關(guān)于鍋爐點火穩(wěn)燃技術(shù)的討論

劉巍

【摘要】鍋爐最低負荷主要取決于燃燒穩(wěn)定性。根據(jù)國家能源局對火電靈活性改造的要求及集團公司的相關(guān)要求，實施靈活性改造后，機組深度調(diào)峰能力需達到30%負荷以下，原則上要達到25%負荷。論文主要是保證該電廠1號鍋爐在冷爐點火時不投或少投大油槍，節(jié)約大量燃油，在最低穩(wěn)燃負荷（130MW）以下助燃時保證鍋爐穩(wěn)定燃燒，且不對尾部脫硝、空預器、電除塵及脫硫等系統(tǒng)造成不利影響。

【Abstract】Boiler minimum load mainly depends on combustion stability. According to the requirements of the national energy administration on the flexible transformation of thermal power and the relevant requirements of the group company， after the implementation of the flexible transformation， the unit's deep peak-shifting capacity should be less than 30% of the load， in principle， to reach 25% of the load. The main purpose of this paper is to ensure that the No.1 boiler of this power plant does not throw large oil gun or less during the ignition of cold furnace， which can save a lot of fuel oil and ensure the stable combustion of the boiler when the lowest stable combustion load （130MW） is lower than the combustion， and does not cause adverse effects on the denitration of the tail， air preheater， electric dust removal and desulfurization systems.

【關(guān)鍵詞】穩(wěn)燃;等離子點火;富氧少油點火;富氧等離子點火

【Keywords】stable combustion; plasma ignition; ignition with oxygen and less oil; oxygen-rich plasma ignition

【中圖分類號】TM621 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2020）01-0192-02

1 某電廠穩(wěn)燃系統(tǒng)現(xiàn)狀及分析

某電廠1號鍋爐設(shè)計煤種和目前燃用煤種均為貧煤（干燥無灰基揮發(fā)份僅為19%左右），對該電廠1號機組進行的低負荷運行試驗的結(jié)果表明，1號機組在140MW負荷以上脫硝系統(tǒng)入口煙溫大于催化劑最低許用溫度（320℃）低負荷（130MW以下）運行須投用少油點火系統(tǒng)穩(wěn)燃（低負荷下長時間投用少油對尾部脫硝、電除塵及脫硫等系統(tǒng)的影響未進行驗證）。

為了提高機組運行靈活性，增強機組靈活啟停及低負荷穩(wěn)燃、運行能力，須增設(shè)一套點火及穩(wěn)燃系統(tǒng)，與現(xiàn)有少油點火及穩(wěn)燃系統(tǒng)互為備用，當C層系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，新增的一套點火、穩(wěn)燃系統(tǒng)可及時投入，避免機組無法按時啟動或非停，而且一定程度上可以減少耗油量。

2 火力發(fā)電廠的三種穩(wěn)燃技術(shù)

2.1 大功率等離子點火穩(wěn)燃技術(shù)

等離子點火系統(tǒng)的原理是利用直流電將以載體風為介質(zhì)的氣體電離，產(chǎn)生功率穩(wěn)定、定向流動的直流空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的一級燃燒筒中形成溫度大于4000K、梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過該等離子“火核”受到高溫作用，能在3～10s內(nèi)迅速釋放出大量揮發(fā)份，同時也使煤粉顆粒破裂粉碎。揮發(fā)份迅速燃燒釋放熱量，從而使煤粉碳顆粒著火燃燒。

與傳統(tǒng)的煤粉燃燒器不同，等離子點火燃燒器是借助等離子發(fā)生器產(chǎn)生的高溫等離子體來點燃煤粉的，屬內(nèi)燃型燃燒器。等離子點火燃燒器在煤粉進入燃燒器的初始階段就用高溫等離子體將煤粉點燃：在建立一級點火燃燒過程中，將經(jīng)過濃縮的煤粉送入等離子體高溫火核中心區(qū)域，高溫等離子體同濃煤粉混合，伴隨的熱化學反應過程，提高煤粉釋放的揮發(fā)份的含量，強化了燃燒過程;后續(xù)的煤粉在燃燒器內(nèi)分級被點燃、火焰逐級放大，可在燃燒器噴嘴處形成3～5m長的火焰（與給粉量有關(guān)）。等離子點火系統(tǒng)如圖1所示。

鍋爐大功率等離子體點火穩(wěn)燃節(jié)油技術(shù)改造以后，預期：①通過冷爐熱一次風送粉，減少鍋爐冷態(tài)啟動耗油。②機組深度調(diào)峰低負荷助燃時節(jié)約燃油。③減少油污產(chǎn)生，對鍋爐尾部受熱面、脫硝、除塵器及脫硫漿液不會造成污染，可以在點火初期就投入除塵器等環(huán)保設(shè)備。另外，由于減少油槍的投入數(shù)量和時間，減少耗油量，不但可以達到節(jié)省燃油消耗的目的，而且可在一定程度上有效解決未燃盡油污對脫硝、除塵、脫硫等設(shè)備的污染，增強鍋爐運行的安全性。

2.2 富氧少油點火技術(shù)

少油點火技術(shù)的原理：在距煤粉燃燒器噴口前一定距離一次風管的中心插入油燃燒器，點火時由油燃燒器產(chǎn)生的高溫油火焰將通過煤粉燃燒器的一次風粉瞬間加熱到煤粉的著火溫度，一次風粉混合物受到高溫油火焰的沖擊，揮發(fā)份迅速析出同時開始燃燒，揮發(fā)份的燃燒放出大量的熱，補充了此間消耗的熱量，并持續(xù)對一次風粉進行加熱，將其加熱至高于該煤種的著火溫度，從而使煤粉中的碳顆粒開始燃燒，形成高溫火炬噴入爐膛[1]。該油燃燒器是由航空發(fā)動機的高壓強制配風油燃燒器發(fā)展而來的低壓強制配風油燃燒器，通過分級強制配風使其發(fā)出高溫火焰，火焰表面溫度測定為1520℃，中心溫度不低于1800℃，油燃盡率99%以上。油燃燒器出力范圍在20～400kg/h。

根據(jù)該電廠1號鍋爐的實際情況，考慮在鍋爐A層配套安裝富氧少油點火燃燒器。富氧少油點火系統(tǒng)如圖2所示。富氧少油點火系統(tǒng)包括氧站、富氧煤粉燃燒器、富氧油燃燒器、氧氣輸送管路系統(tǒng)、燃油及吹掃系統(tǒng)、燃燒器壁溫在線監(jiān)測系統(tǒng)、一次風速在線監(jiān)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、冷爐啟磨系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。

富氧少油點火技術(shù)有以下優(yōu)點：

①可以在很大程度上解決點火初期燃盡率偏低和劣質(zhì)煤點火的問題。②對于劣質(zhì)煤的點火，加入局部富氧空氣，能降低其著火溫度，同時促進揮發(fā)份和焦炭的燃燒。對劣質(zhì)煤尤其是無煙煤點火，通過富氧技術(shù)的應用，可以進一步降低啟動油槍的出力，使其更容易燃盡。③局部富氧還能進一步促進小油槍的燃燒，產(chǎn)生更高溫度的火焰，強化點火能力。④在需要低負荷穩(wěn)燃時，可以首先通過加入富氧來支持燃燒穩(wěn)定，極大地降低穩(wěn)燃油耗。⑤初期投資較少，節(jié)油效果顯著，運行維護方便。富氧少油點火技術(shù)的缺點是需要增加氧站及氧氣輸送管道，仍然需要一定的燃油，安全性方面不及等離子點火技術(shù)。

2.3 富氧等離子點火技術(shù)

富氧等離子點火技術(shù)是富氧燃燒技術(shù)與傳統(tǒng)的等離子體點火技術(shù)的有機結(jié)合，即根據(jù)裕華熱電煤種揮發(fā)份偏低的實際情況，不但提高等離子點火功率，而且在等離子體點燃煤粉的過程中，適當位置加入強助燃劑——純氧，可以極大地改善點火效果，拓展等離子體點火對煤質(zhì)、運行參數(shù)的適應性[2]。

富氧等離子點火技術(shù)正是利用了純氧的強助燃特性，在等離子體點火燃燒器的分級燃燒室內(nèi)噴入純氧，噴氧管呈環(huán)形對稱布置，每一支噴氧管在局部都會形成一個劇烈燃燒的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)不僅僅揮發(fā)份參與燃燒，焦炭也在短時間內(nèi)燃燒并釋放出更多的熱量，可以認為每一個噴氧管相當于一個點火源，大大提升了等離子體燃燒器的點火能力，并提高了鍋爐啟動初期煤粉燃燒效率，降低了未燃盡煤粉在尾部煙道和空預器發(fā)生二次燃燒的可能性。

富氧等離子點火技術(shù)的氧氣來源于液態(tài)氧氣化，系統(tǒng)主要包括液氧罐、氣化器、氧氣輸送管路、壓力變送器、閥門（關(guān)斷閥、逆止閥、安全閥及就地氧氣分支的閥門、儀表組件等）。依據(jù)該電廠的實際情況，可將A層共4只主煤粉燃燒器改造成富氧等離子點火燃燒器，并布置相應的氧氣系統(tǒng)。富氧等離子點火燃燒器示意圖如圖3所示。

新型富氧等離子點火燃燒器，采用兩級加氧助燃，設(shè)計等離子發(fā)生器功率調(diào)節(jié)范圍為120～200kW，煤種的適應能力大大增強[3]。該技術(shù)可穩(wěn)定點燃Aad≤40%，Vdaf≥16%的貧煤或劣質(zhì)煙煤。同時，新燃燒器在結(jié)構(gòu)上進行了優(yōu)化，防結(jié)渣及抗磨損能力進一步提升。由于氧氣系統(tǒng)始終處于待壓狀態(tài)，能滿足鍋爐隨時點火和穩(wěn)燃需要，富氧助燃還可以根據(jù)煤質(zhì)變化調(diào)整氧量，在低負荷穩(wěn)燃階段可以采用只投用富氧不投用等子的方式助燃，運行方便靈活，適應范圍寬，改造后將大大提高機組運行靈活性。

3 結(jié)語

針對該電廠1號鍋爐的實際情況及燃用煤質(zhì)的情況，大功率等離子點火穩(wěn)燃技術(shù)、富氧少油點火技術(shù)和富氧等離子技術(shù)三種方案在技術(shù)上均是成熟可行。

【參考文獻】

【1】國能綜電力[2016]397號.關(guān)于下達火電靈活性改造試點項目的通知[Z].

【2】GB 50030—2013氧氣站設(shè)計規(guī)范[S].

【3】GB 13223—2011火電廠大氣污染物排放標準[S].