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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 The ignition and steady burning’s technology analysis of coal power boiler and developing direction Yan jin-shan (CAAA, Bei-jing 100074) Abstrac
2、t: this paper introduces the actual load machine position and national policy of our country, discusses generally the several kinds of ignition and stead burning’s technology of coal power boiler, and points out the developing direction of ignition and steady burning’s technology. Key words: coal
3、 power boiler ignition steady burning technology analysis Abstract Abstract: analysis of the current status of domestic micro oil ignition application, put forward to strengthen the design of micro oil ignition oxygen combustion technology, the technology has the advantages of high combus
4、tion flame temperature, fuel burn rate close to 100%,reduce the pulverized coal ignition temperature, coal type adapting to the characteristics of wide range, more in line with the requirements of the boiler pressure temperature curve. Oxygen consumption part of the price, obtain good effect of fire
5、 combustion and high combustion of fuel and high strength, so that the unit startup and steady combustion of the fuel saving effect is more significant, the combustible matter in fly ash is lower, at the same time does not affect the desulfurization and out of stock system operation; direct blow boi
6、ler system for grinding, can also solve the boiler ignition stage heat expansion problems. The frequency of operation reform of mill, reduce coal mill output, reduce boiler ignition stage heat capacity to the maximum extent to meet the requirements, the boiler ignition process of temperature curve.
7、 Keywords: micro oil ignition; oxygen; grinding coal machine frequency conversionoperation; boiler temperature rise curve 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
8、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、稳燃与助燃的燃油消耗，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，实现无油点火与稳燃，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与深远的战略意义。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
9、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
10、够满足程控点火的要求。由于采用简单机械雾化方式，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。
11、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、邻近效应与圆环效应，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
12、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、离子与分子等粒子组成的正负电荷数相等、对内为良
13、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与浓淡分离技术，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
14、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
15、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、控制系统与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
16、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。蒸汽或空气雾化小油枪点火技术具有结构简单、操作与调节方便、检修维护量小等特点，便于生产管理；对煤粉浓度与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，设备与系统安全可靠。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160
17、0℃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 ' _, q* a3 L9 m/ F& N点火方式2 } \9 \- Y Y G( h 适应煤种/ s& w5 @+ g0 n, W 技术成熟度 煤粉燃烧器类型
18、煤粉燃烧" 器结构& I' \' C+ j, A: h4 E: u 投资 运行费用# f: ]$ A( V0 f1 N" _费用 维护工作量9 z% |/ v7 z, F6 w 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 优质烟煤与褐煤 已淘汰+ 内燃型 一级送粉 小 小 大 高频感应高温空气点火 优质烟煤与褐煤 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
19、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 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与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。但是技术是无止境的，对于等离子点火技术来说，面临的是如何提高电极的使用寿命、如何提高等离子体电弧的焓值、如何提高等离子喷枪的功率效率，来达到能够点燃全部不同煤种的能力；对于蒸汽或空气雾化小油枪点火技术来说，
20、面临的是如何提高燃油的雾化颗粒，使燃油燃烧的更完全，火焰的刚性更强，达到更加省油的目的；双强化煤粉点火技术由于采用一级送粉方式，能够与锅炉的主燃烧器较好的配合，因此也会有较强的市场竞争能力。 参考文献： 1. 张磊、李广华主编. 锅炉设备与运行. 北京：中国电力出版社. 2007 2. 叶江明主编. 电厂锅炉原理及设备. 北京：中国电力出版社. 2004 3. 李德元、赵文珍等主编. 等离子技术在材料加工中的应用. 北京：机械工业出版社，2005 4. 黄新元主编. 电站锅炉运行与燃烧调整. 北京：中国电力出版社. 2003 5. 岑可法、姚强等主编. 燃烧理论与污染控制. 北京：机械工业出版社，2004 6. 朱北恒主编. 火电厂热工自动化系统试验. 北京：中国电力出版社. 2006 作者简介： 姓名：闫金山 性别：男 出生日期：1978年1月24日 籍贯：山东青州 职称：工程师 工作单位：中国航天空气动力技术研究院 主要工作与方向：煤粉锅炉点火与低负荷稳燃技术的研究与应用 联系电话：13520017615 010-68375923 电子信箱：yanjinshan@ 邮箱：北京7201信箱28分箱 邮编：100074 6
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