两种燃油点火技术安全性分析

两种燃油点火技术安全性分析

中国大部分采用燃料储存技术，如大油枪燃料或天然气。这意味着燃料消耗很大。大量污染不仅污染了环境，还加剧了驱风机叶片的磨损。等离子点火技术与气化微油点火技术以其节省燃油资源,节省运行费用,具有环保效应等特点,被重点推广使用。等离子点火技术起步早、发展快、逐渐成熟,气化微油点火技术近期也得到迅速发展,下面就2种节油点火技术在实际应用中的安全性进行分析。1工作原则1.1煤粉的燃烧机理等离子点火是利用直流电流在介质气压大于0.1MPa的条件下接触引弧,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中心筒中形成T>5000K的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10-3s内释放出挥发物,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。1.2气化燃烧油枪气化微油点火是利用压缩空气的高速射流将燃油直接击碎,雾化成超细油滴并燃烧,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。气化燃烧后的火焰刚性极强,其传播速度超过声速,火焰呈完全透明状,中心温度高达1500～2000℃。微油气化油枪燃烧形成的高温火焰,使进入一次室的浓相煤粉颗粒温度急剧升高、破裂粉碎,并释放出大量的挥发分迅速着火燃烧,然后由已着火燃烧的浓相煤粉在二次室内与稀相煤粉混合并点燃稀相煤粉,实现煤粉的分级燃烧,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,并满足锅炉启、停及低负荷稳燃的需求。2点燃煤粉的能量节油点火技术对于煤种的适应性主要是指能否及时点燃煤粉和使用多少能量才能点燃煤粉,包括安全性和经济性两方面。入炉煤粉如不能及时被点燃则存在炉膛爆破危险,因此,对于难燃煤种需要投入更多的点火能量,从而使节油点火装置的经济性降低。2.1输入功率的提高采用等离子点火技术,煤质越容易点燃,节油率越高。从实际使用情况看,等离子点火技术对煤质稳定性的要求较高,它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,因此输入功率的提高受到一定限制。从实际应用效果看:等离子点火技术主要用于收到基挥发分(Var)>19%的烟煤,对于灰分(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;对于内在水分(Mt)≤19%的烟煤,等离子点火已经较难适应。对于Mt≤25%,Var≤30%的褐煤,可以实现无油点火,对于Mt≤28%,Var≤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,需用大油枪伴烧。对于贫煤,等离子点火技术仅在50MW机组上有运行实践。对于无烟煤,国内尚无应用。2.2煤、油抢风问题研究解决技术问题气化微油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成了气化小油枪,同时又可适当调节功率。因此,对于煤种的适应性要好于等离子点火技术,可以适应于所有烟煤。并且可以随煤质的变化,更换油枪头或调节压力大小改变输入热量的大小,油枪出力调节范围一般为15～160kg/h。如广东某电厂2台600MW机组超临界直流锅炉,旋流燃烧器,设计燃烧神府东胜煤。1号机组采用大油枪点火的传统点火方式,吹管约7天,共用油1600t;2号机组在基建期间进行了小油枪改造,油枪设计出力50kg/h,在约5天的吹管期间用油只有22t。对于贫煤和无烟煤,气化微油点火技术存在技术难度。对于烟煤,气化微油点火所需油量较小,煤、油抢风的问题不突出;对于贫煤和无烟煤,气化微油点火的需油量达150～300kg/h,煤、油抢风无法将煤粉引燃的问题非常突出。为了解决煤、油抢风问题,目前通常采取的措施是单独对小油枪配风,使风速远高于火焰传播速度,导致煤粉着火困难。对于小容量或煤质易于着火的锅炉,采用微油点火时,这一问题还不突出,因此,在300MW及以下机组上已经有实践,但节油效果不明显。如某电厂300MW机组,入炉煤干燥基挥发分(Vdaf)=19%,锅炉B层气化小油枪及稳燃器进行技术改造,实现了机组在启动过程中锅炉提前投粉,以煤代油完成点火启动及低负荷稳燃过程中降低燃油量。改造前的启动燃油量360t,通过改造,锅炉大修后启动共计燃油179t,下降181t,节约燃油一半以上。3低负荷工况下超温风险节油点火技术对于锅炉受热面安全性的影响主要体现在冷炉点火阶段,由于煤粉燃尽延迟,导致屏底烟温升高,在低负荷工况下,高温受热面存在超温风险。控制措施为:保证煤粉在燃烧器内稳定的燃烧和在炉内有较高的燃尽度;降低冷炉点火时的初始热负荷。3.1投等离子体或气化微油点火装置冷炉点火方式对煤粉的燃尽度有重要影响,并有多种选择:先点燃大油枪,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或气化微油点火装置,再撤出大油枪;利用邻炉热风制粉或在磨煤机入口加装暖风器的方式,满足点火初期热风制粉的需要,直接用等离子或气化微油点火启动。冷炉点火阶段,2种点火方式均能满足锅炉冷态启动曲线的要求。根据目前国华台山电厂和国华准格尔电厂锅炉的运行情况,这2种节油点火技术在燃用神华煤的亚临界锅炉上应用,对受热面的运行安全性没有影响。3.2投大油枪暖炉和物理面为微油的点火对于超临界机组,过热器和再热器的吸热比例提高,因此在启动初期的小负荷工况下受热面温升速率将会更快。如果过热器存在氧化皮问题,开始点火时升温速率较高,会造成氧化皮脱落,因此在冷炉点火时应采用先投大油枪暖炉再用等离子或气化微油的点火方式。如镇江高资电厂安装等离子燃烧器后,为避免氧化皮脱落便在冷炉点火时先投15～30min大油枪,然后再切换到等离子点火方式,撤出大油枪。3.3锅炉初始热功率降低采用等离子或气化微油技术点火启动与使用常规油枪相比,热负荷较为集中,易造成锅炉膨胀不均。实际上对于切圆燃烧的锅炉来说,由于煤火焰较长,加热相对均匀,而对于旋流燃烧的锅炉因燃烧器是布置在前后墙或两侧墙,一台磨煤机只给一侧燃烧器送粉,点火初期火焰中心不在炉膛中心,会造成水冷壁受热不均,出现锅炉膨胀不均匀的现象。解决这一问题的关键是降低锅炉点火的初始热功率。锅炉初始热功率主要受锅炉的初始燃烧率,磨煤机的最小出力和煤粉最低点燃浓度的影响。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600MW亚临界机组燃用神华煤满负荷时总煤量在225t左右,冷炉点火初期的燃尽率按85%计算,机组启动时的燃煤量不能超过13.2t,而一般600MW机组锅炉所配磨煤机的最小出力都在15t/h以上,大于锅炉启动所需燃煤量。进一步降低磨煤机最小出力将受到磨煤机型式、干燥、通风、振动等因素的制约,同时磨煤机出力降低后由于风量不是等比降低的,导致煤粉浓度降低,影响煤粉的着火和稳定燃烧。试验表明,在标准状况下煤粉浓度低于0.20kg/m3时,等离子点火装置点燃效果较差,气化微油点火装置由于具有较高的点燃能力,最低煤粉点燃浓度可以降至0.15kg/m3以下,可以进一步降低锅炉点火的初始热功率,因此对于保证受热面的安全更有优势。4投运和燃烧技术当锅炉接近或达到最低不投油稳燃负荷以下时,等离子点火或气化微油点火设备可投入运行,以稳定锅炉运行。但如果点火系统及其相应的制粉系统处于停备状态时,启动阶段需要投入消防蒸汽3～5min,因此系统的投运延时,这种情况下要早作准备,以保证系统的及时投运和锅炉燃烧的稳定。另外在事故状态下,如原煤仓篷煤、落煤管堵塞、给煤机故障、磨煤机故障、一次风粉管泄漏等都会造成等离子或气化微油点火燃烧器不能投入,因此,机组运行维护中,应重点加强该系统的检查和维修工作。尽管上述2种点火技术节油效果显著,但其助燃效果显然不及大油枪。对于煤质较差,低负荷稳燃有困难且已采用等离子或气化微油点火技术的电厂,不能忽视大油枪及油系统的定期维护和试验工作,仍要保证大油枪投入的可靠性。5提高煤粉燃烧效率等离子点火装置在燃用神华煤的锅炉上,燃烧效率高达92%以上时,发生过空气预热器、灰库二次燃烧。小油枪煤油混烧,当小油枪用油量较大时则更应注意,甚至有的燃用贫煤的机组点火3h后就发生空气预热器二次燃烧,主要是飞灰可燃物含量高,沉积自燃造成。飞灰可燃物含量与燃烧效率的高低有关,燃烧效率与煤种有很大关系,主要影响因素有煤的挥发分、水分、灰分、煤粉细度等,对于神华煤等离子点火的燃烧效率可以达到80%～95%,飞灰可燃物的含量还受煤中的灰分影响。不同灰分对飞灰可燃物燃烧效率的影响见图1。气化微油点火技术由于输入热量高,燃烧效率略高,但点火初期的飞灰可燃物较高。因此,防止二次燃烧需采取如下措施:a.安装等离子或气化微油点火装置的燃烧器对应的制粉系统,在机组点火启动时最好供给挥发分高,易于着火、燃尽的煤种;b.适当提高配备等离子点火燃烧器或小油量气化微油点火燃烧器的磨煤机的煤粉细度;c.合理控制燃烧器的一次风速,点火初期一次风速不宜过高,控制煤粉浓度在0.36～0.6kg/m3范围内,提高燃烧效率;d.点火初期应加强飞灰可燃物的监视;e.空气预热器应采用连续吹灰方式,防止积粉,基建机组调试期间停炉后加强烟道的检查,消除积粉;f.省煤器下部细灰斗、空气预