300mw火电机组燃油消耗分析

300mw火电机组燃油消耗分析

由于世界能源的紧张，节约能源、提高供电效率和节约燃料已成为能源产业的重点。按照国家的电力发展目标,我国“十一五”新建机组约为1.5亿kW,其中75%为火电机组,相当于每年有75台300MW或38台600MW机组投产。仅试运行阶段的启动,每年就需消耗约11.3万t燃油。5年共消耗燃油56.5万t,共计22亿元。若考虑启动点火和低负荷稳燃,仅2004年全国大约消耗90万t燃油,共计36亿元。所以节油改造工作是非常有意义的。针对国际油价大幅攀升的状况,分析目前火电厂燃油系统,研究和推广业已成熟的节油型点火装置,在目前电力行业标准和实际状况的基础上,节约50%燃油量的目标是能够实现的。1机组燃油消耗率根据全国每年参加竞赛的不同容量机组的单位耗油量分析,电厂的油耗指标差距是很大的,引起的原因当然是多方面的,包括机组容量、燃料挥发份、锅炉最低稳燃负荷、燃油系统设备情况以及运行管理等。由于这些因素,使不同电厂的燃油状况相差很大。表1为根据全国竞赛机组2004年数据汇总表计算得出的火电厂耗油状况。参加表1统计的不同容量机组共计548台,统计容量为1.379亿kW,相当于当年全国火电机组总容量的47.6%。根据统计分析可见,100MW机组的燃油消耗率为3.73t/(MW.a),200MW机组为3.47t/(MW·a),300MW机组为2.66t/(MW·a),600MW机组为1.66t/(MW·a)。说明机组容量越大,其燃油消耗率越小。另一组数据显示,100MW和200MW机组的点火耗油占全部耗油约35%～37%,300MW机组约占47%,600MW机组约为60%,这说明当机组容量增大时,由于调度因素或者锅炉的低负荷稳燃能力提高,使助燃用油量降低了。最重要的,机组燃油率的大小与机组一年中的启动次数和自身的锅炉最低负荷稳燃率有关。如果机组承担了更多的起停任务和负荷的变动,则其燃油耗率会增大。表2列出了某发电集团公司2002和2003年的综合耗油统计量。从表2的数据分析可知,参加统计的总台数为132台,统计容量为2207万kW。其中100MW机组和300MW机组含燃油机组,故耗油量较高,2003年的油耗量比2002年增加了88%,主要是因为2003年的300MW燃油机组运行小时数较高。机组耗油率普遍高,说明该发电集团的电厂都处于调峰负荷地区。200MW机组和600MW机组耗油率相当。200MW机组约4.17t/(MW·a);600MW机组约3.95t/(MW·a)。2002年的燃油量约25.31万t,2003年为47.59万t,价值分别相当于8.86亿元和16.66亿元。2火电站的燃油系统2.1油枪雾化方式锅炉点火及助燃油有轻柴油、重柴油、渣油等,由于重油的黏度高,冬季或低温下运输时需要伴热,因而现在基本采用轻油点火及助燃。冬季或北方寒冷地区燃用-10号柴油,其它季节或温暖地区燃用0号轻柴油。除了在极少数小型锅炉上采用直接点火外,大、中型锅炉均采用二级点火方式,即高能点火器直接点燃经过雾化的轻柴油,稳燃后再投入煤粉。油枪雾化方式多种多样,选择因素主要为电厂原有的运行习惯、当地温度条件和设备情况等。雾化的方式有:(1)蒸汽雾化:蒸汽来源方便,压力易于控制,燃油雾化结果好,火焰生成好,燃油能够完全燃尽。但是当冬季启动,温度低于0℃以下时,蒸汽管路中末端的蒸汽凝结为水后容易结冰,使蒸汽管路堵塞而影响启动。(2)压缩空气雾化:压缩空气来源容易,蒸汽压力也易于控制,但是当压缩空气使用频繁时,其压力易于产生波动,因而影响燃油雾化效果,使火焰燃烧不稳定,燃油不能够充分燃尽。(3)机械雾化:依靠燃油枪的雾化喷头,靠燃油压力使喷出的燃油自然雾化,以保证燃烧完全。由于机械雾化不需要介质,因而系统简单,压力易于控制,燃油雾化效果好,能够完全燃尽,所以应用较为广泛。但是机械雾化需要的燃油压力较高,因而电耗较大,同时对油枪的雾化喷头要求高。2.2提高油枪总出力一般每台锅炉使用一套油点火及助燃油系统,系统设计为一个闭式循环回路。每根油枪的额定出力为500～2500kg/h不等,根据需要配置。燃用烟煤时,油枪总出力可带锅炉最大连续出力15%负荷,如果为贫煤或无烟煤,则油枪总出力可扩大到30%负荷。单根油枪的出力不宜过大。根据调查结果分析,由于许多电厂为了加快启动过程,往往突破标准,采用大油枪,结果导致用油增加。有些电厂怕点火用油不够,或者锅炉煤质变化大,提高燃油的总出力。现场启动阶段,由于时间紧,投油过快,结果由于用油量的变化而造成压力波,又引起燃油燃烧不好,除导致燃油量增加外,还会引起锅炉尾部集油,造成二次燃烧,引起锅炉事故。2.3启动锅炉及点火系统流供油泵可采用离心式供油泵、齿轮式或螺杆式供油泵。油泵可按3台设置。油泵所配的电动机均采用防爆型。一般新建电厂均采用燃油炉作为启动锅炉,并兼作冬季施工用汽汽源。这样,启动锅炉也是电厂的耗油设备。CFB循环流化床锅炉的油点火系统流一般采用二级点火,即高能点火器点燃轻柴油,轻柴油点燃煤粒。锅炉在风室底部一次风道上并联布置风道点火器,点火器最大出力约15%,供锅炉启动点火和低负荷稳燃用,燃油一般采用机械雾化。3节约燃油的主要方式改进现有的燃油系统,提高油枪的燃烧效率,寻找燃油的替代物,是节约燃油的主要方式。从技术上分析,改进现有的燃油系统,可在目前情况下节约燃油约1%～3%;提高油枪的燃烧效率和完全燃烧率可节约燃油约3%～8%;寻找燃油的替代物可节约燃油至少约40%。3.1雾化方式的影响油压波动是燃油燃烧不好的根本原因,特别是机组台数多和机组容量大的时候,在燃油使用量较大时,会使燃油管道中的油压波动较大,无论是机械雾化或空气雾化方式,都会使燃油雾化效果变差,使燃油不能充分燃烧。因此,需要从燃油油泵的选择、管道直径和阻力的选择计算、控制方式的选择和计算、系统回路的确定等多方面进行优化,以保证稳定的运行油压。3.2醇类醇提物喷雾头+醇类醇(1)正确选择油枪的容量,不宜为增加燃烧强度而选择大容量的油枪。(2)选择好的油枪喷雾头,增加燃油雾化能力,保证燃油与空气接触良好,提高燃烧效率。(3)燃油压力与喷头设计压力很好地匹配,如果油压偏离喷头设计压力,则油枪雾化效果将大大降低。(4)注意启动过程中风量的调节,如果风量大于燃油所需的空气量,则会多带走热量,从而增加燃油的用量。3.3煤粉点火燃烧技术通常油点火装置是直接将燃油喷到炉膛中直接燃烧产生热量,待炉膛中温度满足煤粉燃烧条件后再投煤粉,因而用油量较多。因此有人考虑采用强化燃烧的油燃烧器点火,油燃烧器发出高温火焰,将通过煤粉燃烧器的一次风温升至不同煤种的着火温度,直接由高温空气点燃煤粉,实现不同挥发份煤种的点火燃烧,从而大幅度降低点火和助燃过程中的油耗。这种燃烧发出的火焰温度可高达1800℃,所组成的“低油煤粉点火系统”使煤粉能够在启动和低负荷条件下被点燃,低压油燃烧器燃油量约80～300kg/h,而同等功能条件下的油枪出力约为1000kg/h,从而达到节油的目的。煤粉点火燃烧器的技术特点是,油燃烧器所产生的高温空气在喷出燃烧器的瞬间已经和煤粉混合,煤粉燃烧器内形成火焰包容煤粉、气膜风包容火焰,所设置的气膜风消除了煤粉燃烧器内壁附面层气流零速度效应并避免了结渣,火焰对冲式布置为煤粉的湍流燃烧提供了有利条件,由于提高了燃烧区温度,从而提高了燃料的反应能力,强化了热质的反应过程,使煤粉在燃烧区猛烈燃烧。为点燃无烟煤、贫煤及劣质煤创造了良好的条件。目前“低油煤粉点火系统”技术已经成熟,已在不少电厂中得到应用。3.4煤粉点火技术等离子是理想的点火技术,可直接用来点燃粉煤,达到节油的目的。等离子体是由电弧放电产生的,形成高温炽热的气流,使贴近的粉煤瞬间着火。由于温度高,火焰传播快,燃烧反应强烈,很快使火焰充满整个炉膛。由于等离子焰流的能量密度大于常规火焰10倍以上,所以它能点燃各种热值的煤粉。等离子点火系统主要由以下几个部分组成:等离子体发生装置、电源、冷却水系统、空气输送系统等。等离子体发生装置是由阳极、阴极、阴极移动系统、等离子体磁性控制系统进气室、旋气环、绝缘体等组成。在锅炉点火时,这种高温气流点燃煤粉,产生强力火焰,喷入炉膛,点燃炉膛的煤粉。等离子无油点火技术的开发和研究在国外已有十多年的历史,应用于煤粉锅炉直接点火。20世纪90年代初我国开始引进,目前许多电厂已成功应用。某电厂2005年投产2台300MW机组,第1台锅炉试运行过程中未使用等离子点火装置,耗油约1600t;第2台锅炉采用等离子点火装置后,原计划耗油1500t,实际耗油300t,节约了近80%的燃油。4机组运行方案表3分析了采用等离子点火后,不同容量的燃煤锅炉节油和节约费用的情况。用油量数据取自2004年全国火电机组竞赛主要指标汇总表,年总用油量中不包括机组试运行用油。每台机组按照四角切圆燃烧方案,安装4只等离子点火装置。对于不同容量的机组采用等离子点火技术后,其燃油费用分别节约至少40%,因此,节