火力發電廠鍋爐點火節能技術探討論文
摘要：無油點火可大幅改善火力發電廠鍋爐的節能性和高效性。通過理論聯系實際，深入探討了火力發電廠鍋爐點火節能技術的原理和應用，如等離子點火等技術。由于目前鍋爐點火節能技術仍需借助煤油，不能真正實現無油點火，諸多問題亟待解決。發電廠鍋爐點火需要使用節能技術，利用先進科學技術實現節能目標，對同行技術改進有參考作用。
關鍵詞：火力發電廠；鍋爐；點火節能技術；應用；無油點火
現階段，大多火力發電廠仍主要采用大油槍進行鍋爐點火。據大量數據分析研究顯示:每年電力系統用于鍋爐調試、啟動、助燃方面的用油量達到千萬噸以上，在我國的總耗油量比例中超過15%。在浪費大量燃油資源的同時，也加大了發電成本。節約煤炭資源，保護環境任務艱巨，燃煤發電作為主要能源供給模式，近年來不會發生太大改變，所以降低發電成本，減少能源浪費是當前亟待解決的首要問題。對于各火力發電廠大力推廣并采用的點火節能技術，本文重點對其進行了研究。
1點火節能技術原理及分類
1.1基本原理
發電廠鍋爐點火一般通過大油槍來啟動，其工作原理是：首先，將爐膛加熱到一定溫度，使噴入的煤粉能夠被直接點燃；其次，待各項機組參數都能夠達到既定要求時，將煤粉投入到鍋爐內進行燃燒。目前火力發電廠主要采用節油點火器來點火，其中包括油燃燒器、等離子炬等，通過這些工具，可將送入燃燒器的氣流加熱到煤粉能夠燃燒的溫度，使煤粉和焦炭同時燃燒。當燃燒器噴口形成穩定燃燒的高溫火核時，再添加煤粉，使鍋爐能夠按照規定曲線標準啟動，實現正常發電運行[1]。在鍋爐啟動初期，主要采用煤粉代替油進行點火。
1.2節油點火技術的分類
1.2.1微油氣化點火技術
微油氣化點火技術通過高能氣化油槍，將空氣壓縮到一定階段后對燃油進行霧化，然后將其點燃。其中，大部分燃油將被氣化，在此狀態下進行燃燒，形成穩定的高溫火核。煤粉通過該高溫火核時，溫度迅速升高，著火燃燒導致點燃更多的煤粉，實現分級燃燒，逐級放大，最終達到點燃爐膛內煤粉的目的。微油氣化點火技術結構簡單、操作方便、投資成本低。目前該技術在發電廠，尤其是在鍋爐改造過程中被大規模采用。
1.2.2等離子點火技術
等離子點火技術最大的特點就是不需要利用油來進行點火。煤粉燃燒器的點火源就是高溫等離子體，其工作原理是首先將一級燃燒筒內的氣流進行壓縮、點燃，然后再點燃二級、三級風粉混合物[2]。這一原理與微油氣化點火技術相類似，但是它們之間有一個明顯區別：等離子點火技術啟動鍋爐可做到無油直接投粉，進而大大節省了燃油耗用量。
1.2.3小油槍點火技術
小油槍點火技術最大的特點是將小油槍安置在煤粉燃燒器的噴口處，利用其燃燒能量來點燃煤粉，從而完成油煤的混合燃燒。但是，由于小油槍出力不足，所以在臨近位置需要大油槍完成助燃工作。
1.2.4少油點火技術
少油點火技術將油燃燒器通向煤粉燃燒器的中心，但需要與噴口保持一段距離。點火后，將煤粉燃燒器的一次風粉經過燃燒的油火焰，達到其最低著火溫度，使其瞬間開始燃燒，同時散發出大量熱量，然而在此基礎上仍需對其進行持續加熱，直至達到某一煤種的著火溫度，使得煤炭內的顆粒能夠燃燒起來，進而啟動鍋爐。這種油燃燒器通常與航空發動機采用同一配置，是一種低壓強制配風油燃燒器。其主要工作原理是對配風進行分級，致使其發出火焰，火焰溫度通常在1520℃左右，而中心溫度會更高一些，油的燃盡率可達99%以上[3]。
1.2.5高溫空氣無油點火技術
常溫空氣經過鼓風機的加熱器進行加熱，將溫度上升至1000℃左右。正是由于高溫的影響，加熱后的空氣分散出很多氧離子，這些離子足夠微小，能夠與煤粉氣流進行換熱，使其能夠以多相燃燒的.方式快速著火。點火后的高溫能夠提供大量熱量和氧氣，使得燃燒器正常工作。這項技術是在多級點火技術的基礎上衍生而來的，是實現煤粉大量燃燒的一個主要途徑。
2微油點火與等離子點火技術比較
微油點火與等離子點火，是目前應用最多的兩項鍋爐點火節能技術。從投資效益的角度來看，等離子無油點火技術更勝一籌。一般情況下，如果采用其他點火技術，如通過普通油槍完成點火，那么基建期的耗油量大約在1200t，按照市場油價5000元/t來估算，燃油費的總支出預計達到600萬元左右。而若采用等離子無油點火技術，則節省了1200t的油量，大幅降低了基建期成本。對于一些有基建期的發電廠來說，在這個時期內即可收回成本。同時，等離子無油點火技術通常適用于新建的電廠，投資回收期短[4]。該技術對煤質要求較高，耗電較大，陰極頭壽命短，但點火初期就可投運電除塵，有利于環境保護。相比較而言，微油點火燃燒技術雖然系統結構簡單，投資少，且比較適用于現有機組的技術更新，可以實現收益最大化，但點火初期對除塵器電極有污染。
3點火節能技術的應用與發展
3.1等離子點火技術
隨著電力需求越來越大，以大量的基建機組還在建設在所有點火技術中，等離子點火技術的發展前景相對而言比較明朗。然而，目前暫無法實現冷爐冷粉點火的目標，必須要在風道口安裝一個暖風器，先將風進行加熱，使溫度要達到170℃左右，進而啟動點火磨煤機。在點火前，要用油槍對鍋爐進行預熱。受限于這一不足，還不能做到真正的無油點火，傳統的燃油系統還未真正實現改頭換面。當前，各大火力發電廠提高競爭力的主要方式是不斷降低成本、減少原油使用，而等離子點火技術成為了這些發電廠的最中意選項，這也造成了等離子市場的不斷擴大。許多專家對當前的等離子點火技術開展了很多研究，也提出了許多彌補其不足的措施。其中，最主要的一個措施是無論啟動是在冷態，還是溫態下，都要在達到最佳的一次風速時增加二次風量，使得燃燒器不會結焦，從而加強燃燒穩定性。當前，許多企業了解并應用這項技術，包括巨化公司熱電廠、廣州恒運熱電廠等。巨化公司熱電廠是通過增大燃燒器的風筒截面積（增加比控制在33%左右），使燃燒器達到一定冷卻效果，同時碰口和風筒的溫度也會隨之下降。為了進一步避免燃燒室出現結焦渣情況，需割除中隔板，并在風筒下部安裝排渣器，自動排出焦渣，增強點火成功概率。廣州恒運熱電廠采用一級氣膜冷卻技術，它雖是點火技能中的一項小技術，但不僅可以緩解燃燒器的燒蝕現象，而且煤粉貼壁流動、掛焦的現象也將很少出現。在國際市場上，等離子點火技術也蘊藏著巨大發展潛力。許多油量不多的國家，如南非、印度、加拿大等，都對這項技術有很大興趣，但由于技術發展不夠成熟，導致市場份額不高[5]。在真正實現無油點火后，其在發電市場上將有一片更好的前景。
3.2高溫無油點火技術
高溫無油點火技術作為一項新型點火技術在許多領域中有所發展，但主要是在煉鋼及化工領域有很好的應用。該技術在以化石燃料為主的發電站鍋爐中還處于試驗階段，只有少數電站鍋爐采用這種技術進行點火。為了能夠更好地應用無油點火技術，需要對當前的點火技術進行改造，其原理是對最下層的煤粉燃燒器和二次風噴口的構造進行重新調整，將原來全部擺動的整組燃燒器改成部分擺動，燃燒器也要替換為高溫空氣無油類型的，該技術要與PRP燃燒裝置相互結合使用，改裝后的裝置可以對一次風進行預熱，加強火焰穩定性，實現煤的穩定燃燒。高溫點火技術在應用過程中尚存在許多未解決的問題和一些制約因素，其中包括：（1）煤粉在鍋爐內燃燒的結焦問題；（2）電熱管材料的壽命問題。它們都在一定程度上制約了高溫點火技術的應用。所以相關人員還需加大研究力度，不斷改進這項技術。大量研究表明，環流風能可以對煤粉著火過程的內壁結焦現象起到抑制作用。除此之外，煤粉只有在一定煤粉濃度范圍內才會穩定著火，如果濃度過高，會將著火的距離不斷拉大，使火勢不穩定[6]，因此參數設定也是十分重要的，并不是所有鍋爐參數都是相同的，而是與許多因素有關，需根據具體情況進行調整。現在國內已經研發出循環高溫點火技術，其結構設計比較獨特，在電磁感應下可以將空氣加熱到800~900℃以上，以實現循環流化床鍋爐點火。
3.3微油點火燃燒技術
我國當前對微油點火燃燒技術的應用還是比較廣泛的，但總體來說還是存在許多缺點，主要包括：（1）點火源是在一次風管的內部，在燃燒的過程中不能實現有效控制，初期點火能量不足，需要借助大油槍；（2）在冷態下啟動，煤粉不能實現完全燃燒，殘留物中含碳量比較高；（3）噴口處易發生結焦情況；（4）油槍的油壓、空氣壓縮的壓力很難掌控在一個精確的范圍內。值得一提的是，昆明第二發電廠在使用這項技術時，針對當前技術的不足，并結合自身具體情況，對油槍系統進行了改造：（1）將一次風量提高至120m3/s左右，煤粉的著火時間可以往后推移，從而減弱燃燒器附近的負荷；（2）在供油量方面，可將燃油壓力降低至1.2MPa，但是還要保持有一只主油槍；（3）空氣的壓縮量也要進行適當控制，壓縮空氣的壓力保持在0.4MPa左右。（4）為了能夠使得火焰達到最合適的著火距離，以改善結焦問題，可利用暖風機保證出口風溫的穩定。安慶皖江發電廠采取的方式則不盡相同：如通過引入熱風的方式進行制粉，減少對油量的使用[6]。在點火過程中，給煤量要控制在一個適宜范圍內，以對氣流溫度的維持起到一定幫助作用。同時，可以采用二級過濾的方式解決燃油系統中的雜質對油槍槍口的堵塞。
4結束語
綜全文所述，當前火力發電廠在點火技術方面，最主要的目標是實現節能最大化。由于該技術的局限性，雖已取得良好效果，但仍有較大提升空間。現在市場上的無油點火技術還不甚成熟，需加強許多細節層面上的處理。因此，為了能夠早日研發出無油點火節能技術，相關技術人員要加大研究力度，逐步解決相關問題，使點火技術朝著更加節能、安全的方向發展，實現節約燃油資源，保障人民安全，推動電力行業的長遠發展。
作者:趙有飛 單位:中國華電科工集團有限公司