无油点火技术发展的一些问题

无油点火技术发展的一些问题

随着中国国情的快速发展，全国能源需求显著增加。2007年，中国的发电能力超过7亿kw。其中，占安装总数的75%，到2020年，中国的发电能力将达到13亿kw。根据中国能源资源配置的特点，煤炭能源仍然占很大比例。大油枪点火技术是目前我国火力发电厂煤粉锅炉应用最广的传统点火技术,由于燃煤电厂的煤粉燃烧器采用一级送粉方式,冷态启动与低负荷时只能采用燃烧燃油的方式提供热能,燃油消耗量很大,目前全国每年耗油量大约在2500～3500万t(相当于我国胜利油田一年的石油产量)。因此以煤代油为锅炉点火,实现无油点火和稳燃,不仅是对缓解目前我国燃油紧缺的局面具有重大现实意义,而且对我国今后的可持续发展也有深远的战略意义。本文准备对一些无油点火助燃技术的发展情况作些评析。预燃室点火是早期应用于烟煤或褐煤锅炉小机组的一种无油点火技术,这项技术首先应用于火箭的氢氧发动机和煤油发动机,已有几十年的历史,对于提高火箭的推力与速度,起了巨大的作用。采用这种技术煤粉先经过加热过的预燃室从预燃室吸收热量升温达到煤粉的着火点,然后进入炉膛燃烧,作为点火或稳燃用。这项技术的关键是要解决预燃室的煤粉结焦问题:由于预燃室内部的温度比较高,对于氢气与氧气或煤油与氧气来说,不会产生结焦的问题,但是对于煤粉来说,往往会产生结焦,导致煤粉的出力与流速下降;由于这个问题很难解决,所以预燃室点火技术目前已基本淘汰。最先应用这项技术的是北京的高井电厂,但是现在高井电厂已用雾化小油枪点火技术取代了预燃室点火。高频感应高温空气点火技术利用高频感应电加热装置将装置内的空气加热到足够高温度,这部分高温空气被通入到煤粉燃烧器喷口处的点火装置点燃煤粉形成一个火炬,该技术曾经是作为国家863计划的一个分支研究课题。高频感应高温空气点火与稳燃装置属于间接加热系统,由火燃烧喷口、高频感应头、大功率电源等组成,结构简单、主体无机械运动部件、可靠性较高,但是空气加热的温度受装置金属材料的耐温限制,而且当煤质较差、含水量较高时煤粉升温所需的热容量较大,而空气本身热容量较小,高温空气往往无法将煤粉加热至燃点导致点火失败,也就是说高频感应高温空气点火技术的应用受煤质影响较大,煤种适应性较差。从目前的应用来看,只有在吉林热电厂、杨子石化热电厂做过试验性的点火,目前这项技术没有通过鉴定也没有具体的应用业绩。等离子点火与稳燃技术是近几年来发展比较迅速的无油点火技术,普及率也在逐步提高,50～1000MW机组都有应用报道。等离子体技术原来主要应用核电、空气动力学试验中的材料烧蚀试验等,是随着国防科技的发展而逐步发展起来的。这项技术应用于点火是从上世纪90年代初开始的,首先俄罗斯把这项技术应用到陕西的秦岭电厂,但是由于各种条件的限制,没有成功,以后通过烟台龙源电力技术有限公司与大唐博耐特工程有限公司等单位的努力,适应了中国国内的煤质参数,得到了大规模的推广。等离子点火与稳燃技术利用等离子体技术产生高焓高温的空气等离子体,煤粉通过等离子体高温空气受热迅速升温发生深度裂解析出挥发分,挥发分的质量分数可达20%～80%,这些挥发非常容易点燃。采用这种技术,煤粉燃烧器大多采用多级送粉原理和浓淡分离技术,浓煤粉气流通过等离子体空气后燃烧,产生的热量再点燃全部煤粉气流。等离子无油点火与稳燃装置主要由等离子喷枪、大功率直流电源与高效浓淡分离型煤粉燃烧器组成,等离子喷枪包括阴极、阳极、水冷系统、磁稳线圈等,大功率直流电源由变压器、电抗器、整流单元、负反馈控制回路等组成,点火快、稳定可靠、煤种适应性较广,但是由于等离子弧焰温度很高(最高10000℃),阴、阳极烧损严重,即便采取水冷措施阴极和阳极寿命也分别只有数十小时和数百小时,需频繁更换阴、阳电极。等离子点火与稳燃技术的关键是等离子喷枪与浓淡分离型煤粉燃烧器,其中等离子喷枪的设计质量与浓淡分离型煤粉燃烧器的分离效果直接决定现场锅炉应用的效果。从应用情况来看,由于采用了管道蒸汽加热技术与临炉送粉方式,已经完全实现了锅炉的冷态点火启动与稳燃,不用一滴燃油,节油率达到了100%。从使用经济效益分析,由于采用了低品位燃料代替高品位燃料,使用成本大约是采用大油枪点火成本的25%～35%,每年为电厂节约几百万的成本。目前应用这项技术的有烟台电厂、华能海勃湾电厂、赤峰电厂等大约上百个电厂,300多套机组。蒸汽或空气雾化小油枪点火技术作为一种节油的点火技术,近几年来发展也比较迅速,目前国内拥有这项技术的包括大唐节能科技有限公司、华电光耀电力设备有限公司、济南海普电力节能科技有限公司等。传统的大油枪点火技术采用简单机械雾化方式,燃油的雾化质量受到限制,通常SMD不小于100μm,燃烧效率比较低;小油枪点火技术利用压缩空气或蒸汽的高速射流将燃料油直接击碎,雾化成超细油滴进行燃烧,一般SMD可小于50μm,可以在极短的时间内完成油滴的蒸发气化让油枪直接燃烧油雾,火焰刚性强、传播速度快、中心温度高(达到1500～2000℃),燃烧效率大大提高。煤粉燃烧器采用浓淡分离技术,小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,释放出大量的挥发分迅速着火燃烧,在二次室内混合并点燃稀相煤粉,实现煤粉的分级燃烧。蒸汽或空气雾化小油枪点火装置主要由燃油系统、控制系统和高效浓淡分离型煤粉燃烧器组成。燃油系统由小油枪、供油管路、压缩空气系统等组成。根据机组的控制系统不同,小油枪技术可以采取不同的控制和保护方式,例如手动控制,远程保护、PLC控制与FSSS联合保护、DCS控制与BMS(或FSSS)保护等。蒸汽或空气雾化小油枪点火技术结构简单、操作和调节方便、检修维护量小、便于生产管理,对煤粉浓度和一次风速的适应性强,锅炉启动过程中热负荷的调节方便,与各类控制系统的兼容性强,设备和系统安全可靠,不过小油枪点火仍然要消耗掉部分燃油。蒸汽或空气雾化小油枪点火技术的关键是小油枪的燃油雾化质量与浓淡分离型煤粉燃烧器的分离效果,这两个方面决定现场应用的效果。从使用经济效益分析,由于是使用小油枪的热量点燃一次风粉,80%以上的热量是由煤粉燃烧放出的,因此节油率可以达到80%以上,使用成本大约是采用大油枪点火成本的35%～40%左右;由于蒸汽或空气雾化小油枪点火技术系统结构简单,建设费用比较少,如果是老机组改造,就可以节省油库与系统管路建设的资金,使用成本将会更低。目前应用这项技术的有青岛电厂、扬州电厂、邹县电厂、莱城电厂等大约100个电厂,200～300套机组。双强化煤粉点火技术也是一种节油的点火技术。这种技术采用强化的油燃烧器产生的不低于1600℃的高温火焰,把通过煤粉燃烧器的一次风粉(二相气流)升至着火温度,实现不同煤种的直接点火与燃烧,可以降低煤粉锅炉点火启动及稳燃过程的燃油消耗。作为这种技术的关键设备用来强化燃烧的油燃烧器,采用航空发动机强制配风的燃烧技术,体积小、热负荷高、燃尽率高(达98%)、火焰温度高(可达1800℃)、火焰刚性好、抗风能力强,油枪出力可任意调整,满足不同煤种的“煤粉内燃技术”的点火热源要求。目前这项技术正处于逐步试验完善阶段。这些点火与稳燃技术中,目前我国应用较多的是等离子无油点火技术和蒸汽或空气雾化小油枪点火技术。从初次投资、运行费用与维护工作量来看,这两种技术的竞争力也比较强,发展前景较好。等离子点火技术的发展,面临的课题