粉锅炉点火与稳燃技术分析与发展趋势

1煤粉锅炉点火与稳燃技术的分析与发展趋势闫金山（中国航天空气动力技术研究院北京100074）摘要：分析了我国目前的装机形势与国家政策，对目前国内的几种煤粉锅炉点火与稳燃技术进行了分析，指出了煤粉锅炉点火与稳燃技术的发展趋势。关键词：煤粉锅炉点火稳燃技术分析Theignitionandsteadyburning’stechnologyanalysisofcoalpowerboileranddevelopingdirectionYanjin-shan(CAAA,Bei-jing100074)Abstract:thispaperintroducestheactualloadmachinepositionandnationalpolicyofourcountry,discussesgenerallytheseveralkindsofignitionandsteadburning’stechnologyofcoalpowerboiler,andpointsoutthedevelopingdirectionofignitionandsteadyburning’stechnology.Keywords:coalpowerboilerignitionsteadyburningtechnologyanalysisAbstractAbstract:analysisofthecurrentstatusofdomesticmicrooilignitionapplication,putforwardtostrengthenthedesignofmicrooilignitionoxygencombustiontechnology,thetechnologyhastheadvantagesofhighcombustionflametemperature,fuelburnratecloseto100%,reducethepulverizedcoalignitiontemperature,coaltypeadaptingtothecharacteristicsofwiderange,moreinlinewiththerequirementsoftheboilerpressuretemperaturecurve.Oxygenconsumptionpartoftheprice,obtaingoodeffectoffirecombustionandhighcombustionoffuelandhighstrength,sothattheunitstartupandsteadycombustionofthefuelsavingeffectismoresignificant,thecombustiblematterinflyashislower,atthesametimedoesnotaffectthedesulfurizationandoutofstocksystemoperation;directblowboilersystemforgrinding,canalsosolvetheboilerignitionstageheatexpansion2problems.Thefrequencyofoperationreformofmill,reducecoalmilloutput,reduceboilerignitionstageheatcapacitytothemaximumextenttomeettherequirements,theboilerignitionprocessoftemperaturecurve.Keywords:microoilignition;oxygen;grindingcoalmachinefrequencyconversionoperation;boilertemperaturerisecurve一、概述随着我国经济的高速发展，电力需求量大幅增长。据国际能源署（IEA）2002年世界能源展望中的“中国能源展望”预测，中国GDP到2020年翻两翻后，发电量为48130亿kw.h，其中煤电为35030kw.h，需要总装机容量为10.87亿kw，与GDP翻两翻的目标相适应，2020年前，我国每年要有4000万kw-5000万kw的装机容量增长。随着中国经济的快速发展，2007年中国发电装机容量突破7亿kw，煤电装机量约占装机总量的75%，煤电发电占我国发电总量的81%，根据我国目前的电力市场的发展，到2020年，全国的装机容量将会超过国际能源署（IEA）在2002年的预测，达到13亿kw。如何减少乃至彻底取消火力电厂用于锅炉点火、稳燃和助燃的燃油消耗，降低发电成本，一直是国内外电力行业急需解决的关键技术难题。开发火力发电行业煤粉锅炉各种点火与稳燃技术，实现无油点火和稳燃，对缓解目前国内燃油紧缺的局面，建设节约型社会，具有重大的现实意义和深远的战略意义。现在全国每年用于锅炉点火与稳燃耗油量大约在2500万-3500万吨（相当于我国胜利油田一年的石油产量）。因而，采用低品位燃料替代高品位燃料，以煤代油进行锅炉的点火、助燃已是迫在眉睫。二、几种点火技术的分析目前我国主要有以下几种点火与稳燃方式：大油枪点火技术、预燃室点火技术、高频感应高温空气点火技术、等离子无油点火技术、蒸汽或空气雾化小油枪点火技术、双强化煤粉点火技术等六种点火与稳燃技术。1、大油枪点火技术目前应用最广的一种点火方式，也是最传统的点火技术，按照锅炉机组容量大小的不同，每台锅炉安装不等数量的油枪，油枪出力在1.5t/h-2.5t/h之间，采用简单机械雾化方式雾化燃油，每只油枪自身配有高能点火器，油枪、高能点火器及各自的推进器设计成一体，能够满足程控点火的要求。由于采用简单机械雾3化方式，燃油的雾化质量受到限制，通常SMD≥100µm，同时由于与之相配的煤粉燃烧器采用的是一级送粉方式，冷态启动与低负荷时，只能采用燃油完全燃烧提供能量的方式，是目前消耗燃油最多的点火与稳燃方式。2、预燃室点火技术预燃室点火是早期应用于燃用烟煤或褐煤的小机组，煤粉要首先经过加热过的预燃室，煤粉先从预燃室吸收热量，升高自身温度，最终达到煤粉的着火点而进行燃烧，作为点火或稳燃用。由于采用预燃室结构，预燃室内部的温度比较高，所以煤粉就会产生结焦问题，使用过程中会导致煤粉的出力与流速均下降，这个问题到现在为止一直没有能够解决，现在已基本退出市场。3、高频感应高温空气点火技术高频感应的过程是水冷线圈通电后产生强的高变磁场，处于高变磁场中的感应管受电磁感应作用产生感应电动势，在其内部形成高变感应电流-涡流。涡流克服感应管自身电阻生成焦耳热，感应管被加热并迅速升温。感应加热采用交流电流，交流电流通过导体时存在着集肤效应、邻近效应和圆环效应，感应加热就是对交流电三大效应的综合利用。高频感应高温空气点火技术就是利用高频感应电加热装置将部分空气加热到足够高温度后，再将这部分高温空气通入到燃烧器喷口处特别设计的点火装置，利用空气的热量将部分煤粉点燃，着火后的煤粉释放出大量的热量又将其它煤粉点燃，最终形成一个火炬。高频感应高温空气点火与稳燃装置包括点火燃烧喷口、高频感应头、大功率电源等。具有结构简单、主体无机械运动部件、可靠性较高等诸多特点；但是不足之处在于空气加热的温度本身受金属许可壁温的限制，而且空气本身热容量较低，当煤质越差、含水量越高时，其需要的热容量变大，高温空气会无法将煤粉加热至燃点而将其点燃，点火失败几率较高，因此应用受煤质影响较大，煤种适应性较差。4、等离子体无油点火技术等离子无油点火与稳燃技术是近几年来发展比较迅速的点火技术，其市场占有率也在逐步提高，应用的机组容量从50MW-1000MW都有应用业绩。等离子体是指物质被电离后生成的由原子、电子、离子和分子等粒子组成的正负电荷数相等、对内为良导体、对外呈中性体的粒子集合体。其原理是利用空气等离子体4内的高焓高温热量，使通过等离子体高温空气的煤粉气流深度裂解，产生出比工业分析多20%～80%的挥发分，并使这些挥发分迅速点燃，进而点燃固态碳。煤粉燃烧器采用多级送粉原理和浓淡分离技术，首先浓煤粉气流通过等离子体高温空气，然后利用浓煤粉气流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，由主要等离子喷枪、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，高效浓淡分离型煤粉燃烧器主要采用碰撞原理，使煤粉粒子通过特殊设计的煤粉燃烧器中的凸起环块，达到浓煤粉气流向等离子弧焰靠拢，减少煤粉气流的点火热。其辅助系统包括冷炉制粉系统、载体空气系统、冷却水系统、图像火检系统、一次风速监测系统等。等离子体无油点火技术具有点火快、稳定可靠、煤种适应性较广等诸多特点；但是其不足之处在于：由于等离子弧焰温度很高，能够达到几千度甚至上万度，结果是即便采取了水冷措施，阴、阳极烧损严重，阴极寿命仅数十小时、阳极寿命也仅数百小时，需频繁更换阴、阳电极。5、蒸汽或空气雾化小油枪点火技术蒸汽或空气雾化小油枪点火技术也是近几年来发展比较迅速的点火技术，它是先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≤50µm，同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热、扩容与后期加热，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油雾，从而大大提高燃烧效率及火焰温度，火焰刚性强、传播速度快、火焰中心温度高（达到1500～2000℃）。煤粉燃烧器采用多级送粉原理的浓淡分离技术，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，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。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。控制系统根据机组控制系统不同而采取不同的控制方式，主要有就地手动控制与远程保护、PLC控制与FSSS联合保护、DCS控制与BMS（或FSSS）保护等几种。辅助系统由燃烧器壁温监测、图象火焰监测、二次风等系统构成。蒸汽或空气雾5化小油枪点火技术具有结构简单、操作和调节方便、检修维护量小等特点，便于生产管理；对煤粉浓度和一次风速的适应性强，有益于锅炉启动过程中热负荷的调节；与各类控制系统的兼容性强，设备和系统安全可靠。其不足之处在于小油枪点火仍然要消耗掉一部分的燃油。6、双强化煤粉点火技术双强化煤粉点火技术采用双强化煤粉内燃技术，其原理是由强化的油燃烧器发出的不低于1600℃的高温火焰，将通过煤粉燃烧器的一次风粉二相气流温度升至不同煤种的着火温度，实现不同煤种的直接点火与燃烧，从而达到了大幅度降低煤粉锅炉点火启动及稳燃过程的燃油消耗的目的。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，具有体积小、热负荷高、燃尽率高（达98％）、火焰温度高（可达1800℃）、火焰刚性好、抗风能力强等特点，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。三、几种点火技术的对比点火方式适应煤种技术成熟度煤粉燃烧器类型煤粉燃烧器结构投资运行费用维护工作量大油枪点火所有煤种成熟内燃型一级送粉大大大预燃室点火优质烟煤和褐煤已淘汰+内燃型一级送粉小小大高频感应高温空气点火优质烟煤和褐煤研究或中试阶段内燃型分级送粉略大小大等离子无油点火除无烟煤外的所有煤种大规模应用阶段内燃型分级送粉小小小雾化小油枪点火技术除无烟煤外的所有煤种大规模应用阶段内燃型分级送粉小小小双强化煤粉点火技术除无烟煤外的所有煤种完成中试内燃型一级送粉小小小四、结论6从目前国内应用的几种点火与稳燃技术对比来看，目前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，也是这两种技术具有比较强的竞争力，市场的发展趋势也是会较多的选择这两种点火与稳燃技术。