1000MW燃煤機組采用等離子點火與微油點火方案選擇對比分析

文濤

摘 要：文章以1000MW燃煤機組為例，對等離子與微油兩種點火方案進(jìn)行分析對比，從兩種點火方案的工作原理出發(fā)，對點火特性、可靠性、經(jīng)濟效益等方面進(jìn)行了對比分析。

關(guān)鍵詞：1000WM燃煤機組；等離子點火；微油點火

1 工作原理

1.1 等離子點火技術(shù)工作原理

等離子技術(shù)的工作原理是利用高壓、高頻觸發(fā)起弧，通過磁場控制獲取功率穩(wěn)定的直流空氣等離子體，通過在燃燒桶內(nèi)燃燒等離子體釋放出4500℃以上的高溫，當(dāng)煤粉顆粒通過該區(qū)域時，會在高溫作用下瞬間粉碎釋放出揮發(fā)物，并迅速燃燒。這一系列反應(yīng)的過程都是在氣相中發(fā)生的，混合物的成份和粒級被改變，對煤粉的燃燒起到了極大的推動作用，大幅度減少引燃能量。以很小的能量點燃煤粉，從而讓燃燒進(jìn)一步擴大到整個燃燒器，讓等離子弧點火實現(xiàn)。

1.2 微油點火技術(shù)工作原理

微油點火技術(shù)的工作原理是先將空氣進(jìn)行壓縮。壓縮的空氣會產(chǎn)生高速射流，從而將燃料油擊碎發(fā)生霧化，進(jìn)行燃燒，釋放出的熱量能夠?qū)θ剂闲纬杉訜嶙饔茫偷螘谒查g被蒸發(fā)，將液體燃料轉(zhuǎn)化為氣體燃料，燃燒效率和火焰的溫度都得到了大幅度提高。氣化燃燒的火焰中心溫度能達(dá)到2000℃，且傳播速度超過聲速。在高溫的作用下，進(jìn)入一次室的濃相煤粉顆粒會迅速升溫、破裂、粉碎，在很短的時間內(nèi)實現(xiàn)燃燒，然后與二次室內(nèi)的稀相煤粉混合并繼續(xù)燃燒，以逐級燃燒的形式進(jìn)行點火燃燒，大幅度降低引燃能量，鍋爐啟、停和低負(fù)荷穩(wěn)燃的需求也能夠滿足。

2 等離子點火技術(shù)與微油點火技術(shù)的性能比較

2.1 煤種的適應(yīng)性

由于煤質(zhì)穩(wěn)定性對點火能量要求的不同，等離子點火技術(shù)對煤質(zhì)的穩(wěn)定性要求較高，其點火輸入功率通常為50kW-200kW，對電器設(shè)備有一定的要求，這也對輸入功率提高造成了一定影響。

微油點火技術(shù)是采用氣化油槍代替等離子發(fā)生器。由于油熱值的關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)功率增加和調(diào)整的目的，也正因為此，微油點火技術(shù)對煤種的適應(yīng)性要相對較好，然而，當(dāng)油量快速提高時，在油槍風(fēng)的影響下會導(dǎo)致無法點燃煤粉，雖然可通過油槍配風(fēng)的方式進(jìn)行解決，但這依然會由于流速大于火焰?zhèn)鞑ニ俣榷鵁o法實現(xiàn)點燃，同時還增加了燃燒器的阻力。

2.2 點火特性

（1）點火初期燃燒率。由于點火能量受到限制，等離子點火技術(shù)與微油點火技術(shù)的煤粉燃燒率也比較低。首先，煤粉初期的燃燒不會那么充分，其次，爐膛溫度是燃燒率決定的主要因素，而在點火初期，大部分煤粉在后期混合燃燒，爐膛溫度并不會很高。所以，在冷鍋爐下點火，為了提高一次風(fēng)溫和爐膛溫度，必須設(shè)置冷爐啟動系統(tǒng)。由于氣膜風(fēng)會對點火初期的燃燒器噴口穩(wěn)定性造成影響，因此在點火初期盡量少開或不開周界風(fēng)[1]，待點燃穩(wěn)定后，隨著火焰的穩(wěn)定逐步增加氣膜風(fēng)，能夠有效改善等離子燃燒器的壁溫。由于1000MW機組的過熱器和再熱器吸熱較好，點火初期的升溫率較快，但為了保證過熱器氧化皮不發(fā)生脫落，在冷爐啟動要控制點火升溫率。（2）點火過程煤粉爆燃性。節(jié)油點火過程中爐膛內(nèi)積存的煤粉十分容易爆燃，其產(chǎn)生的煙氣會導(dǎo)致爐膛壓力陡升。爐膛壓力一般要控制在0.5KPa以內(nèi)。煤粉質(zhì)量濃度為0.1-0.2kg/m3是安全燃燒的濃度，而如果1000kW機組的煤粉在180秒內(nèi)沒有被點燃，爐膛內(nèi)煤粉質(zhì)量的濃度就可達(dá)到0.038kg/m3，當(dāng)煤粉質(zhì)量濃度在0.3kg/m3以上時，就非常容易發(fā)生爆燃。等離子點火技術(shù)和微油點火技術(shù)的快速點火和逐級燃燒能夠有效避免點火過程中的煤粉燃爆。

2.3 媒粉燃盡度

由于點火初期爐膛內(nèi)的溫度較低，等離子點火的煤粉燃盡度較差，產(chǎn)生的飛灰可燃物容易導(dǎo)致尾部二次燃燒；而微油點火的燃燒器火焰溫度比較高，能夠讓煤粉發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，其燃盡度也相對較高。

2.4 點火可靠性

等離子點火技術(shù)的啟動過程相對復(fù)雜且響應(yīng)時間較長。在這種情況下，各種技術(shù)層面的故障也會相應(yīng)增多，在運行過程中需要加強維護(hù)和監(jiān)視，提高其可靠性。微油點火技術(shù)的啟動響應(yīng)較快，投運率也比較高，工況發(fā)生變化仍然不影響正常點火，運行過程的安全性和可靠性相對較高。

3 經(jīng)濟性比較

3.1 初期安裝設(shè)備費用比較

以1000MW機組鍋爐安裝8個點火裝置為例，一套等離子點火裝置設(shè)備價格在約600萬元，一套微油點火系統(tǒng)費用在約200萬元。費用中包含了設(shè)計費、采購費及相應(yīng)備件費用等。

3.2 投產(chǎn)后年運行費用分析

機組投產(chǎn)后的運行費用主要包括點火裝置的運行費用、維護(hù)費用、更換費用，以及電費等。機組運行方式為每年冷態(tài)啟動2次，18小時，熱態(tài)啟動6次，18小時。低負(fù)荷穩(wěn)燃運行時間260小時，每度電的成本價按0.2元/kW·h計算。

（1）等離子點火裝置的運行費用包含電耗及陰陽極更換費用，等離子點火裝置功率200kW。

電耗費用：200kW×8只×（18h+18h+260h）×0.2元/kW·h=9.47（萬元）

陰陽極消耗費用：每個陰極頭1500元，壽命50h，每個陽極10000元，壽命500h。

（1500/50+10000/500）×8只×（18h+18h+260h）=11.84（萬元）。

年運行總費用：11.84+9.47=21.31（萬元）。

（2）微油點火系統(tǒng)的運行主要費用來源于燃油費，燃油價格按6000元/t，每只油槍平均出力50kg/h。

（18h+18h+260h）×8只×50kg/h×6元/kg=71.04（萬元）。

按照電力行業(yè)常用的最小年費用法對比，固定費用率取代表值0.17。

等離子點火裝置年費用：600萬元×0.17+21.31萬元=123.31（萬元）。

微油點火系統(tǒng)年費用：200萬元×0.17+71.04萬元=105.04（萬元）。

通過以上估算對比分析，等離子點火裝置與微油點火系統(tǒng)經(jīng)濟性相當(dāng)，因此設(shè)備費用、及燃油價格的變化都可以影響兩者擇優(yōu)，建議電廠在選擇哪種助燃方式時，通過實時的設(shè)備價格、燃油價格及兩種助燃方種在其它方面的綜合對比分析獲得最優(yōu)方案。

4 結(jié)束語

就目前而言，等離子點火技術(shù)和微油點火技術(shù)依舊是點火方式的主要選擇，都能夠在節(jié)油和穩(wěn)定方面取得比較好的效果。技術(shù)層面，微油點火的可靠性比較高，對煤質(zhì)的要求較低，系統(tǒng)簡單，日常維護(hù)方便；而等離子點火技術(shù)雖然系統(tǒng)能夠比較復(fù)雜，但其能夠?qū)崿F(xiàn)無油點火，在用油量方面的更加具有優(yōu)勢。經(jīng)濟效益方面，等離子點火初期投資較微油點火大，但在正式運行后，由于等離子點火更節(jié)油，其經(jīng)濟優(yōu)勢更加突出。隨著油價的不斷上漲和資源的日益緊缺，等離子點火技術(shù)的優(yōu)勢會越來越明顯，在未來會成為點火的首選方式。

參考文獻(xiàn)

[1]余長軍.微油點火技術(shù)和等離子點火技術(shù)在火電廠燃煤鍋爐上的應(yīng)用[J].太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2015，14（3）：194-196.

[2]張人超.等離子點火技術(shù)與微油點火技術(shù)在1000MW機組應(yīng)用的技術(shù)性和經(jīng)濟性比較[J].廣東電力，2013，26（3）：113-117.