300mw火電機(jī)組燃油消耗分析

300mw火電機(jī)組燃油消耗分析

由于世界能源的緊張，節(jié)約能源、提高供電效率和節(jié)約燃料已成為能源產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)。按照國(guó)家的電力發(fā)展目標(biāo),我國(guó)“十一五”新建機(jī)組約為1.5億kW,其中75%為火電機(jī)組,相當(dāng)于每年有75臺(tái)300MW或38臺(tái)600MW機(jī)組投產(chǎn)。僅試運(yùn)行階段的啟動(dòng),每年就需消耗約11.3萬t燃油。5年共消耗燃油56.5萬t,共計(jì)22億元。若考慮啟動(dòng)點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃,僅2004年全國(guó)大約消耗90萬t燃油,共計(jì)36億元。所以節(jié)油改造工作是非常有意義的。針對(duì)國(guó)際油價(jià)大幅攀升的狀況,分析目前火電廠燃油系統(tǒng),研究和推廣業(yè)已成熟的節(jié)油型點(diǎn)火裝置,在目前電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際狀況的基礎(chǔ)上,節(jié)約50%燃油量的目標(biāo)是能夠?qū)崿F(xiàn)的。1機(jī)組燃油消耗率根據(jù)全國(guó)每年參加競(jìng)賽的不同容量機(jī)組的單位耗油量分析,電廠的油耗指標(biāo)差距是很大的,引起的原因當(dāng)然是多方面的,包括機(jī)組容量、燃料揮發(fā)份、鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷、燃油系統(tǒng)設(shè)備情況以及運(yùn)行管理等。由于這些因素,使不同電廠的燃油狀況相差很大。表1為根據(jù)全國(guó)競(jìng)賽機(jī)組2004年數(shù)據(jù)匯總表計(jì)算得出的火電廠耗油狀況。參加表1統(tǒng)計(jì)的不同容量機(jī)組共計(jì)548臺(tái),統(tǒng)計(jì)容量為1.379億kW,相當(dāng)于當(dāng)年全國(guó)火電機(jī)組總?cè)萘康?7.6%。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析可見,100MW機(jī)組的燃油消耗率為3.73t/(MW.a),200MW機(jī)組為3.47t/(MW·a),300MW機(jī)組為2.66t/(MW·a),600MW機(jī)組為1.66t/(MW·a)。說明機(jī)組容量越大,其燃油消耗率越小。另一組數(shù)據(jù)顯示,100MW和200MW機(jī)組的點(diǎn)火耗油占全部耗油約35%～37%,300MW機(jī)組約占47%,600MW機(jī)組約為60%,這說明當(dāng)機(jī)組容量增大時(shí),由于調(diào)度因素或者鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃能力提高,使助燃用油量降低了。最重要的,機(jī)組燃油率的大小與機(jī)組一年中的啟動(dòng)次數(shù)和自身的鍋爐最低負(fù)荷穩(wěn)燃率有關(guān)。如果機(jī)組承擔(dān)了更多的起停任務(wù)和負(fù)荷的變動(dòng),則其燃油耗率會(huì)增大。表2列出了某發(fā)電集團(tuán)公司2002和2003年的綜合耗油統(tǒng)計(jì)量。從表2的數(shù)據(jù)分析可知,參加統(tǒng)計(jì)的總臺(tái)數(shù)為132臺(tái),統(tǒng)計(jì)容量為2207萬kW。其中100MW機(jī)組和300MW機(jī)組含燃油機(jī)組,故耗油量較高,2003年的油耗量比2002年增加了88%,主要是因?yàn)?003年的300MW燃油機(jī)組運(yùn)行小時(shí)數(shù)較高。機(jī)組耗油率普遍高,說明該發(fā)電集團(tuán)的電廠都處于調(diào)峰負(fù)荷地區(qū)。200MW機(jī)組和600MW機(jī)組耗油率相當(dāng)。200MW機(jī)組約4.17t/(MW·a);600MW機(jī)組約3.95t/(MW·a)。2002年的燃油量約25.31萬t,2003年為47.59萬t,價(jià)值分別相當(dāng)于8.86億元和16.66億元。2火電站的燃油系統(tǒng)2.1油槍霧化方式鍋爐點(diǎn)火及助燃油有輕柴油、重柴油、渣油等,由于重油的黏度高,冬季或低溫下運(yùn)輸時(shí)需要伴熱,因而現(xiàn)在基本采用輕油點(diǎn)火及助燃。冬季或北方寒冷地區(qū)燃用-10號(hào)柴油,其它季節(jié)或溫暖地區(qū)燃用0號(hào)輕柴油。除了在極少數(shù)小型鍋爐上采用直接點(diǎn)火外,大、中型鍋爐均采用二級(jí)點(diǎn)火方式,即高能點(diǎn)火器直接點(diǎn)燃經(jīng)過霧化的輕柴油,穩(wěn)燃后再投入煤粉。油槍霧化方式多種多樣,選擇因素主要為電廠原有的運(yùn)行習(xí)慣、當(dāng)?shù)販囟葪l件和設(shè)備情況等。霧化的方式有:(1)蒸汽霧化:蒸汽來源方便,壓力易于控制,燃油霧化結(jié)果好,火焰生成好,燃油能夠完全燃盡。但是當(dāng)冬季啟動(dòng),溫度低于0℃以下時(shí),蒸汽管路中末端的蒸汽凝結(jié)為水后容易結(jié)冰,使蒸汽管路堵塞而影響啟動(dòng)。(2)壓縮空氣霧化:壓縮空氣來源容易,蒸汽壓力也易于控制,但是當(dāng)壓縮空氣使用頻繁時(shí),其壓力易于產(chǎn)生波動(dòng),因而影響燃油霧化效果,使火焰燃燒不穩(wěn)定,燃油不能夠充分燃盡。(3)機(jī)械霧化:依靠燃油槍的霧化噴頭,靠燃油壓力使噴出的燃油自然霧化,以保證燃燒完全。由于機(jī)械霧化不需要介質(zhì),因而系統(tǒng)簡(jiǎn)單,壓力易于控制,燃油霧化效果好,能夠完全燃盡,所以應(yīng)用較為廣泛。但是機(jī)械霧化需要的燃油壓力較高,因而電耗較大,同時(shí)對(duì)油槍的霧化噴頭要求高。2.2提高油槍總出力一般每臺(tái)鍋爐使用一套油點(diǎn)火及助燃油系統(tǒng),系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一個(gè)閉式循環(huán)回路。每根油槍的額定出力為500～2500kg/h不等,根據(jù)需要配置。燃用煙煤時(shí),油槍總出力可帶鍋爐最大連續(xù)出力15%負(fù)荷,如果為貧煤或無煙煤,則油槍總出力可擴(kuò)大到30%負(fù)荷。單根油槍的出力不宜過大。根據(jù)調(diào)查結(jié)果分析,由于許多電廠為了加快啟動(dòng)過程,往往突破標(biāo)準(zhǔn),采用大油槍,結(jié)果導(dǎo)致用油增加。有些電廠怕點(diǎn)火用油不夠,或者鍋爐煤質(zhì)變化大,提高燃油的總出力?，F(xiàn)場(chǎng)啟動(dòng)階段,由于時(shí)間緊,投油過快,結(jié)果由于用油量的變化而造成壓力波,又引起燃油燃燒不好,除導(dǎo)致燃油量增加外,還會(huì)引起鍋爐尾部集油,造成二次燃燒,引起鍋爐事故。2.3啟動(dòng)鍋爐及點(diǎn)火系統(tǒng)流供油泵可采用離心式供油泵、齒輪式或螺桿式供油泵。油泵可按3臺(tái)設(shè)置。油泵所配的電動(dòng)機(jī)均采用防爆型。一般新建電廠均采用燃油爐作為啟動(dòng)鍋爐,并兼作冬季施工用汽汽源。這樣,啟動(dòng)鍋爐也是電廠的耗油設(shè)備。CFB循環(huán)流化床鍋爐的油點(diǎn)火系統(tǒng)流一般采用二級(jí)點(diǎn)火,即高能點(diǎn)火器點(diǎn)燃輕柴油,輕柴油點(diǎn)燃煤粒。鍋爐在風(fēng)室底部一次風(fēng)道上并聯(lián)布置風(fēng)道點(diǎn)火器,點(diǎn)火器最大出力約15%,供鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃用,燃油一般采用機(jī)械霧化。3節(jié)約燃油的主要方式改進(jìn)現(xiàn)有的燃油系統(tǒng),提高油槍的燃燒效率,尋找燃油的替代物,是節(jié)約燃油的主要方式。從技術(shù)上分析,改進(jìn)現(xiàn)有的燃油系統(tǒng),可在目前情況下節(jié)約燃油約1%～3%;提高油槍的燃燒效率和完全燃燒率可節(jié)約燃油約3%～8%;尋找燃油的替代物可節(jié)約燃油至少約40%。3.1霧化方式的影響油壓波動(dòng)是燃油燃燒不好的根本原因,特別是機(jī)組臺(tái)數(shù)多和機(jī)組容量大的時(shí)候,在燃油使用量較大時(shí),會(huì)使燃油管道中的油壓波動(dòng)較大,無論是機(jī)械霧化或空氣霧化方式,都會(huì)使燃油霧化效果變差,使燃油不能充分燃燒。因此,需要從燃油油泵的選擇、管道直徑和阻力的選擇計(jì)算、控制方式的選擇和計(jì)算、系統(tǒng)回路的確定等多方面進(jìn)行優(yōu)化,以保證穩(wěn)定的運(yùn)行油壓。3.2醇類醇提物噴霧頭+醇類醇(1)正確選擇油槍的容量,不宜為增加燃燒強(qiáng)度而選擇大容量的油槍。(2)選擇好的油槍噴霧頭,增加燃油霧化能力,保證燃油與空氣接觸良好,提高燃燒效率。(3)燃油壓力與噴頭設(shè)計(jì)壓力很好地匹配,如果油壓偏離噴頭設(shè)計(jì)壓力,則油槍霧化效果將大大降低。(4)注意啟動(dòng)過程中風(fēng)量的調(diào)節(jié),如果風(fēng)量大于燃油所需的空氣量,則會(huì)多帶走熱量,從而增加燃油的用量。3.3煤粉點(diǎn)火燃燒技術(shù)通常油點(diǎn)火裝置是直接將燃油噴到爐膛中直接燃燒產(chǎn)生熱量,待爐膛中溫度滿足煤粉燃燒條件后再投煤粉,因而用油量較多。因此有人考慮采用強(qiáng)化燃燒的油燃燒器點(diǎn)火,油燃燒器發(fā)出高溫火焰,將通過煤粉燃燒器的一次風(fēng)溫升至不同煤種的著火溫度,直接由高溫空氣點(diǎn)燃煤粉,實(shí)現(xiàn)不同揮發(fā)份煤種的點(diǎn)火燃燒,從而大幅度降低點(diǎn)火和助燃過程中的油耗。這種燃燒發(fā)出的火焰溫度可高達(dá)1800℃,所組成的“低油煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)”使煤粉能夠在啟動(dòng)和低負(fù)荷條件下被點(diǎn)燃,低壓油燃燒器燃油量約80～300kg/h,而同等功能條件下的油槍出力約為1000kg/h,從而達(dá)到節(jié)油的目的。煤粉點(diǎn)火燃燒器的技術(shù)特點(diǎn)是,油燃燒器所產(chǎn)生的高溫空氣在噴出燃燒器的瞬間已經(jīng)和煤粉混合,煤粉燃燒器內(nèi)形成火焰包容煤粉、氣膜風(fēng)包容火焰,所設(shè)置的氣膜風(fēng)消除了煤粉燃燒器內(nèi)壁附面層氣流零速度效應(yīng)并避免了結(jié)渣,火焰對(duì)沖式布置為煤粉的湍流燃燒提供了有利條件,由于提高了燃燒區(qū)溫度,從而提高了燃料的反應(yīng)能力,強(qiáng)化了熱質(zhì)的反應(yīng)過程,使煤粉在燃燒區(qū)猛烈燃燒。為點(diǎn)燃無煙煤、貧煤及劣質(zhì)煤創(chuàng)造了良好的條件。目前“低油煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)”技術(shù)已經(jīng)成熟,已在不少電廠中得到應(yīng)用。3.4煤粉點(diǎn)火技術(shù)等離子是理想的點(diǎn)火技術(shù),可直接用來點(diǎn)燃粉煤,達(dá)到節(jié)油的目的。等離子體是由電弧放電產(chǎn)生的,形成高溫?zé)霟岬臍饬?使貼近的粉煤瞬間著火。由于溫度高,火焰?zhèn)鞑タ?燃燒反應(yīng)強(qiáng)烈,很快使火焰充滿整個(gè)爐膛。由于等離子焰流的能量密度大于常規(guī)火焰10倍以上,所以它能點(diǎn)燃各種熱值的煤粉。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)主要由以下幾個(gè)部分組成:等離子體發(fā)生裝置、電源、冷卻水系統(tǒng)、空氣輸送系統(tǒng)等。等離子體發(fā)生裝置是由陽極、陰極、陰極移動(dòng)系統(tǒng)、等離子體磁性控制系統(tǒng)進(jìn)氣室、旋氣環(huán)、絕緣體等組成。在鍋爐點(diǎn)火時(shí),這種高溫氣流點(diǎn)燃煤粉,產(chǎn)生強(qiáng)力火焰,噴入爐膛,點(diǎn)燃爐膛的煤粉。等離子無油點(diǎn)火技術(shù)的開發(fā)和研究在國(guó)外已有十多年的歷史,應(yīng)用于煤粉鍋爐直接點(diǎn)火。20世紀(jì)90年代初我國(guó)開始引進(jìn),目前許多電廠已成功應(yīng)用。某電廠2005年投產(chǎn)2臺(tái)300MW機(jī)組,第1臺(tái)鍋爐試運(yùn)行過程中未使用等離子點(diǎn)火裝置,耗油約1600t;第2臺(tái)鍋爐采用等離子點(diǎn)火裝置后,原計(jì)劃耗油1500t,實(shí)際耗油300t,節(jié)約了近80%的燃油。4機(jī)組運(yùn)行方案表3分析了采用等離子點(diǎn)火后,不同容量的燃煤鍋爐節(jié)油和節(jié)約費(fèi)用的情況。用油量數(shù)據(jù)取自2004年全國(guó)火電機(jī)組競(jìng)賽主要指標(biāo)匯總表,年總用油量中不包括機(jī)組試運(yùn)行用油。每臺(tái)機(jī)組按照四角切圓燃燒方案,安裝4只等離子點(diǎn)火裝置。對(duì)于不同容量的機(jī)組采用等離子點(diǎn)火技術(shù)后,其燃油費(fèi)用分別節(jié)約至少40%,因此,節(jié)