽極外部，在電弧作用下，壓縮空氣被電力為高溫等離子體，實(shí)現(xiàn)煤粉氣流點(diǎn)燃作業(yè)。某火電廠在煤粉鍋爐點(diǎn)火技術(shù)改造中采取等離子體無油點(diǎn)火技術(shù)，有效提高了點(diǎn)火效率與燃燒效率。然而在該點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用中，仍存在著引弧不穩(wěn)定、點(diǎn)火燃燒器結(jié)構(gòu)復(fù)雜及成本較高等問題，對其大范圍工業(yè)應(yīng)用帶來限制。

（二）感應(yīng)加熱無油點(diǎn)火技術(shù)

綜合應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，促使加熱材料內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，發(fā)揮感應(yīng)電流能量作用進(jìn)行加熱作業(yè)以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火操作的技術(shù)即感應(yīng)加熱無油點(diǎn)火技術(shù)。以頻率高低為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，可將感應(yīng)加熱劃分為高頻、中頻及低頻三種類型。在煤粉氣流中實(shí)現(xiàn)無油點(diǎn)火的感應(yīng)加熱技術(shù)主要有兩種方式，其一，進(jìn)行金屬管道感應(yīng)加熱操作，在提高金屬管道壁溫并達(dá)到設(shè)計溫度時，引入煤粉氣流以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火操作；其二，在加熱器裝置中應(yīng)用感應(yīng)加熱，進(jìn)行加熱器進(jìn)行煤粉氣流管道加熱并實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火操作。感應(yīng)加熱無油點(diǎn)火燃燒器裝置在應(yīng)用中具備加熱效率高、可靠性好與功率調(diào)節(jié)靈活性等特征，能夠切實(shí)滿足煤粉氣流穩(wěn)燃的運(yùn)行需求。

（三）電加熱無油點(diǎn)火技術(shù)

電加熱技術(shù)相對較為成熟，能夠在煤粉無油點(diǎn)火中獲得有效應(yīng)用。當(dāng)前，眾多科研工作者多將電加熱無油點(diǎn)火技術(shù)作為研究的重要內(nèi)容。以加熱體位置差異作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電加熱方式劃分，可以分為中心加熱與管壁加熱兩種形式，其中在工業(yè)生產(chǎn)中管壁加熱方式應(yīng)用較為廣泛。

電加熱多級無油直接點(diǎn)火燃燒器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 電加熱多級無油直接點(diǎn)火燃燒器示意圖

電加熱多級無油直接點(diǎn)火燃燒器應(yīng)用電熱腔技術(shù)，其通道1屬于第一級煤粉氣流通道，通道2-4則屬于第二級煤粉氣流通道。燃燒器進(jìn)行電熱管壁面加熱并引燃第一級煤粉氣流，火焰燃燒并傳播到其他通道，引燃第二級煤粉氣流通道內(nèi)存在的煤粉氣流，從而實(shí)現(xiàn)多級點(diǎn)火操作。電加熱多級無油直接點(diǎn)火燃燒器在設(shè)計結(jié)構(gòu)上較為簡單，操作可行性較好，應(yīng)用成本較低，但其燃燒器在應(yīng)用中受高溫影響，其電阻材料及電熱管內(nèi)部材料容易被損壞，其工作壽命難以有效保障，其點(diǎn)火技術(shù)仍處于研究與試驗(yàn)階段，未來前景較好。

（四）激光加熱無油點(diǎn)火技術(shù)

隨著激光加熱作用的凸顯，一些國家提出了應(yīng)用激光加熱方式進(jìn)行煤粉氣流無油點(diǎn)火操作。采取激光加熱技術(shù)，可以避免與煤粉的直接接觸，且激光加熱性能突出，其為煤粉顆粒著火與燃燒狀況研究十分有利，且應(yīng)用激光加熱無油點(diǎn)火技術(shù)，只進(jìn)行煤炭顆粒自身加熱操作，不進(jìn)行周圍環(huán)境加熱操作，從而為點(diǎn)火工況控制提供了方便。然而激光器造價成本較高，其發(fā)射功率有限，其技術(shù)仍處于試驗(yàn)階段，在短時間內(nèi)無法直接應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)作業(yè)之中。

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能源需求與能源供應(yīng)矛盾日益突出，在煤粉鍋爐點(diǎn)火技術(shù)中，采取傳統(tǒng)點(diǎn)火方式及少油點(diǎn)火技術(shù)其需要大量能源，相對而言，無油點(diǎn)火技術(shù)其能耗低，未來應(yīng)用前景更為廣闊，在研究無油點(diǎn)火技術(shù)的同時，還應(yīng)切實(shí)考慮穩(wěn)燃技術(shù)與燃燒效率等問題，以切實(shí)確保煤粉鍋爐點(diǎn)火操作的穩(wěn)定性，提高鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃運(yùn)行可靠性，實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用的綜合效益。

結(jié)語

煤粉鍋爐屬于我國電廠鍋爐的重要形式，其在啟動運(yùn)行中，多存在著點(diǎn)火時間長、油耗量大與低負(fù)荷燃燒穩(wěn)定性不足等現(xiàn)實(shí)性問題，為切實(shí)提高鍋爐啟動及運(yùn)行效益，需要探索新型的煤粉鍋爐的新型點(diǎn)火技術(shù)。在分析傳統(tǒng)點(diǎn)火技術(shù)基礎(chǔ)上，對少油點(diǎn)火技術(shù)進(jìn)行淺析，重點(diǎn)從電加熱多級無油直接點(diǎn)火燃燒器、感應(yīng)加熱無油點(diǎn)火技術(shù)、電加熱無油點(diǎn)火技術(shù)、激光加熱無油點(diǎn)火技術(shù)角度，對煤粉鍋爐無油點(diǎn)火技術(shù)進(jìn)行分析。無油點(diǎn)火技術(shù)研究與應(yīng)用前景廣闊，是未來煤粉鍋爐啟動技術(shù)的主流技術(shù)，能夠有效降低能耗，保障鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃，實(shí)現(xiàn)其綜合效益。

周志權(quán) 劉 昕 陳 頡 王志剛

煙臺龍源電力技術(shù)股份有限公司

周志權(quán)（1978-03-06）男，漢，黑龍江哈爾濱人，中級，碩士研究生，研究方向：等離子體點(diǎn)火技術(shù)的研究與應(yīng)用；劉昕（1977-08-23），女，漢，甘肅嘉峪關(guān)人，中級，碩士研究生，研究方向：微油點(diǎn)火及等離子體點(diǎn)火技術(shù)的設(shè)計研發(fā)及應(yīng)用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.16.043