w火焰超临界机组燃用无烟煤燃油点火技术选择

w火焰超临界机组燃用无烟煤燃油点火技术选择

1微油点火和纯氧助燃石油是经济发展的基础。能源行业，尤其是能源行业，是石油使用的主要行业之一。由于煤炭的着火和燃烧比油、气困难得多,在锅炉启动和低负荷运行条件下一般采用大量的燃油或燃气来进行点火和稳燃。据粗略统计,每年仅火力发电厂机组的启、停及低负荷稳燃用油就达上千万吨。因此有效的节油技术改进锅炉机组的启、停及低负荷稳燃,大幅度降低火电机组的燃油消耗,优化我国的能源消费结构,对国民经济可持续发展具有重要的战略意义。近年来,国内兴起了多种针对火力发电厂的节油技术,主要的节油技术有等离子点火和微油点火技术。国内等离子点火和微油点火技术在四角切圆燃烧锅炉、前后墙对冲燃烧锅炉从300MW机组到1000MW机组都已经取得应用。而超临界W型火焰锅炉,由于燃烧器结构异常特殊,使用煤种煤质一般为无烟煤,挥发分低,着火速度慢,点火和稳燃特别困难。而等离子点火技术仅用于挥发份较高的煤种,不适用于W型火焰锅炉,因而W火焰超临界机组燃用无烟煤一般采用微油点火技术。在传统微油技术不断发展的基础上,出现了纯氧点火技术和富氧点火技术。纯氧点火技术是将微油点火和纯氧助燃两者功能整合为一体,考虑到传统单一微油点火能量小,对煤种特别是无烟煤的适应性较差的特点,采用纯氧助燃,提高了点火装置的煤种适应性,进一步节约了燃油。富氧燃烧在油和煤中都加入纯氧气,在理论上比纯氧燃烧有更好的燃烧和节油效率。2微油燃烧技术的分类2.1微油燃烧技术微油点火技术是一种以煤代油的技术。该技术借鉴了等离子体燃烧器的结构原理,使微量燃油在特殊设计的燃烧器内高强度燃烧产生高强火焰。该火焰引燃少量煤粉,利用煤粉燃烧自身的热量引燃更多的煤粉,采用功率放大原理,达到最终点燃大量煤粉的目的。微油燃烧技术的两个关键部件分别是微油油枪和煤粉燃烧器,微油气化油枪与高强度油燃烧室配合,燃烧后形成温度很高的油火焰。高温油火焰引入煤粉燃烧器一级燃烧区,当浓相煤粉通过气化燃烧高温火核时,煤粉温度急剧升高、破裂粉碎,释放出大量的挥发份,并迅速着火燃烧;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引燃能量。满足了锅炉启、停及低负荷稳燃的需求。2.2分级燃烧,能量放纯氧点火技术是在成熟的传统微油技术的基础上应用纯氧助燃,采用深入一次风管内部的点火技术,实现逐级点燃、分级燃烧、能量逐级放大。在二级燃烧室加配氧气系统,在点火过程中,将纯氧送入点火燃烧器内部参与煤粉气流助燃,通过环形喷嘴,将氧气送入已被微油火焰点燃的煤粉气流。这样既提高了点火燃烧器对劣质燃料的应用范围,又能充分发挥燃用优质燃料的性能,进一步提高点火燃烧器的节油率。2.3煤粉燃烧的微油或氧助燃,提高正常燃烧及稳燃能力富氧技术利用氧气的助燃特性,在锅炉点火启动时,经微油枪向煤粉燃烧器注入压缩氧气。氧气在微油枪喷口处与燃油充分混合实现纯氧燃烧,形成高温热量回流,并对后续燃油进行加热、扩容。由于富氧的作用,油滴瞬间蒸发气化,从而大幅度提高燃油的燃烧效率及火焰温度。所产生的油火焰动量大,刚性强,传播速度快,中心温度高,使穿过该火焰的煤粉颗粒快速热解破裂,并释放挥发分着火燃烧,进而点燃燃烧器喷口周围呈富氧状态的煤粉。其燃烧所产生的热量引燃一次风煤粉,形成小火点中火,中火点大火的燃烧态势,实现以煤代油,以氧助燃,用微油富氧燃烧直接点燃煤粉流,启动冷态或热态锅炉。在锅炉因调峰、停机而处于低负荷燃烧状态,或锅炉日常运行燃烧呈不稳定状态时,不需投油,仅需向煤粉燃烧器喷口注入高浓度氧气流,即可有效降低氧气流流经区域煤粉的着火热度,显著提高其燃烧温度与速度,实现一次风粉在不加油状况下正常燃烧与稳燃。特殊情况下,也可实行微油富氧燃烧。3比较方案3.1点火能量的增强富氧燃烧方案以及纯氧燃烧方案都采用增加氧气助燃的方法,相比传统微油点火,增强点火能量,提高煤种适应性,点火效果更好,节油效果更显著。而富氧技术方案采用的是油和煤都加入纯氧气,相对于纯氧技术方案只是在煤粉中加入氧气,更能强化初期的点火效果,理论上对于W型火焰锅炉燃用的难燃无烟煤应该更加实用。3.2富氧燃烧方案1台600MW等级超临界W火焰燃烧煤粉炉,传统微油改造工程造价预计在750万左右;富氧燃烧方案的改造量较小、更换设备较少,但相对传统微油需要配置氧站和配套设备,报价预计850万左右;纯氧燃烧方案是在传统微油的基础上配置氧气系统,报价和富氧燃烧相近,约850万左右。3.3富氧燃烧方案600MW等级超临界W火焰燃烧煤粉炉常规大油枪单次冷态启动用油约160~200t,采用传统微油点火后,对烟煤节油率较高,若燃用无烟煤,节油效率只能达到40%左右;富氧燃烧方案理论计算值6.4吨,实际能控制在10吨以内,能达到90%以上的效率;纯氧燃烧技术预计节油效率在80%左右。3.4微油改造方案比选纯氧燃烧方案是在传统的微油基础上,在二级燃烧室加配氧气系统,比传统微油的燃烧效果更好,而传统微油改造在多台60万千瓦等级W火焰炉上有成熟良好的应用,所以,方案的风险性较小;富氧燃烧方案虽有应用且多家公司正在进行改造及签定意向,但在60万千瓦超临界W火焰炉还没有实际的应用,相对而论,其实际的应用情况和效率还有待实践检验。3.5富氧燃烧、纯氧燃烧技术可能存在的问题及对策总的来说,富氧燃烧技术和纯氧燃烧技术比传统微油点火节油效率要高的多,而投资上相差不大。而富氧燃烧方案在效率上更高,施工周期短、满足小修要求,而且对原锅炉的燃烧配置基本不改动,对机组的燃烧工况影响非常小。然而也必须注意到富氧燃烧、纯氧燃烧技术可能存在的问题:(1)由于采用纯氧助燃,燃烧温度有可能提高,在此情况下要防止燃烧器过烧、水冷壁过热等一系列因温度升高可能引起的问题。富氧燃烧、纯氧燃烧技术方案都注意采取了合理组织燃烧器构造,采用二次风气膜保护,喷口材料采用耐热耐磨铸钢等一些手段来防止高温影响,但由于新技术运行实例不多,高温问题仍要注意。(2)富氧燃烧、纯氧燃烧技术增加了氧气系统,对供氧站以及氧气管道等一整套氧气系统的安全问题必须加以重视,更要注意氧气系统不能影响电厂原来其他设备和系统的安全性,应采取必要的安全措施,进行必要的安全培训。(3)富氧燃烧、纯氧燃烧属于新技术,针对本工程W火焰超临界机组应用的案例还并不多,效果还需要实践的检验。4燃烧微油点火的经济比较本文按1台常规600MW等级超临界W火焰炉燃用无烟煤,将常规大油枪点火改造为微油点火,拟改造2台磨煤机(一般为双进双出钢球磨煤机)对应的12只燃烧器,进行经济比较。4.1燃油分析按节约使用1吨油,需使用2吨煤,油价8元/Kg,煤粉0.7元/Kg计算,节约部分主要由冷炉启动节油和低负荷稳燃节油组成:(1)年冷态启动同类型的机组单次冷炉启动用油约160~200t,一年冷态启动4次。按传统微油点火节油率40%,富氧燃烧节油率90%,纯氧燃烧节油率80%计算。(2)低负荷时煤粉燃烧效果低负荷稳燃大油枪出力1.17t/h,传统微油枪出力0.15t/h(一台燃烧器对应2只微油枪),用微油枪代替大油枪进行稳燃时按照两只微油油枪可替代对应的大油枪计算,按一年12只微油燃烧器/大油枪的稳燃投运时间为100小时(对若需要经常参与调峰的机组节油改造效益将更为可观)。而在低负荷稳燃的情况下,富氧燃烧和纯氧燃烧均可不投油,仅需向煤粉燃烧器喷口注入高浓度氧气流,即可有效降低氧气流流经区域煤粉的着火热度,显著提高其燃烧温度与速度,实现一次风粉在不加油状况下正常燃烧与稳燃。特殊情况下,也可实行微油富氧燃烧。这样耗油量亦大大降低了。具体效益分析见表1。4.1机组运行状况节油及资金情况如下,项目属一次性投资而长期收益,具体投资回报视机组运行状况定。具体经济性分析见表2。可以看出富氧燃烧投资回收期最短,纯氧燃烧次之,传统微油点火最长。5燃烧方案对比W火焰超临界机组燃用无烟煤应采用微油点火技术,富氧燃烧技术和纯氧燃烧技术比传统微油点火节油效率要高的多,而投资上相差不大