等离子煤粉点火结合小油枪技术在600mw超临界机组冷态启动中的应用

等离子煤粉点火结合小油枪技术在600mw超临界机组冷态启动中的应用

0电价启动成本越来越高在冷却阶段，600mww超积累器已经使用了直接燃料法开始运营。近年来，随着全球性的能源紧张，特别是原油价格不断上涨，火电机组的燃油启动模式的成本越来越高。本文将介绍冷态启动的3种方法，对比分析各方法的特点，以确定金湾发电有限公司600MW机组在保证安全要求的基础上较经济的冷态启动方式。1燃煤启动方式存在的问题大型超临界机组冷态启动的方法有：(1)采用普通燃油启动方式；(2)采用等离子煤粉点火的燃煤启动方式；(3)采用等离子煤粉点火结合小油枪技术的启动方式。机组冷态启动的过程中，普通燃油启动方式耗油多、污染大。采用等离子煤粉点火的燃煤启动方式，虽然是一种经济的启动模式，它可以利用直流空气等离子体作为点火源，实现锅炉的冷态启动而不用燃油；但是，该启动方式存在锅炉金属温升过快的问题，对锅炉受热面的寿命影响较大。另外，在实际启动过程发现，汽轮机冲转阶段，单纯烧煤的启动方式，主蒸汽温度很难控制在冷态启动所要求的最高限制温度范围内，容易超温。此时必须投用减温水，由于冷态启动时主蒸汽温度较低、蒸汽流量较小，减温水的大量投用如控制不好，易造成水击，引起锅炉受热面损坏。同时，主蒸汽温度超过限制的冲转温度，会造成蒸汽温度与汽轮机的金属温度温差较大，对汽轮机热冲击较大，影响机组的启动安全。采用等离子煤粉点火结合小油枪技术的启动方式，既满足安全、环保和经济性的要求，又能有效地控制锅炉在冷态启动期间的温升率。2锅炉冷态无油点火金湾发电有限公司的3、4号机组采用上海锅炉厂有限公司生产的600MW超临界参数变压运行螺旋管圈直流锅炉，型号为SG-1913/25.4-M960，单炉膛，一次中间再热，四角切圆燃烧，平衡通风，全钢架悬吊结构，“Π”型露天布置，固态排渣。锅炉采用中速磨煤机冷一次风机正压直吹式制粉系统，每台锅炉配6台中速磨煤机，磨煤机为上海重型机器厂生产的HP1003型中速磨，燃烧设计煤种时，5台运行，1台备用。锅炉在A层布置了4台等离子点火装置，同时布置AB、CD、EF层轻油燃烧器。机组采用等离子无油点火技术，从整套设备的使用情况看效果良好，设备故障率较低，维护简单方便，对于四角切圆燃烧的锅炉，配备中速正压直吹系统，完全可以采用等离子点火实现冷态无油启动、低负荷无油助燃运行。但由于此种点火方式存在锅炉受热面金属温升快的问题，会影响到锅炉受热面的使用寿命。如果靠油枪进行冷态启动会增加启动费用。因此，考虑采用等离子煤粉点火结合小油枪技术的启动方式以保证机组启动的安全和经济。33制冷态锅炉受面温度问题在大型超临界机组冷态启动过程中，如何尽可能减少启动阶段的燃油消耗，提高经济效益；同时控制冷态启动锅炉受热面金属温升率，稳定控制主蒸汽温度，满足机组启动安全技术要求，是一个值得研究的问题。以金湾发电有限公司600MW超临界机组为例，通过对多次冷态启动相关数据的统计分析，归纳设定各启动方法具有代表性的典型参数，以对比分析3种冷态启动方法的安全经济性。3.1机组启动燃油成本设冷态启动过程单纯依靠燃油点火至负荷到达300MW稳定时间为T，根据多次冷态启动相关数据的统计，分别测算启动时间为14、19和23h时，启动过程的燃料成本，为了使测算结果更贴近实际，取3个启动时间所需燃料成本的平均值。费用测算的条件详见表1，燃油价格按7200元/t计算。机组冷态启动燃油成本为：(1）启动时间T取14h。消耗的燃油量q1=[3.5+14+（14×1/3）]×14=310(t），燃油成本：N=310×7200=223.20（万元）。(2）启动时间T取19h。消耗的燃油量q1=[3.5+14+（14×1/3）]×19=421(t），燃油成本：N=421×7200=303.12（万元）。(3）启动时间T取23h。消耗的燃油量q1=[3.5+14+（14×1/3）]×23=510(t），燃油成本：N=510×7200=367.20（万元）。燃料成本平均值：N=（223.20+303.12+367.20）/3=297.84（万元）燃油启动过程锅炉受热面温升情况如图1所示。从图中可以看出启动过程受热面温升曲线平滑，没有热冲击现象，温升率满足安全启动的要求。3.2机组运行时间计算设冷态启动过程单纯依靠等离子煤粉点火燃煤方式，至负荷到达300MW稳定时间为T，根据实际统计的结果，取冷态启动时间分别为14、19和23h进行燃料成本测算，并将测算结果取平均值。负荷到达300MW所需燃煤量，按燃煤量30t/h、50t/h、60t/h运行时间各占1/3计算；煤价按600元/t计算。机组冷态启动燃煤成本为：(1）启动时间T取14h。消耗的煤量q2=（30+50+60）×14×1/3=653(t），燃料成本：N=653×600=39.18（万元）。(2）启动时间T取19h。消耗的煤量q2=（30+50+60）×19×1/3=887(t），燃料成本：N=887×600=53.22（万元）。(3）启动时间T取23h。消耗的煤量q2=（30+50+60）×23×1/3=1073(t），燃料成本：N=1073×600=64.38（万元）。燃料成本平均值：N=（39.18+53.22+64.38）/3=52.26（万元）等离子煤粉点火的启动过程受热面温升情况如图2所示。从图中可以看出锅炉受热面温升率大。3.3小油枪开启运行成本设冷态启动过程采用等离子煤粉点火结合小油枪点火方式至负荷到达300MW稳定时间为T，根据实际统计的结果，取冷态启动时间分别为14、19和23h进行燃料成本测算，并将测算结果取平均值。负荷到达300MW所需燃料量，按燃煤量16t/h、30t/h、45t/h运行时间各占1/3计算，点火后小油枪始终保持5t/h运行；按煤价600元/t、燃油价7200元/t计算。机组冷态启动总燃料成本为：(1）启动时间T取14h。消耗的煤量q2=（16+30+45）×14×1/3=425(t），消耗的油量q1=5×14=70(t），燃料成本：N=425×600+70×7200=75.90（万元）。(2）启动时间T取19h。消耗的煤量q2=（16+30+45）×19×1/3=576(t），消耗的油量q1=5×19=95(t），燃料成本：N=576×600+95×7200=102.96（万元）。(3）启动时间T取23h。消耗的煤量q2=（16+30+45）×23×1/3=698(t），消耗的油量q1=5×23=115(t），燃料成本：N=698×600+115×7200=124.68（万元）。燃料成本平均值：N=（75.90+102.96+124.68）/3=101.18（万元）等离子煤粉点火结合小油枪技术启动过程受热面温升情况如图3所示。从图中可以看出温升率控制较好。3.43燃料成本及特点对比燃油启动温升率小，燃煤启动温升率远大于其他2种启动方式，结合经济效益和运行安全的要求，等离子煤粉点火结合小油枪的启动方式可满足安全要求又兼顾了经济性。3种启动方法的燃料成本及特点对比情况见表2，温升率对比如图4所示。由图4可见，燃油启动温升率小，燃煤启动温升率远大于其他2种启动方式，结合经济效益和安全要求，只有等离子煤粉点火结合小油枪的启动方式能满足安全要求又兼顾了经济性，故这种启动方法是适合于金湾发电有限公司的600MW超临界机组的最优启动方式。4对运行进行规范调整实践运行表明，使用等离子点火结合小油枪启动方式安全可靠，与完全采用等离子点火方式比较，提高了机组冷态启动的安全性，锅炉金属温升率最大值为1.07℃/min，符合控制温升率≤2℃/min的安全启动要求，锅炉运行未发现有金属温升超标而导致的爆管现象，连续运行状态良好。2008年获得了“零非停”的佳绩，2009年2台锅炉未发生一次爆管事故。经过对使用等离子点火结合小油枪启动方式的深入研究和实践，现阶段公司已出台相关安全运行措施和技术操作规范。将这种安全、经济的启动方法标准化和程序化，要求机组在启动过程中，严格执行这种模式，使机组运行可以长期获得良好的安全性和经济性。使用等离子煤粉点火结合小油枪启动方式经济效益可观。每启动1次，这种方法比常规燃油启动节省成本近197万元。按单台机组实际运行允许每年非正常停运2次、正常检修停运1次计算，3次启动可节省成本591万元。考虑到直接燃煤启动金属温升很容易超出限值，导致锅炉金属疲劳引起爆管停机等事故，如每年发生1起爆管事故，按机组日负荷率80%、停运抢修需4天、收益按0.1元/(kW·h)估算，停机造成的发电量减少的