我国火电机组的发展与存在的问题

我国火电机组的发展与存在的问题

气化小油枪—燃煤电厂的耗油现状据统计，2004年6000公里以上的大型发电站消耗了1469.59万吨燃料，包括1386.5万吨发电油和101.09万吨供暖油。此外，还有一个小的火装置。全国各地的热能发电必须超过1500万吨，占2004年全国燃料产量的72%和8.6%的天然原油产量的8.6%。2004年全国运行的6000千瓦及以上燃油发电机组总容量不足200万千瓦,年燃油量接近200万吨。由此可见,全国燃煤电厂2004年锅炉点火及稳燃耗油约1300万吨,占全国2004年燃料油产量的62.4%(表1)。从表1中可以看出,同一规模的燃煤机组,年耗油量相差很大。调研结果表明:——耗油量与油枪大小及型式关系密切如国电荆门热电厂共有4台锅炉,某年全厂耗油量为2942吨,其中机组启停耗油达2084吨,占总耗油量的70.85%。其中某单汽包中间再热自然循环煤粉炉,原配有4支出力均为800千克/小时的轻油枪和4支出力均为1.5吨/小时的重油枪,现改造为4支出力均为550公斤/小时的雾化效果较好的小油枪,节油率可达60%以上。近年来新开发并已在电厂得到成功应用的一种新型小油枪,即气化小油枪,其原理是先利用压缩空气的高速射流将燃料油直接击碎,雾化成超细油滴进行燃烧,同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热、扩容、后期加热,在极短的时间内完成油滴的蒸发气化,使油枪在正常燃烧过程中直接燃烧气体燃料,从而大大提高燃烧效率及火焰温度。气体小油枪燃烧形成的高温火焰和进入燃烧器的煤粉颗粒直接接触,使煤粉颗粒的特性发生变化,极高的加热速率使挥发份析出速度大大加快,煤粉颗粒温度急剧升高、爆裂、粉碎、剧烈燃烧,然后进入前部内膜燃烧器段与剩余的煤粉颗粒接触并点燃煤粉,实现了煤粉的分级燃烧,燃烧能量逐级放大,达到点火并加速煤粉燃烧的目的,大大减少煤粉燃烧所需的引燃能量,满足了锅炉启、停及低负荷稳燃的需求。由于气化小油枪点火温度高,煤粉燃烧较为完全,也没有燃烧不完全的油烟,因此无需解列静电除尘器,可有效地避免烟囱冒黑烟,减少烟尘排放。安徽田家庵电厂额定蒸发量为1025吨/小时的四角喷燃炉,将原来的大油枪改为出力仅为80公斤/小时的气化小油枪后,每年可节油90%。江西和青岛某电厂,将大油枪改为气化小油枪后,节油也在90%以上。——耗油量与锅炉类型及运行方式有关由于大型锅炉每年一般都需检修1次,加上节日长假期间的停炉,一般每台锅炉每年有2次以上的冷态启动。而热态启动只在锅炉故障下才会发生,次数很少,且耗油较冷态启动要少。如国电荆门热电厂额定蒸发量为670吨/小时的锅炉,冷态启动一次耗轻油约6吨、重油约55吨,停炉一次耗轻油约4吨、重油约18吨;对于额定蒸发量在1000吨/小时左右的锅炉,每次冷态启动耗油总量一般不到100吨。对于墙式燃烧炉,如机组需变动负荷,就需启、停磨煤机,增加或减少投煤粉量,每次都需启动油枪,一般持续20分钟左右。变动负荷运行会大大增加电厂的耗油量。对于四角喷燃炉,如果负荷在40%～50%以上,则变动负荷,启、停磨煤机,可以不投油;如果负荷再低,为了稳定燃烧,也需投油助燃。因此在低负荷稳燃期间,四角喷燃炉普遍要比墙式燃烧炉省油。——耗油量与锅炉燃烧器有关锅炉燃烧器的类型很多,不同类型其适用煤质会有所不同,在满足锅炉燃烧与煤质要求的前提下,应考虑节油效果。如安徽大唐淮北发电厂通过对该厂锅炉加装节油燃烧器和大油枪改为小油枪,年耗油量从原来的8000吨以上降到目前的1500吨左右,下降了80%以上。——耗油量与煤质有关煤炭供应紧张导致煤炭质量下滑,近年来时常有报道电厂因煤炭质量太差而熄火。为了稳定燃烧,电厂在煤炭质量太差,特别是挥发份太低、灰份太高时必须及时投油助燃。据报道,山西神头发电公司2005年因煤质差而造成设备故障被迫停机或降出力运行,年烧油达5543.7吨,2006年1月份烧油则高达1200吨。燃煤机组锅炉启、停的排放“十五”期间,电煤消耗量快速增长,而且由于煤炭供应紧张,煤质严重下降,火电燃煤平均含硫量由2001年的0.76%提高到2004年的0.82%。火电厂用煤消耗量从2001年的6.46亿吨增加到2003年8.50亿吨,2004年则达到9.94亿吨,与2001年相比增长超过53%。经过环保部门和电力企业的共同努力,“十五”期间全国火电厂烟尘排放量仅增加29万吨,增长率为9%。这主要是由于燃煤电厂普遍采用高效静电除尘器,电除尘器在我国燃煤电厂应用的装机容量占所有燃煤机组容量的90%以上。为防止除尘器极板、极线沾污,电晕电流降低,从而影响电除尘器效率,静电除尘器应在锅炉燃烧完全正常、撤去油枪、运行稳定之后才投入运行。中华人民共和国电力行业标准DL/T461-2004《燃煤电厂电除尘器运行维护导则》中明确规定:“在锅炉点火期间,当投入煤粉燃烧器燃烧稳定后,应尽早投入电除尘器。通常应在锅炉负荷达到70%或排烟温度达到110℃时,按高压硅整流设备使用说明书的操作要求投入各电场高压电源、上位机控制系统,并按制造厂给定的振打周期设定振打时间。”这样,在锅炉启动、停机,煤与油混烧阶段,就造成烟气没有经过任何除尘处理就直接排入大气。根据统计,我国2004年不同容量的机组台数见表2。表2同时列出了根据调查估算的单台机组对应锅炉每次启动或停止的烟尘排放量,如前所述,电厂每年一般至少有2次冷态启动,热态启动较少,因此每年启、停共4次。考虑到小机组中有部分为水膜除尘器,而水膜除尘器在锅炉启、停期间是可以投运的,年次数分别进行了相应的减少,也列入表3中。由此可以估算出全国6000千瓦及以上燃煤机组锅炉启停期间每年向大气排放的烟尘至少约12.3万吨。这个数字虽然只占火电行业全年烟尘排放量的3.8%,但由于是在相对较短时间排放的,强度较大,其对环境造成的污染危害是不容忽视的。另据调查,在锅炉低负荷投油稳燃期间,电除尘器不能正常全部投运,对烟尘的排放影响也是很大的。由于大多数燃煤电厂经常变动负荷运行,因此全国燃煤电厂低负荷投油稳燃期间的烟尘排放总量可能更大,高于锅炉启、停期间的烟尘排放总量。燃煤电厂启、停及低负荷稳燃耗油污染明显——选择合适的炉型根据初步调研,循环流化床锅炉耗油量较大,其次是墙式燃烧炉,再次是四角喷燃炉。考虑到我国石油紧缺,且价格不断上涨,新建电厂在确定锅炉类型时,应考虑耗油因素,尽可能采用节油燃烧器。——确定适宜的点火方式对于新建电厂,选择何种点火方式,可根据实际情况进行综合考虑后进行确定。目前有不少燃煤电厂将部分大油枪改为小油枪,投资较低,而每年节油量可观。如改为气化小油枪,则节油更为可观,据现有300MW以下机组的锅炉实际改造情况来看,如将传统大油枪改为气化小油枪,节油可高达90%以上。另外,特别值得一提的是,在利用气化小油枪点火期间,由于雾化效果好,且有加热过程,油呈气体状态进入炉膛,燃烧温度高,可使煤粉迅速燃烧,因此电除尘器可以投运,大大减少烟尘排放。——提高运行管理水平从调研的情况来看,电厂在运行初期,由于缺乏经验,惧怕锅炉熄火,投油量较大,通过一段时间的运行之后,运行人员积累了较多的经验,了解了锅炉特性,通过加强管理并实施节油奖励,往往可大大减少耗油量,有时成倍下降。——加强监管,推广节能环保新技术政府节能与环保部门,应高度重视燃煤电厂启停和低负荷稳燃耗油及烟尘污染问题,督促电厂采取有效技术措施降低油耗,减少烟尘排放,并在政策和专项资金方面给予必要的鼓励支持。电厂更应该积极主动地节油降耗、减污增效。据电力工业“十一五”规划初稿,“十一五”期间,对仍在使用大油枪的燃煤机组将全部完成采用小油枪的技术改造;通过改造提高锅炉在低负荷下的稳燃能力,减少助燃用油。如能将大油枪直接改为气化小油枪,则不仅更加节油,而且可大大减少锅炉启、停及低负荷稳燃期间的烟尘排放与环境污染。我国燃煤电厂锅炉启停和低负荷稳燃期间耗油每年在1300万吨左右,而且随着电力供应趋于缓和,锅炉负荷变动会更加频繁,低负荷稳燃耗油会增多。利用油点火的锅炉