隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力工業(yè)的發(fā)展更是迅猛。到2005年底，裝機(jī)容量已超過(guò)5億kW，其中火電占全國(guó)裝機(jī)容量的75. 6%。機(jī)組的啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃需消耗大量的石油資源，年耗油量達(dá)到1 322萬(wàn)t，其中鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)及穩(wěn)燃用油約600萬(wàn)t。到2007年，隨著新機(jī)組的陸續(xù)投運(yùn)，點(diǎn)火及穩(wěn)燃用油將達(dá)到1 000多萬(wàn)t；到2020年，我國(guó)燃煤發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量將達(dá)到10億kW。燃油消耗的激增將對(duì)我國(guó)能源安全造成日益嚴(yán)重的影響。因此，控制鍋爐燃油消耗已成為當(dāng)前我國(guó)火電機(jī)組的當(dāng)務(wù)之急，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)、秸稈壓塊機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
隨著我國(guó)對(duì)石油需求的加劇，發(fā)電企業(yè)的燃料成本增加，節(jié)約燃料用油的工作日顯重要。節(jié)油重點(diǎn)由低負(fù)荷穩(wěn)燃過(guò)程轉(zhuǎn)向鍋爐點(diǎn)火與停爐過(guò)程（發(fā)電廠鍋爐啟、停時(shí)耗油占60%，低負(fù)荷穩(wěn)燃耗油占40%）。在這種背景下，傳統(tǒng)的大油槍點(diǎn)火方式已不能適應(yīng)日益緊張的石油資源供應(yīng)形勢(shì)，等離子點(diǎn)火、高溫空氣無(wú)油點(diǎn)火及小油槍點(diǎn)火技術(shù)等各種無(wú)油或少油點(diǎn)火穩(wěn)燃節(jié)油技術(shù)不斷涌現(xiàn)。其中等離子點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，它不僅可以實(shí)現(xiàn)煤粉鍋爐無(wú)油點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃，節(jié)省燃油資源，而且對(duì)于配有靜電除塵器的機(jī)組，點(diǎn)火期間就可投運(yùn)電除塵器，具有良好的環(huán)保效益。但等離子點(diǎn)火裝置的投資成本和運(yùn)行費(fèi)用都比較高，而且系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜。
氣化小油槍點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)是北京國(guó)電清方科技發(fā)展有限公司自主開(kāi)發(fā)的專利技術(shù)，是在百余臺(tái)小油槍煤粉直燃式燃燒器成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的新型燃燒技術(shù)，已在300 MW及以下機(jī)組的燃煤鍋爐上得到應(yīng)用。其設(shè)備投資成本約為等離子技術(shù)的1/3，運(yùn)行每臺(tái)爐每只氣化小油槍每小時(shí)油耗可控制在20 kg/h以內(nèi)。另外，由于點(diǎn)火初期油燃燒完全，對(duì)靜電除塵器的極板無(wú)粘污，不用解列靜電除塵器，大大減少了粉塵排放量。因此，氣化小油槍點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)作為一種應(yīng)用于電站鍋爐啟動(dòng)、停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃的新節(jié)油技術(shù)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
1、氣化小油槍點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)的基本原理
氣化小油槍點(diǎn)火穩(wěn)燃系統(tǒng)主要由燃油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、高壓風(fēng)系統(tǒng)及氣化小油槍等組成，其典型系統(tǒng)構(gòu)成如圖l所示。控制系統(tǒng)采取就地手動(dòng)控制和遠(yuǎn)方操作，就地保護(hù)、信號(hào)與DCS進(jìn)行了接口j輔助系統(tǒng)由燃燒器壁溫監(jiān)測(cè)、圖像火焰監(jiān)測(cè)、二次風(fēng)等系統(tǒng)構(gòu)成。
1.1氣化小油槍燃燒器的工作原理
利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎，霧化成超細(xì)油滴進(jìn)行燃燒，同時(shí)用燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)燃料進(jìn)行初期加熱、擴(kuò)容、后期加熱，在極短的時(shí)間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)氣化，使油槍在正常的燃燒過(guò)程中直接燃燒氣體燃料，從而大大提高燃燒效率及火焰溫度。氣化燃燒后的火焰剛性極強(qiáng)，其傳播速度極快，超過(guò)聲速，中心溫度高達(dá)1500 -2 000℃，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)進(jìn)行直接點(diǎn)燃煤粉燃燒，從而實(shí)現(xiàn)電站鍋爐啟動(dòng)、停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃。壓縮空氣主要用于點(diǎn)火時(shí)實(shí)現(xiàn)燃油霧化、正常燃燒時(shí)加速燃油氣化及補(bǔ)充前期燃燒需要的氧量，高壓風(fēng)主要用于補(bǔ)充后期加速燃燒所需要的氧量。
1.2氣化小油槍直接點(diǎn)燃煤粉工作原理
氣化小油槍燃燒形成的高溫火焰使進(jìn)入一次室的濃相煤粉顆粒溫度急劇升高、破裂粉碎，并釋放出大量的揮發(fā)份迅速著火燃燒，然后由已著火的濃相煤粉在二次室內(nèi)與稀相煤粉混合并點(diǎn)燃，實(shí)現(xiàn)了煤粉的分級(jí)燃燒，能量逐級(jí)放大，達(dá)到點(diǎn)火并加速煤粉燃燒的目的，大大減少煤粉燃燒所需要的引燃能量，滿足了鍋爐啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃的需求。周界冷卻二次風(fēng)主要用于保護(hù)噴口安全，防止結(jié)焦燒損及補(bǔ)充后期燃燒所需氧量。
1.3氣化小油槍投油穩(wěn)燃工作原理
采用濃淡燃燒方式已經(jīng)使煤粉在著火區(qū)域形成了高濃度、高溫度、少空氣、易著火的有利條件。投入小油槍后，輕油的烴類揮發(fā)使得煤粉著火區(qū)域的揮發(fā)份濃度和還原性氣氛有了顯著提高，著火熱降低，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌欤欣谥鸷头�(wěn)燃。小油槍投入以后，大大改善了煤粉的著火條件，使得每支直流燃燒器形成了各自獨(dú)立的燃燒小中心，同層燃燒組織此時(shí)具有了臨角互穩(wěn)和單角自穩(wěn)的雙重穩(wěn)燃條件，二者疊加將大大提高穩(wěn)燃效果。
煤粉中的揮發(fā)份在較低的截面熱負(fù)荷下易造成析出不穩(wěn)定，使得著火初期發(fā)生脈動(dòng)性燃燒，隨著時(shí)間的延續(xù)，使燃燒惡化。小油槍的投入，為煤粉燃燒提供了較為穩(wěn)定、充足的可燃?xì)怏w，消除了燃燒脈動(dòng)現(xiàn)象。在更低負(fù)荷需要投油穩(wěn)燃時(shí)，通過(guò)氣化小油槍的燃燒熱以提供煤粉著火區(qū)所需的局部高溫、高熱源著火條件，并且遏制煤粉著火隨負(fù)荷降低而產(chǎn)生的波動(dòng)，保證了煤粉出口的著火穩(wěn)燃要求，形成一種穩(wěn)定的熱源，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)爐膛煤粉穩(wěn)燃要求的良性燃燒循環(huán)。
2、田家庵發(fā)電廠1025t/h鍋爐設(shè)備及系統(tǒng)
2.1鍋爐概況
中國(guó)大唐集團(tuán)淮南田家庵發(fā)電廠的5號(hào)鍋爐是由上海鍋爐廠設(shè)計(jì)、制造的sc-1025/18.3 - M837型控制循環(huán)煤粉爐。該鍋爐投產(chǎn)于1996年12月，設(shè)計(jì)燃用煙煤，制粉方式為4臺(tái)低速球磨機(jī)、中間儲(chǔ)倉(cāng)、乏氣輸粉，燃燒器采用從美國(guó)CE燃燒工程公司引進(jìn)并經(jīng)改進(jìn)的一、二次風(fēng)間隔布置的WR型直流擺動(dòng)水平濃淡型煤粉燃燒器，四角布置，同心反切。
2.2煤質(zhì)分析
田家庵發(fā)電廠的5號(hào)鍋爐設(shè)計(jì)煤種和校核煤種的煤質(zhì)分析如表l所示。
3、氣化小油槍點(diǎn)火穩(wěn)燃裝置的應(yīng)用
為大量節(jié)約300 MW機(jī)組鍋爐啟動(dòng)和低負(fù)荷穩(wěn)燃用油，中國(guó)大唐集團(tuán)公司安生部以田家庵發(fā)電廠5號(hào)鍋爐為試點(diǎn)，于2005年4月17日至5月3日在該爐進(jìn)行計(jì)劃小慘時(shí)，將下第一層4只煤粉燃燒器拆除，改裝成裝有氣化小油槍直接點(diǎn)燃煤粉的氣膜式煤粉燃燒器及其裝置。該裝置包括A層內(nèi)風(fēng)膜式主燃燒器、氣化小油槍、火焰燃燒筒、氣化小油槍油系統(tǒng)、氣化小油槍壓縮空氣系統(tǒng)、高壓助燃風(fēng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、圖象火焰監(jiān)測(cè)等。對(duì)該系統(tǒng)的全部改造工作在10天內(nèi)完成。
氣化小油槍直接點(diǎn)燃煤粉的氣膜式煤粉燃燒器及其裝置為一獨(dú)立的氣化小油槍直接點(diǎn)燃煤粉的點(diǎn)火系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)及火檢與該爐原主控系統(tǒng)無(wú)交叉的相關(guān)聯(lián)系，目前該裝置的操作控制為A層燃燒器平臺(tái)就地。
3.1氣化小油槍煤粉燃燒器主要設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范
(1)氣化小油槍。油壓：0.5 -0. 65 MPa；單只油槍出力：50 - 60 kg/h；壓縮空氣壓力：0.5 -0. 65 MPa；壓縮空氣流量：0.9Nm3/min左右；油槍高壓風(fēng)壓力：>4 000 Pa左右；油槍高壓風(fēng)流量：1000 m3/h左右；氣化小油槍燃燒火焰中心溫度：1 500 -2 000℃；火焰顏色：蘭色透明；點(diǎn)火投粉要求一次風(fēng)風(fēng)速：20 - 24 m/s；可點(diǎn)燃煤粉量4-8Uh；一次風(fēng)風(fēng)溫：≥送風(fēng)溫度。
(2)內(nèi)風(fēng)膜式燃燒器。燃燒器熱功率：與改進(jìn)前相同；濃淡煤粉析出方式：與改進(jìn)前相同；內(nèi)風(fēng)膜：原周界風(fēng)變?yōu)閮?nèi)風(fēng)膜風(fēng)。
3.2改造后機(jī)組的調(diào)試、運(yùn)行情況
3.2.1氣化小油檢鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火
2005年5月3日21: 30氣化小油槍點(diǎn)火系統(tǒng)安裝、調(diào)試完畢，鍋爐開(kāi)始冷態(tài)點(diǎn)火，點(diǎn)燃的第1只小油槍是3號(hào)小油槍。3號(hào)氣化油槍點(diǎn)燃、著火正常后即投入給粉機(jī)運(yùn)行，給粉機(jī)轉(zhuǎn)速大約為120r/min，一次風(fēng)風(fēng)速為27m/s，肉眼觀察到開(kāi)始時(shí)粉量很小，燃燒器著火有火星，無(wú)明顯未著火煤粉，隨著粉量正常，煤粉著火迅速，爐膛燃燒基本穩(wěn)定。
2005年5月29日20: 00第2次冷態(tài)點(diǎn)火啟動(dòng)，將周界風(fēng)風(fēng)門關(guān)閉，一次風(fēng)風(fēng)速維持在20 m/s，按順序點(diǎn)燃1-4號(hào)氣化小油槍，小油槍的火焰發(fā)藍(lán)，著火迅速，燃燒反應(yīng)劇烈。投運(yùn)下層1號(hào)給粉機(jī)，給粉逐漸正常，轉(zhuǎn)速調(diào)整至250r/min，煤粉著火迅速，燃盡率較高；繼續(xù)投運(yùn)其余3臺(tái)給粉機(jī)，燃燒基本正常，隨著4角的全部投入，爐內(nèi)溫度升高，火焰越發(fā)明亮，燃燒無(wú)異常，升溫升壓滿足規(guī)程要求。升溫升壓采甩控制給粉機(jī)轉(zhuǎn)速的方法實(shí)現(xiàn)，2.5 h后即22: 30分投運(yùn)鄰層給粉機(jī)，此時(shí)下層給粉機(jī)轉(zhuǎn)速大約為350 r/min，投運(yùn)后燃燒未出現(xiàn)惡化，爐膛負(fù)壓正常，完全能滿足鍋爐升溫升壓需求，直到次日凌晨5:20氣化小油槍全部撤出，機(jī)組斷油，運(yùn)行期間油槍及其系統(tǒng)運(yùn)行可靠。
3.2.2氣化小油槍做鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃
2005年5月5日23: 00，機(jī)組負(fù)荷150WM，開(kāi)始投油穩(wěn)燃試驗(yàn)，一次風(fēng)風(fēng)速為24m/s，給扮機(jī)轉(zhuǎn)速為360 r/min，氣化小油槍供油壓力為0.45 MPa，投入1、3號(hào)氣化小油槍，鍋爐負(fù)壓穩(wěn)定無(wú)異常波動(dòng)，噴口燃燒穩(wěn)定無(wú)結(jié)焦現(xiàn)象，燃燒器壁溫不超過(guò)400℃，穩(wěn)定運(yùn)行1h無(wú)異常，24: 00試驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)表明，機(jī)組在低負(fù)荷燃燒不穩(wěn)時(shí)可投用氣化小油槍來(lái)穩(wěn)燃，能滿足穩(wěn)燃要求。
3.2.3氣化小油槍停爐中使用
2006年1月15日22: 00，鍋爐停機(jī)小修，A、B原煤倉(cāng)燒空，C、D煤粉倉(cāng)燒空，汽機(jī)滑降缸溫，電氣作廠用電切投試驗(yàn)等，至次日1：00機(jī)組解列，利用氣化小油槍將機(jī)組負(fù)荷滑至46 MW，一切正常。該機(jī)組小修后．1月29日調(diào)試啟動(dòng)時(shí)使用氣化小油槍正常。
3.3經(jīng)濟(jì)效益分析
根據(jù)田家庵發(fā)電廠5號(hào)鍋爐安裝后使用的情況，300 MW機(jī)組低負(fù)荷穩(wěn)燃及停機(jī)中使用的燃油比機(jī)械霧化的大油槍可節(jié)油90%以上，鍋爐冷態(tài)起動(dòng)的比大油槍可節(jié)油70%以上，大大的節(jié)約了鍋爐燃油。
一臺(tái)300 MW機(jī)組按年平均啟停2次和低負(fù)荷穩(wěn)燃等年用油量300 t計(jì)算，采用該技術(shù)可節(jié)油200 t以上，折合人民幣近百萬(wàn)元，不到2年可收回投資。
4、結(jié)論
氣化小油槍點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)在電站大型鍋爐上作為一種鍋爐啟動(dòng)、停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃的新型節(jié)油技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)鍋爐的穩(wěn)定燃燒和高節(jié)油率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
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