w火焰超臨界機(jī)組燃用無煙煤燃油點(diǎn)火技術(shù)選擇

w火焰超臨界機(jī)組燃用無煙煤燃油點(diǎn)火技術(shù)選擇

1微油點(diǎn)火和純氧助燃石油是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。能源行業(yè)，尤其是能源行業(yè)，是石油使用的主要行業(yè)之一。由于煤炭的著火和燃燒比油、氣困難得多,在鍋爐啟動和低負(fù)荷運(yùn)行條件下一般采用大量的燃油或燃?xì)鈦磉M(jìn)行點(diǎn)火和穩(wěn)燃。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì),每年僅火力發(fā)電廠機(jī)組的啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃用油就達(dá)上千萬噸。因此有效的節(jié)油技術(shù)改進(jìn)鍋爐機(jī)組的啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃,大幅度降低火電機(jī)組的燃油消耗,優(yōu)化我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),對國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。近年來,國內(nèi)興起了多種針對火力發(fā)電廠的節(jié)油技術(shù),主要的節(jié)油技術(shù)有等離子點(diǎn)火和微油點(diǎn)火技術(shù)。國內(nèi)等離子點(diǎn)火和微油點(diǎn)火技術(shù)在四角切圓燃燒鍋爐、前后墻對沖燃燒鍋爐從300MW機(jī)組到1000MW機(jī)組都已經(jīng)取得應(yīng)用。而超臨界W型火焰鍋爐,由于燃燒器結(jié)構(gòu)異常特殊,使用煤種煤質(zhì)一般為無煙煤,揮發(fā)分低,著火速度慢,點(diǎn)火和穩(wěn)燃特別困難。而等離子點(diǎn)火技術(shù)僅用于揮發(fā)份較高的煤種,不適用于W型火焰鍋爐,因而W火焰超臨界機(jī)組燃用無煙煤一般采用微油點(diǎn)火技術(shù)。在傳統(tǒng)微油技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上,出現(xiàn)了純氧點(diǎn)火技術(shù)和富氧點(diǎn)火技術(shù)。純氧點(diǎn)火技術(shù)是將微油點(diǎn)火和純氧助燃兩者功能整合為一體,考慮到傳統(tǒng)單一微油點(diǎn)火能量小,對煤種特別是無煙煤的適應(yīng)性較差的特點(diǎn),采用純氧助燃,提高了點(diǎn)火裝置的煤種適應(yīng)性,進(jìn)一步節(jié)約了燃油。富氧燃燒在油和煤中都加入純氧氣,在理論上比純氧燃燒有更好的燃燒和節(jié)油效率。2微油燃燒技術(shù)的分類2.1微油燃燒技術(shù)微油點(diǎn)火技術(shù)是一種以煤代油的技術(shù)。該技術(shù)借鑒了等離子體燃燒器的結(jié)構(gòu)原理,使微量燃油在特殊設(shè)計(jì)的燃燒器內(nèi)高強(qiáng)度燃燒產(chǎn)生高強(qiáng)火焰。該火焰引燃少量煤粉,利用煤粉燃燒自身的熱量引燃更多的煤粉,采用功率放大原理,達(dá)到最終點(diǎn)燃大量煤粉的目的。微油燃燒技術(shù)的兩個(gè)關(guān)鍵部件分別是微油油槍和煤粉燃燒器,微油氣化油槍與高強(qiáng)度油燃燒室配合,燃燒后形成溫度很高的油火焰。高溫油火焰引入煤粉燃燒器一級燃燒區(qū),當(dāng)濃相煤粉通過氣化燃燒高溫火核時(shí),煤粉溫度急劇升高、破裂粉碎,釋放出大量的揮發(fā)份,并迅速著火燃燒;已著火燃燒的濃相煤粉在二次室內(nèi)與稀相煤粉混合并點(diǎn)燃稀相煤粉,實(shí)現(xiàn)了煤粉的分級燃燒,燃燒能量逐級放大,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引燃能量。滿足了鍋爐啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃的需求。2.2分級燃燒,能量放純氧點(diǎn)火技術(shù)是在成熟的傳統(tǒng)微油技術(shù)的基礎(chǔ)上應(yīng)用純氧助燃,采用深入一次風(fēng)管內(nèi)部的點(diǎn)火技術(shù),實(shí)現(xiàn)逐級點(diǎn)燃、分級燃燒、能量逐級放大。在二級燃燒室加配氧氣系統(tǒng),在點(diǎn)火過程中,將純氧送入點(diǎn)火燃燒器內(nèi)部參與煤粉氣流助燃,通過環(huán)形噴嘴,將氧氣送入已被微油火焰點(diǎn)燃的煤粉氣流。這樣既提高了點(diǎn)火燃燒器對劣質(zhì)燃料的應(yīng)用范圍,又能充分發(fā)揮燃用優(yōu)質(zhì)燃料的性能,進(jìn)一步提高點(diǎn)火燃燒器的節(jié)油率。2.3煤粉燃燒的微油或氧助燃,提高正常燃燒及穩(wěn)燃能力富氧技術(shù)利用氧氣的助燃特性,在鍋爐點(diǎn)火啟動時(shí),經(jīng)微油槍向煤粉燃燒器注入壓縮氧氣。氧氣在微油槍噴口處與燃油充分混合實(shí)現(xiàn)純氧燃燒,形成高溫?zé)崃炕亓?并對后續(xù)燃油進(jìn)行加熱、擴(kuò)容。由于富氧的作用,油滴瞬間蒸發(fā)氣化,從而大幅度提高燃油的燃燒效率及火焰溫度。所產(chǎn)生的油火焰動量大,剛性強(qiáng),傳播速度快,中心溫度高,使穿過該火焰的煤粉顆?？焖贌峤馄屏?并釋放揮發(fā)分著火燃燒,進(jìn)而點(diǎn)燃燃燒器噴口周圍呈富氧狀態(tài)的煤粉。其燃燒所產(chǎn)生的熱量引燃一次風(fēng)煤粉,形成小火點(diǎn)中火,中火點(diǎn)大火的燃燒態(tài)勢,實(shí)現(xiàn)以煤代油,以氧助燃,用微油富氧燃燒直接點(diǎn)燃煤粉流,啟動冷態(tài)或熱態(tài)鍋爐。在鍋爐因調(diào)峰、停機(jī)而處于低負(fù)荷燃燒狀態(tài),或鍋爐日常運(yùn)行燃燒呈不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),不需投油,僅需向煤粉燃燒器噴口注入高濃度氧氣流,即可有效降低氧氣流流經(jīng)區(qū)域煤粉的著火熱度,顯著提高其燃燒溫度與速度,實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)粉在不加油狀況下正常燃燒與穩(wěn)燃。特殊情況下,也可實(shí)行微油富氧燃燒。3比較方案3.1點(diǎn)火能量的增強(qiáng)富氧燃燒方案以及純氧燃燒方案都采用增加氧氣助燃的方法,相比傳統(tǒng)微油點(diǎn)火,增強(qiáng)點(diǎn)火能量,提高煤種適應(yīng)性,點(diǎn)火效果更好,節(jié)油效果更顯著。而富氧技術(shù)方案采用的是油和煤都加入純氧氣,相對于純氧技術(shù)方案只是在煤粉中加入氧氣,更能強(qiáng)化初期的點(diǎn)火效果,理論上對于W型火焰鍋爐燃用的難燃無煙煤應(yīng)該更加實(shí)用。3.2富氧燃燒方案1臺600MW等級超臨界W火焰燃燒煤粉爐,傳統(tǒng)微油改造工程造價(jià)預(yù)計(jì)在750萬左右;富氧燃燒方案的改造量較小、更換設(shè)備較少,但相對傳統(tǒng)微油需要配置氧站和配套設(shè)備,報(bào)價(jià)預(yù)計(jì)850萬左右;純氧燃燒方案是在傳統(tǒng)微油的基礎(chǔ)上配置氧氣系統(tǒng),報(bào)價(jià)和富氧燃燒相近,約850萬左右。3.3富氧燃燒方案600MW等級超臨界W火焰燃燒煤粉爐常規(guī)大油槍單次冷態(tài)啟動用油約160~200t,采用傳統(tǒng)微油點(diǎn)火后,對煙煤節(jié)油率較高,若燃用無煙煤,節(jié)油效率只能達(dá)到40%左右;富氧燃燒方案理論計(jì)算值6.4噸,實(shí)際能控制在10噸以內(nèi),能達(dá)到90%以上的效率;純氧燃燒技術(shù)預(yù)計(jì)節(jié)油效率在80%左右。3.4微油改造方案比選純氧燃燒方案是在傳統(tǒng)的微油基礎(chǔ)上,在二級燃燒室加配氧氣系統(tǒng),比傳統(tǒng)微油的燃燒效果更好,而傳統(tǒng)微油改造在多臺60萬千瓦等級W火焰爐上有成熟良好的應(yīng)用,所以,方案的風(fēng)險(xiǎn)性較小;富氧燃燒方案雖有應(yīng)用且多家公司正在進(jìn)行改造及簽定意向,但在60萬千瓦超臨界W火焰爐還沒有實(shí)際的應(yīng)用,相對而論,其實(shí)際的應(yīng)用情況和效率還有待實(shí)踐檢驗(yàn)。3.5富氧燃燒、純氧燃燒技術(shù)可能存在的問題及對策總的來說,富氧燃燒技術(shù)和純氧燃燒技術(shù)比傳統(tǒng)微油點(diǎn)火節(jié)油效率要高的多,而投資上相差不大。而富氧燃燒方案在效率上更高,施工周期短、滿足小修要求,而且對原鍋爐的燃燒配置基本不改動,對機(jī)組的燃燒工況影響非常小。然而也必須注意到富氧燃燒、純氧燃燒技術(shù)可能存在的問題:(1)由于采用純氧助燃,燃燒溫度有可能提高,在此情況下要防止燃燒器過燒、水冷壁過熱等一系列因溫度升高可能引起的問題。富氧燃燒、純氧燃燒技術(shù)方案都注意采取了合理組織燃燒器構(gòu)造,采用二次風(fēng)氣膜保護(hù),噴口材料采用耐熱耐磨鑄鋼等一些手段來防止高溫影響,但由于新技術(shù)運(yùn)行實(shí)例不多,高溫問題仍要注意。(2)富氧燃燒、純氧燃燒技術(shù)增加了氧氣系統(tǒng),對供氧站以及氧氣管道等一整套氧氣系統(tǒng)的安全問題必須加以重視,更要注意氧氣系統(tǒng)不能影響電廠原來其他設(shè)備和系統(tǒng)的安全性,應(yīng)采取必要的安全措施,進(jìn)行必要的安全培訓(xùn)。(3)富氧燃燒、純氧燃燒屬于新技術(shù),針對本工程W火焰超臨界機(jī)組應(yīng)用的案例還并不多,效果還需要實(shí)踐的檢驗(yàn)。4燃燒微油點(diǎn)火的經(jīng)濟(jì)比較本文按1臺常規(guī)600MW等級超臨界W火焰爐燃用無煙煤,將常規(guī)大油槍點(diǎn)火改造為微油點(diǎn)火,擬改造2臺磨煤機(jī)(一般為雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī))對應(yīng)的12只燃燒器,進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。4.1燃油分析按節(jié)約使用1噸油,需使用2噸煤,油價(jià)8元/Kg,煤粉0.7元/Kg計(jì)算,節(jié)約部分主要由冷爐啟動節(jié)油和低負(fù)荷穩(wěn)燃節(jié)油組成:(1)年冷態(tài)啟動同類型的機(jī)組單次冷爐啟動用油約160~200t,一年冷態(tài)啟動4次。按傳統(tǒng)微油點(diǎn)火節(jié)油率40%,富氧燃燒節(jié)油率90%,純氧燃燒節(jié)油率80%計(jì)算。(2)低負(fù)荷時(shí)煤粉燃燒效果低負(fù)荷穩(wěn)燃大油槍出力1.17t/h,傳統(tǒng)微油槍出力0.15t/h(一臺燃燒器對應(yīng)2只微油槍),用微油槍代替大油槍進(jìn)行穩(wěn)燃時(shí)按照兩只微油油槍可替代對應(yīng)的大油槍計(jì)算,按一年12只微油燃燒器/大油槍的穩(wěn)燃投運(yùn)時(shí)間為100小時(shí)(對若需要經(jīng)常參與調(diào)峰的機(jī)組節(jié)油改造效益將更為可觀)。而在低負(fù)荷穩(wěn)燃的情況下,富氧燃燒和純氧燃燒均可不投油,僅需向煤粉燃燒器噴口注入高濃度氧氣流,即可有效降低氧氣流流經(jīng)區(qū)域煤粉的著火熱度,顯著提高其燃燒溫度與速度,實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)粉在不加油狀況下正常燃燒與穩(wěn)燃。特殊情況下,也可實(shí)行微油富氧燃燒。這樣耗油量亦大大降低了。具體效益分析見表1。4.1機(jī)組運(yùn)行狀況節(jié)油及資金情況如下,項(xiàng)目屬一次性投資而長期收益,具體投資回報(bào)視機(jī)組運(yùn)行狀況定。具體經(jīng)濟(jì)性分析見表2?？梢钥闯龈谎跞紵顿Y回收期最短,純氧燃燒次之,傳統(tǒng)微油點(diǎn)火最長。5燃燒方案對比W火焰超臨界機(jī)組燃用無煙煤應(yīng)采用微油點(diǎn)火技術(shù),富氧燃燒技術(shù)和純氧燃燒技術(shù)比傳統(tǒng)微油點(diǎn)火節(jié)油效率要高的多,而投資上相差不大