等离子与油点火在准大发电厂的成功应用

2012-08-30 16:54:00 科学时代·下半月 2012年6期

郝轰宇 牛美荣

[摘 要] 本文介绍了内蒙古国电能源投资有限公司准大发电厂,等离子与油点火的成功应用,对其基本原理,燃烧机理、系统组成、煤种适应性、点火方式等进行了阐述。几年的运行结果表明:等离子点火装置具有节省启动阶段燃油的能力,运行和维护费用低廉,结构简单,操作控制方便等优点,有较大的推广应用价值。与油点火相结合,在提高经济效益的同时,也提高了机组的安全性能。

[关键词] 燃烧器等离子油枪点火原理系统组成

1.概述

大型工业煤粉锅炉的点火和稳燃传统上都是采用重油或者天然气等稀有燃料来实现的,近年来,随着世界性的能源紧张,原油价格不断上涨,火力发电燃油越来越受到限制。等离子点火是一种新型的锅炉启停与稳燃技术,可以实现煤粉锅炉无油点火和低负荷燃烧。

2.等离子点火的组成及工作原理

2.1等离子的点火原理

利用直流电流在等离子载体空气中接触引弧,并在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体,该等离子体在专门设计的燃烧器的中心燃烧筒中形成温度T>5000K的,温度梯度极大的局部高温区,煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用,并在10-3秒内迅速释放出挥发物,使煤粉颗粒破裂粉碎,从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行,使混合物组分的粒级和成分发生变化,有助于加速煤粉的燃烧,大大地减少点燃煤粉所需要的引燃能量。这样就可以用很低的能量点燃部分煤粉。然后,以内燃,逐级放大的方式,将整个燃烧器点燃,实现用等离子弧直接点火的目的。

2.2等离子点火系统组成

等离子体点火燃烧器、等离子体发生器、等离子体电源及控制系统、冷炉制粉系统、风粉在线检测系统、压缩空气系统、循环冷却水系统以及火焰检测等系统构成。

等离子燃烧器改造一般布置在下层原主燃烧器位置,将该下层燃烧器一部或全部改造为等离子燃烧器,准大发电厂300MW的锅炉,设4台等离子燃烧器。

3.煤种适应性

从实际使用情况看,等离子对煤质稳定性的要求较高,主要是因为不同的煤质稳定点燃所需的点火能量不同,等离子技术的点火输入功率一般为110kW左右(约10kg油的发热量),容量增加时电气设备也要相应增加,较为困难,因此输入功率的提高受到一定的限制。

等离子点火技术对于Aar≤ 35%的烟煤,可以做到无油点火;对于Aar=35~45%的烟煤,可以做到节油点火;对于,Var≤ 19%的烟煤等离子点火已经较难适应。对于Mt≤25%,Aar≤30%的褐煤,可以实现无油点火,对于Mt≤28%,Aar≤14%的褐煤,可以实现节油点火。对于Mt=40~42%的褐煤,目前点火困难,需用油枪伴烧。

气化油枪点火技术实际是借鉴了等离子点火的系统工程技术,只是将等离子发生器换为了气化油枪,同时又可适当调节和增加功率。因此,对于煤种的适应性好于等离子点火技术。它可以适应于所有烟煤,但是对于Var≤ 19%的烟煤小油枪的出力将提高到150kg/h以上。

4.冷炉点火

冷炉点火方式有多种选择:先点燃油枪,待炉内温度升高,热风温度可以满足制粉系统制粉后投入等离子点火,再撤出油枪;利用邻炉热风制粉或在磨煤机入口加装暖风器的方式,满足点火初期制粉的需要,直接用等离子或气化油枪点火启动;

等离子和气化小油枪标准化设计都配有冷炉制粉系统,主要是在进行改造的燃烧器对应磨煤机的入口安装暖风器,暖风器的设计既要保证在冷炉阶段的制粉出力的要求,又不能对管道阻力造成较大影响。

通过降低点火初期的磨煤机出力和采用管道煤粉浓缩技术保证煤粉稳定的点燃,减小初期机组启动热负荷。冷炉点火阶段,两种点火方式均能满足锅炉冷态启动曲线的要求,为避免过热器氧化皮脱落的问题,刚开始点火时升温速率较高(在规程要求之内),可能会造成氧化皮的脱落,冷炉点火时先投油枪暖炉后再用等离子或小油枪的点火方式,这一问题的关键,是降低初始功率。冷炉点火阶段,两种点火方式均能满足锅炉冷态启动曲线的要求。

5.锅炉点火初期煤粉量

锅炉点火初期的煤粉量受两个因素影响,一是锅炉的初始燃烧率,二是磨煤机的最小出力。

根据等离子点火的测试结果,初始燃烧率不超过额定负荷的5%,对于我厂用煤满负荷时总煤量在180吨左右,考虑到冷炉点火初期的燃尽率,如为85%,机组启动时的燃煤量不能超过8吨。

磨煤机的最小出力是直接反映锅炉刚启动时的输入热量,最小出力大于锅炉初始燃烧率时,锅炉的温升速率会提高,因此,为减小温升速率过高,对于必须设法进一步降低磨煤机的出力(低于磨煤机设计最小出力)。但磨煤机的最小出力受磨煤机型式,干燥、研磨、通风、基本出力、磨煤机振动的制约。采取调整磨煤机加载、控制风温等方法,进一步降低后的磨煤机最低出力差别较大。一般出力过低时磨煤机振动较大,磨煤机安全运行受到威胁。因此,磨煤机出力的降低是有一定限度的。同时磨煤机的出力降低后由于风量不是等比降低的,造成煤粉浓度下降,在煤粉浓度低于0.20kg/kg时对于等离子点火技术较难点燃,油点火技术由于油量较大,输入热量是等离子的2倍以上,所以点燃能力较强,但为保证点火的可靠性,两种技术都采用了管道煤粉浓缩技术。

6.助燃效果与低负荷稳燃性能

在锅炉正常运行期间,等离子和气化油点火设备处于备用状态,等离子或气化油点火燃烧器作为主燃烧器使用时,稳燃性能有所下降。当锅炉接近或达到最低不投油稳燃负荷以下时,等离子点火或气化油点火设备可投入稳定负荷。

7.可靠性分析

等离子点火易损部件主要是阴极和阳极,一般阴极的寿命在100h左右,阳极的寿命在500~1000h之间,根据拉弧时间的长短,制造厂设计了阴阳极寿命监测装置,可作为更換时的参考,但因阴极的寿命相对较短,等离子装置使用期间,运行维护人员必须加强监视和维护,以提高可靠性。

等离子点火断弧,是威胁点火安全的主要问题,主要是需要保证载体风的品质,准大电厂采用压缩空气作为等离子载体。气化油点火技术最常见的故障是小油枪堵塞造成灭火。对于烟煤由于油枪出力低,雾化装置孔径较小,油管路稍有杂物即造成堵塞,造成燃烧器灭火,威胁点火的安全。油枪积炭堵塞,也是主要故障之一。因此,气化油点火技术关键在于油管路的施工工艺,准大电厂采用氩弧焊打底,电焊盖面,油管路用蒸汽吹扫以后以后充油。并定期清理油枪滤网和油枪头,以保证油的质量、管道干净,大大提高了可靠性。

8.结论

通过对我厂#1 机组锅炉安装的等离子点火煤粉燃烧器的调整试验和运行状况,我们认为:

1)等离子点火具有节省启动调试阶段燃油的作用,若在吹管阶段即投运,则节油更可观。投产后,它还具有节省机组运行、调峰阶段助燃用油的能力,经济效益可观。

2)运行和维护费用低廉,仅是燃油的15%~0%。

3)DLZ-200 型等离子点火煤粉燃烧器在环保、安全方面社会效益显著。可降低有害物质氮、硫氧化物等的排放量,避免了用油点火初期因不能投入电除尘器而排放的大量烟尘,可更早投入电除尘器,更避免了使用燃油带来的诸多不安全隐患。

4)等离子点火煤粉燃烧器结构简单,操作控制方便。只需提供冷却水、压缩空气、交流电源和煤粉,便可实现锅炉用较少量燃油或无油启停和稳燃的目的,可简化甚至不用燃油系统。而油点火有着操作快捷,容易控制,尤其是在点火初期,其更能显出燃烧稳定,燃烧迅速的特点,两者的相互配合不仅提高了机组的经济型,同时也大大提高了其运行的安全性。

参考文献:

[1]《等离子点火系统应用维护手册》

[2]《燃油点火系统说明书》

[3]《准大发电厂检修规程点火系统控制部分》

作者简介:

郝轰宇(1976年-),男,工程师,热工班长,主要从事发电厂热工方面的研究。