利用小能量燃燒煤粉的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

利用小能量燃燒煤粉的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

1等離子和微油點(diǎn)火技術(shù)中國石油資源儲量有限，經(jīng)濟(jì)高效是基本國家所必需的。近年來,隨著等離子和微油點(diǎn)火技術(shù)的日趨發(fā)展,為減少新建火電機(jī)組及運(yùn)行中鍋爐啟動以及低負(fù)荷用油節(jié)省了大量能源。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排的大目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。2工作原則的總結(jié)2.1等離子體火核煤粉的燃燒機(jī)理利用直流電流(280A～350A),在介質(zhì)氣壓0.01～0.03MPa條件下引弧,并在強(qiáng)磁場作用下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體,該等離子體在燃燒器的一次燃燒筒中形成溫度T>5000K梯度極大的局部高溫火核,煤粉顆粒在通過該等離子火核時受到高溫作用,并在10-3秒內(nèi)迅速釋放揮發(fā)分并被破碎而再造揮發(fā)分,從而達(dá)到迅速燃燒,由于反應(yīng)是在氣固兩相流中進(jìn)行,混合物組分粒級發(fā)生變化,使煤粉燃燒速度加快,大幅度降低了促使煤粉燃燒所需的能量,實(shí)現(xiàn)了利用小能量點(diǎn)燃煤粉的目的。等離子發(fā)生器為磁穩(wěn)等離子空氣載體發(fā)生器,它有線圈、陰極、陽極組成,其拉弧原理為:在一定輸出電流條件下,當(dāng)中心陰極同陽極發(fā)生接觸后,系統(tǒng)具有接短路能力且電流恒定不變,當(dāng)陰極離開陽極時產(chǎn)生電弧,電弧在線圈磁力作用下拉出噴管外部,一定壓力的空氣在電弧作用下,被電離為高溫等離子體(能量密度高達(dá)105W/cm2),為點(diǎn)燃煤粉創(chuàng)造了良好條件。2.2氣化燃燒火焰利用機(jī)械霧化將燃料油擠壓、撕裂、破碎,產(chǎn)生超細(xì)油滴后通過高能點(diǎn)火器引燃,同時巧妙地利用高強(qiáng)度的燃燒室,使燃油在氣化狀態(tài)下燃燒,可以大大提高燃油火焰溫度,并急劇縮短燃燒時間。氣化燃燒后的火焰,見圖2。氣化后的火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤?、火焰呈藍(lán)色,中心溫度高達(dá)1500～2000℃,可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)直接點(diǎn)燃一級煤粉,從而實(shí)現(xiàn)電站鍋爐啟動、停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃。壓縮空氣主要用于點(diǎn)火時實(shí)現(xiàn)燃油霧化、正常燃燒時加速燃油氣化及補(bǔ)充前期燃燒需要的氧量;壓力冷風(fēng)主要用于補(bǔ)充后期加速燃燒所需的氧量。3等汽和微油擠出系統(tǒng)的組成和性能3.1等離子體電源及控制系統(tǒng)等離子體點(diǎn)火燃燒器、等離子體發(fā)生器、等離子體電源及控制系統(tǒng)、暖風(fēng)器系統(tǒng)、風(fēng)粉在線檢測系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、冷卻風(fēng)機(jī)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)以及火焰檢測等系統(tǒng)構(gòu)成3.2控制系統(tǒng)組成系統(tǒng)構(gòu)成:由燃油系統(tǒng)、煤粉燃燒器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、暖風(fēng)器系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等部分組成。輔助系統(tǒng)包括一次風(fēng)速在線監(jiān)測、燃燒器壁溫監(jiān)測、圖像火焰監(jiān)測、助燃風(fēng)等系統(tǒng)構(gòu)成。3.3微油點(diǎn)火技術(shù)的維護(hù)等離子點(diǎn)火技術(shù)比較成熟,從機(jī)組試運(yùn)過程來看,冷卻風(fēng)機(jī)和水泵運(yùn)行比較穩(wěn)定,易損部件主要是陰極和陽極,一般陰極的壽命在100h左右,陽極的壽命在500～1000h之間,根據(jù)拉弧時間的長短,制造廠設(shè)計(jì)了陰陽極壽命監(jiān)測裝置,可作為更換時的參考,但因陰極的壽命相對較短,等離子裝置使用期間,運(yùn)行維護(hù)人員必須加強(qiáng)監(jiān)視和維護(hù),以提高運(yùn)行穩(wěn)定性。微油點(diǎn)火技術(shù)最常見的故障是小油槍堵塞造成滅火。對于煙煤由于油槍出力低,霧化裝置孔徑較小,油管路稍有雜物即造成堵塞,造成燃燒器滅火,威脅點(diǎn)火的安全。因此,氣化微油點(diǎn)火技術(shù)關(guān)鍵在于油管路的施工工藝,必須用氬弧焊打底,電焊蓋面,油管路必須用蒸汽吹掃以后才能充油,有的工程安裝過程沒有認(rèn)真對待,造成小油槍斷油。小油槍主要的維護(hù)工作在于濾網(wǎng)和油槍頭的清理,必須保證油的質(zhì)量、管道干凈,根據(jù)濾網(wǎng)壓差的情況定期做一下清理,才能保證投入。在注意微油系統(tǒng)的同時,還要保證整個油系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。4煙氣19mw機(jī)組按照常規(guī)的試運(yùn)方法,機(jī)組在試運(yùn)期間要長期低負(fù)荷運(yùn)行,此期間鍋爐純燒油或油煤混燒,為避免未燃盡的油滴粘污鍋爐電除塵器的電極,電除塵器無法正常投入,大量煙塵直接排放到大氣中,給環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染,同時煙氣中的粉塵會對鍋爐引風(fēng)機(jī)葉片造成磨損。據(jù)統(tǒng)計(jì),300～399MW機(jī)組每次啟停煙塵排放平均為42噸。如果機(jī)組采用沒有旁路的煙氣脫硫系統(tǒng),點(diǎn)火初期的粉塵會污染吸收塔漿液。當(dāng)然雖然投入電除塵器但未完全燃燒煤粉不可能全部收集,吸收塔漿液還是有一定的污染可能,根據(jù)運(yùn)行情況需進(jìn)行漿液部分置換。在機(jī)組試運(yùn)期間投入等離子或微油點(diǎn)火系統(tǒng),電除塵器可以在鍋爐啟動及低負(fù)荷期間正常投入,大大減少粉塵的排放,避免環(huán)境污染和引風(fēng)機(jī)磨損,給電廠帶來顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。5燃用煙煤鍋爐的簡介等離子和微油點(diǎn)火經(jīng)濟(jì)的性比較,主要從初投資與運(yùn)行和維護(hù)成本、節(jié)約費(fèi)用等方面進(jìn)行分析與比較。為了便于比較,全部按燃用煙煤的300MW機(jī)組鍋爐進(jìn)行對比。目前一臺爐四個等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的價格約400萬元左右,采用的微油點(diǎn)火技術(shù)與等離子系統(tǒng)功能相當(dāng),成本約200萬元左右(如果考慮整個油系統(tǒng),那么投資較大)。5.1微油點(diǎn)火的經(jīng)濟(jì)分析對于燃用易燃煤種的電廠,目前使用等離子點(diǎn)火啟動過程中,很多電廠可以做到100%節(jié)油,而使用氣化微油點(diǎn)火技術(shù)節(jié)油率也可以達(dá)到90%以上。兩種技術(shù)的低負(fù)荷穩(wěn)燃能力都比較強(qiáng),盡管在一些故障情況下仍需投入油槍,但節(jié)油效果依然非常明顯?；C(jī)組在試運(yùn)期間要經(jīng)過鍋爐吹管、整定安全閥、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、機(jī)組并網(wǎng)、電氣試驗(yàn)、鍋爐洗硅運(yùn)行、機(jī)組帶大負(fù)荷運(yùn)行等許多階段,隨著機(jī)組整體設(shè)計(jì)、制造、安裝和調(diào)試水平的提高,調(diào)試用油也逐年下降,國電公司規(guī)定新建機(jī)組調(diào)試期間用油為4500～6000t?；ㄕ{(diào)試過程中等離子點(diǎn)火基本可以做到100%的節(jié)油率。微油點(diǎn)火的節(jié)油率也達(dá)到90%以上,現(xiàn)按照每臺機(jī)組節(jié)約燃油5000噸進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。注:燃油價格按7000元/t計(jì)算;原煤價格850元/t計(jì)算;電價格為0.4元/kW·h;燃油的低位發(fā)熱量為41.8MJ/kg;燃煤的低位發(fā)熱量20.9MJ/kg;制粉單耗:20kW·h/t原煤消耗(按發(fā)熱量相等的原則):5000×41.8/20.9=10000噸微油點(diǎn)火技術(shù)燃油神華煤的節(jié)油率在90%以上,天津某電廠新建350MW機(jī)組,采用微油點(diǎn)火技術(shù),建設(shè)期共耗油200噸。耗電費(fèi)用:9700×20×0.4=7.8萬元節(jié)省費(fèi)用:3500-200-105-825-7.8=2362.2萬元5.2等離子運(yùn)行費(fèi)用其它輔助設(shè)備電耗費(fèi)用:50×0.4=20元等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用:176+20=196元按等離子點(diǎn)火年工作100小時計(jì)算,等離子點(diǎn)火器運(yùn)行費(fèi)用為19600元/年,冷卻水泵和風(fēng)機(jī)功率共35kW,需隨機(jī)組運(yùn)行,按利用小時5500h/a計(jì)算,除去等離子使用時間100h后,等離子備用運(yùn)行費(fèi)用為:35×5400×0.4=75600元/a。微油小油槍每小時運(yùn)行總計(jì)費(fèi)用:2520元按微油小油槍每年工作100小時計(jì)算,微油小油槍運(yùn)行費(fèi)用為252000元/年。5.3維修費(fèi)用等離子點(diǎn)火系統(tǒng)維護(hù)的成本等離子發(fā)生器工作100小時更換陰極頭,共四個,成本1000元/個。工作500小時更換陽極頭,共四個,成本4000元/個。按等離子點(diǎn)火每年工作100小時計(jì)算,等離子點(diǎn)火器維護(hù)成本為約4000元/年。等離子燃燒器的設(shè)計(jì)壽命一般為一個大修期,約5年,損壞的原因主要是磨損和燒損,每只的費(fèi)用約10萬元,四只共40萬元,平均成本80000元/a。因此,等離子燃燒器的年平均維護(hù)成本為:84000元/a。*小油槍維修費(fèi)用小油槍的日常維護(hù)費(fèi)用很低,可忽略不計(jì),小油槍燃燒器的設(shè)計(jì)壽命和單價與等離子接近,平均成本也為80000元/年。5.4等式中微油噴射的經(jīng)濟(jì)比較6確定點(diǎn)火點(diǎn)后,對原有機(jī)組進(jìn)行規(guī)制等離子和微油點(diǎn)火的技術(shù)都已經(jīng)比較成熟,在機(jī)組啟動時節(jié)約能源都有明顯的作用。綜合比較,等離子和微油點(diǎn)火都可以作為機(jī)組啟動的點(diǎn)火手段,視電廠的具體情況來確定。因此,對新建或擴(kuò)建機(jī)組有以下建議:6.1對于原來有油系統(tǒng)的電廠,建議使用微油點(diǎn)火系統(tǒng),加裝微油點(diǎn)火系統(tǒng)可以大大降低投入費(fèi)用,經(jīng)濟(jì)性效益明顯。6.2對于新建電廠,建議使用等離子點(diǎn)火系統(tǒng),可以取消整個油系統(tǒng),建設(shè)成本可大幅降低,為了運(yùn)行安全穩(wěn)定,設(shè)計(jì)至少兩套等離子點(diǎn)火系統(tǒng),來保證系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)無油點(diǎn)火。按常規(guī)方法試運(yùn)所需燃油耗費(fèi)計(jì)算:燃油消耗:5000t燃油耗費(fèi):5000×7000=3500萬元燃煤的總成本所需的原煤費(fèi)用:10000×850=850萬元等離子燃燒器耗電:20kW·h/t耗電費(fèi)用:10000×(20+20)×0.4=16萬元燃煤的總成本為850+16=866萬元節(jié)省費(fèi)用:3500-400-866=2234萬元*微油燃燒燃油費(fèi)用為:150×7000=105萬元原煤消耗