利用等离子体煤粉点火技术建设无燃油系统燃煤电站.doc

CleanEnergy 第26卷第8期2010年8月 文章编号1674-3814（2010）08-0069-05 电网与清洁能源 Vol.26No.8中图分类号TF538.63;TM611.23文献标志码A 利用等离子体煤粉点火技术建设无燃油系统燃煤电站 蒋向南1，康明刚2，惠 平3 710038； （1.大唐陕西发电有限公司基建工程部西安710000；2.大唐灞桥热电厂西安 西安710016；）3.陕西国都建筑装饰工程有限公司， KANGMing-gang2，HUIPing3JIANGXiang-nan1， TheConstructionofFreeOilPowerPlantbyUsingPlasmaIgnitionTechnology （1.DatangShannXiPowerGenerationCo.,Ltd.,Xi’an710000,ShaanxiProvince,China；2.DatangBaqiaoThermoelectricPowerPlantXi’an710038,ShaanxiProvince,China;3.Shaanxiguoduarchitecturaldecorationengineeringco.,ltd.,Xi’an710016,ShaanxiProvince,China ） Inthispaper,plasmacoalpowderignitionABSTRACT applicationanditsexcellentprofitinDatangShannXiPowerGenerationCo.,Ltdwasintroduced.Meanwhileincludingthelatestdevelopmentofthistechnology.Feasibilityoffreeoilpowerplantconstructionbyusingplasmaignitionwasalsoproposed.KEYWORDSplasmacoalpowderignition;coalproperty;freeoilsystemcoalpowerplant 摘要介绍了等离子体煤粉点火技术在大唐陕西发电公司燃煤电站应用的情况和创造的良好经济效益，同时介绍了该技术最新的发展成果，提出利用等离子体煤粉点火技术建设无燃油系统燃煤电站的可行性。 关键词等离子体煤粉点火；煤质；无燃油系统燃煤电站 1等离子体煤粉点火技术和发展现状 目前国内多家专业公司拥有等离子体煤粉点 火技术，其中烟台龙源电力技术股份有限公司在这项技术上处于领先地位，其技术原理是等离子体发生器在一定介质气压的条件下接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的定向流动空气等离子体，该等离子体温度可达4000K以上并形成温度梯度极大的局部高温区，锅炉一次风中的煤粉进入燃烧器中心位置后与高温的等离子体相遇，受到该等离子体“火核”的高温作用，煤粉颗粒便会迅速吸热破裂并释放出挥发物，然后开始猛烈地燃烧，当煤粉在燃烧器内部被点燃并形成稳定的火焰之后，再进入炉膛继续燃烧，从而实现了锅炉无燃油启动。图1所示为等离子发生器工作原理示意图。图2为灞桥、渭河、彬长电厂等离子体煤粉燃烧器点火示意图。 烟台龙源电力技术股份有限公司新近研发的Ⅲ型等离子体点火及稳燃系统在等离子体燃烧器、等离子体发生器、电源柜等方面取得了较大的技术进步，为无燃油电厂的安全运行提供了强大的技术保证。 Ⅲ型等离子体燃烧器是Ⅲ型等离子体点火及稳燃系统的主要部分，其在保留原等离子体燃烧器的基本功能基础上，采用了新型的内燃式燃烧技术，点火能力大幅提高，具有更宽的风速适应能力和更高的煤粉燃尽率，并可点燃贫煤和劣质烟煤等煤质新型等离子体发生器阳极寿命可达500h以上，阴极的寿命可达200h以上。表1所示为等离子体燃 0引言 对于传统的以煤为燃料的火力发电厂，由于在锅炉启动、停炉以及低负荷运行期间需要额外的点火源，所以在燃煤系统之外都建有燃油或天然气系统，包括燃油或天然气的运输、储存、输送、燃烧等 煤粉锅炉在启、停及低负荷运行设备[1]。另一方面， 期间都要燃用重油、柴油或天然气。据统计，中国大陆的火力发电机组每年燃油消耗总量超过700万吨，其中大部分是轻质柴油，在当今国际市场原油价格高涨的背景下，极大增加了电厂的燃料成本。随着利用等离子体煤粉点火技术建成的无燃油系统燃煤电站的成功投运，对进一步深化节能降耗、降低工程投资和运行成本必将成为锅炉点火系统研究发展的方向，也符合“经济适用、系统简单、备用减少、安全可靠、高效环保、经济指标领先”的设计理念。 CleanEnergy 70 蒋向南等利用等离子体煤粉点火技术建设无燃油系统燃煤电站Vol.26No.8 烧器性能对比，表2所示为采用Ⅲ型等离子体燃烧器部分电厂的煤质情况。 （ 1 ）阳极（2）阴极（3）线圈（4）可更换阴极头（5）直流电机（6）电源（7）压缩空气进口（8）进水口（9）出水口（10）放电腔（11）电弧（12）等离子体 图1等离子发生器工作原理示意图 图2灞桥、渭河、 彬长电厂等离子体煤粉燃烧器点火示意图 表1等离子体燃烧器性能对比 名称 Ⅱ型等离子体 Ⅲ型等离子体 燃烧器燃烧器运行条件适应 一次风速17～24m/s17～43m/s范围 煤粉浓度0.3～0.5kg/kg0.19～0.6kg/kg一次风温60～100℃10～150℃Vdaf ≥33≥18煤质适应范围 Aad≤35≤40Qnet,ar14500kJ/kg12500kJ/kgMt ≤15≤30燃尽率/ 60～70 ≥85 表2采用芋型等离子体燃烧器部分电厂的煤质情况 指标大同电厂蒲光电厂准格尔电厂Vdaf32.31实际～25.8234.52 27.0926.36（～实29.54际）37.62～42.95Aad15.18实际～32.5219.7741.7125.85（实～际27.87干燥基）30.52～36.1Qnet,ar22.441～25.0817.17821.05～（实22.21际）14.676～17.644 Mt 7.40～9.61 810 5.626.39（～实6.84际） 随着等离子体点火及稳燃系统可靠性的提高，国内多个电厂已将油系统退出备用，有的电厂在设计阶段就完全取消了燃油系统，截止到目前，国内已有东胜电厂2330MW、康平电厂2600MW、黄金埠电厂2600MW、府谷电厂2600MW、阜康电厂6002150MW、惠来电厂2600燃煤电站。 MW＋2300MW等20多座完全MW取消、汕头燃油系统的电厂1 2等离子体煤粉点火技术在大唐陕西 公司燃煤电站的应用情况 自2007年以来，大唐陕西公司先后在灞桥、渭河、彬长、宝鸡4个新建工程的8台锅炉上进行了应用等离子体煤粉点火技术的尝试，基建期间，机组冷态启动、减负荷停机、锅炉点火吹管、整定安全门和电气试验等都全部采用等离子体点火和稳燃，虽然4个工程都建有燃油系统，但基建期全部都实现了零油耗和低负荷下尽早投运电除尘器和脱硫设备的目标，等离子设备运行期间均未出现尾部受热面爆燃情况，停炉后检查预热器、省煤器和除尘器灰斗等设备没有发现积粉现象。表3所示为等离子体点火及 稳燃系统的主要技术指标。基建期间的应用情况表明，等离子体煤粉点火及稳燃技术是非常成熟的，为下一步燃煤电厂取消燃油系统积累了一定的经验。 表3等离子体点火及稳燃系统的主要技术指标 项目名称宝鸡灞桥渭河彬长热电厂 热电厂 热电厂发电厂等离子体发器功率/kw生 120～18070～130 70～13070～130载体风压力/KPa11 10 1010煤粉浓度（/kg/k）0.24～0.60.2～0.6 0.2～0.6 0.2～0.6 燃烧器出力（/t/h） 2.5～102.7～10.272.66～10.152.75～11.25 注灞桥、渭河、彬长电厂采用烟台龙源公司Ⅱ型等离子体燃 烧器。 3等离子体煤粉点火经济性分析 3.1工程基建期经济性分析 表4统计了大唐陕西发电公司300MW和600MW机组锅炉不同点火系统配置在基建期的总投资对比情况，1）2分300析如MW下 等级新建燃煤电站采用一层等离 CleanEnergy 第26卷 第8期 电网与清洁能源 表4大唐陕西公司基建期锅炉点火系统不同配置总投资对比表 序号12345678910111213 项目机组韩二一期2600MW韩二二期2600MW2600MW新建（平均） 彬长2600MW2600MW新建（平均）2600MW新建（平均） 户二2300MW2300MW新建（平均） 灞桥2300MW宝鸡2330MW渭河2300MW2300MW新建（平均）2300MW新建（平均） 锅炉点火系统建安、设 备费1521.221422.851472.031947.181947.181450947.49947.491525.9351251.541323.321366.931379.69 煤、油燃料费17434.29954.6313694.4155600560056004251.6324251.6322589.94419923407.426632663 锅炉点火系统总投资 18955.4211377.4815166.457547.187547.1870505199.1225199.1224115.8793243.544730.724029.934042.69 71 万元 点火系统配置常规纯燃油系统常规纯燃油系统常规纯燃油系统1层等离子油枪1层等离子油枪2层等离子设备配置（无燃油系统燃煤电站） 常规纯燃油系统常规纯燃油系统1层等离子油枪1层等离子油枪1层等离子油枪1层等离子油枪2层等离子设备配置 （无燃油系统燃煤电站） 注煤、油燃料费标煤单价560元/t计，零号轻柴油6300元/t计。 子体煤粉点火设备加燃油系统与采用纯燃油点火系统的投资相比，设备费初投资上虽然多投入约500万，但由于采用等离子设备实现零耗油其节油费用在1500多万以上，这样除等离子设备费的投资在基建期可全部收回外，总投资净比还可降低1000万左右；灞桥、渭河、宝鸡3个2300MW等级新建燃煤电站共降低投资3000万左右。 2）同上分析，2600MW等级新建燃煤电站采用 等级机组在建安、设备费投资及总投资上还可降低 500多万，重要的是由于彻底取消了庞大的燃油系 统，安全上减少了一项重大危险源，系统上相应也节省了配套的消防系统、避雷系统、防静电系统及常年配备的特殊运行值班人员，而且节约了油库区的占地、实现了单一燃料运行，可见间接经济效益也是非常可观的。 4）从锅炉点火冲管开始至168h满负荷试运结束调试周期对比，新建燃煤电站若采用纯燃油系统， 一层等离子体设备加燃油系统的投资，仅在基建期比即采用二3）新建燃煤电站若采用无燃油系统， 层等离子体煤粉点火设备的投资，对2300MW等级机组与采用一层等离子体煤粉点火设备加燃油系统的锅炉点火系统总投资虽基本相当，对2600MW采用纯燃油点火系统的投资最低可降低3800多万。 基建调试周期越长则试运调试燃油投资将更高。3.2商业运营期经济性分析 表5统计了大唐陕西发电公司锅炉点系统不同配置主要火电机组商业运营期2010年1-4月累计燃油量、油耗，分析如下 表5大唐陕西公司锅炉点系统不同配置主要火电机组商业运营期2010年1-4月累计燃油量、油耗统计表 序号1234567 项目机组韩二一期2600MW韩二二期2600MW彬长2600MW户二2300MW灞桥2300MW渭河2300MW略阳1330MW 2010年1-4月 燃油量/t41562421528未投运18 油耗（t/亿kwh） 19.5238.431.083.970.6未投运2.32 点火系统配置大油枪小油枪纯燃油系统大油枪小油枪纯燃油系统 1层等离子油枪大油枪微油点火纯 燃油系统 1层等离子油枪1层等离子油枪大小油枪纯燃油系统 CleanEnergy 72 蒋向南等利用等离子体煤粉点火技术建设无燃油系统燃煤电站Vol.26No.8 1）采用纯燃油系统的电厂虽然都增加了小油 枪或微油点火装置以实现锅炉点火、稳燃节能，但与采用等离子体煤粉点火设备的电厂相比油耗仍表5数据表明，2）2300MW机组纯燃油系统的油耗是采用等离子机组的3.866.61倍；2600MW机组更高达到1835倍，可见等离子体点火及稳燃系统在商业运营期的经济性是相当可观的。韩二、3）如果按照2010年1-4月燃油量统计折算，户二、略阳3个纯燃油系统的电厂一年将烧油3327t，然较高。 的几率已越来越小；宝鸡热电厂在对等离子体点火及稳燃系统进一步完善的基础上，燃油油耗也在大幅度下降。随着Ⅲ型等离子体点火及稳燃系统的应用，极大增强了锅炉无燃油启动的可靠性。等离子体煤粉点火技术毋庸置疑，能否彻底取消燃油系统，关键取决于电厂燃用煤质及煤质的变化幅度是否满足等离子体煤粉点火技术要求的范围，目前烟台龙源电力技术股份有限公司的等离子点火装置所要求煤质条件如表6所示。表7所示为国内无燃油系统燃煤电站煤质数据表。表8所示为大唐陕西公司主要火电机组设计、校核煤质和2009年、2010年1-4月实际入厂燃煤煤质加权平均数据表。 等离子点火装置所要求煤质条件 项目机组 干燥无灰基挥发分Vdaf％ 收到基灰分Aar％ 收到基低位发热量Qnet,v,ar MJ/kg≥12.5 实际煤质超出Ⅱ型等离子体煤质边界条件所致。 将是一个非常惊人的数字。25a烧油83175t， 4）表5中采用等离子点火设备电厂耗油主要是 则等5）如果采用二层等离子体煤粉点火设备， 离子点火设备和制粉系统可靠性将成倍提高，如果再采用三型等离子体煤粉燃烧器，则对煤质的适应性将更加宽泛，这样完全有可能取消燃油系统即实现无燃油系统燃煤电站。 表6烟台龙源电力技术股份有限公司芋型等离子体 龙源三型等离子体燃烧 器 ≥18≤40 4大唐陕西公司电厂建设无燃油系统燃煤电站的可行性 灞桥、渭河、彬长和宝鸡4个新建工程的8台锅炉，在设计煤质条件下，基建期全部采用等离子点火及稳燃并全部实现了零燃油；投入商业运营后，彬长、灞桥电厂在煤质稳定情况下，完全用等离子点火设备实现锅炉点火和稳燃，锅炉投入油枪点火 通过等离子体燃烧器性能对比和大唐陕西公司主要火电机组设计、校核煤质和2009年、2010年1-4月实际入厂燃煤煤质加权平均数据表等资料分析，可得出以下结论。 1）从国内无燃油燃煤电站的资料和大唐陕西 公司对等离子体点火及稳燃系统的应用经验看，新建燃煤电站在煤质满足等离子体点火及稳燃系统 表7国内无燃油系统燃煤电站煤质数据表 干燥无灰基挥发分Vdaf％ 项目机组 设计 康平发电厂 2600MW 43.74 校核44.74 2010年6月 / 设计34.97 校核30.1 /24.8（空气 40.46 37.22 40.11 13.29 10.39 干燥基灰分Aad最大） 38.565 39.32 / 14.475.10 16.02 /33.18（空气 陕西德源府谷能源有 限公司2600MW 38.78 38.20 35.1（最低） 10.45 10.11 干燥基灰分Aad最大） 30.64 21.22 38.70 26.12 32 22.49 20.71 18.96 22.61 23.80 23.56 17.53 23.66 10 21.69 / 17.500 18.852 14.706 设计15.30 校核16.14 2010年6月 / 收到基灰分Aar％ 收到基低位发热量Qnet,v,arMJ/kg 东胜热电2330MW 新疆阜康公司2150MW 黄金埠发电厂2600MW Clean Energy 第26卷 第8期 电网与清洁能源 73 校核煤质和2009年、表8大唐陕西公司主要火电机组设计、2010年1-4月实际入厂燃煤煤质加权平均数据表 项目机组韩二4X600MW户二2300MW灞桥2300MW渭河2300MW彬长2600MW宝鸡2330MW略阳1X330MW 干燥无灰基挥发分Vdaf％设计19.534.7734.1432.7734.1435.3130.99 校核19.031.0435.5234.8635.5239.3828.81 09年13.3535.6335.35未运行37.5537.2539.01 1-4 月20.2334.7934.38未运行37.5738.9932.51 设计30.3220.1121.8716.3314.6613.0220.72 收到基灰分Aar％校核35.0024.4327.4022.0418.8818.7822.34 09年34.2820.4123.65未运行15.06920.1222.28 37.5823.1221.67未运行19.3423.2728.27 收到基低位发热量Qnet,v,arMJ/kg设计20.2623.3021.2021.4922.7721.4222.64 校核18.2922.0118.9119.8721.8018.7922.41 09年18.1419.6718.921.1619.4119.22 1-4月16.9720.8621.5119.4718.0118.42 未运行未运行 煤质要求下完全可以进行无燃油系统燃煤电站的2）大唐陕西公司目前7个电厂实际燃用的煤 质、炉型等情况与已建成投运的无燃油燃煤电站有较多相似之处，随着Ⅲ型等离子体煤粉点火技术对煤质适应性的提高和实际应用业绩，本人认为对已采用了一层等离子体点火及稳燃系统的灞桥、渭河、彬长电厂完全可以进行技术升级再增加一层等离子体点火及稳燃系统，在提高等离子设备的可靠性后彻底取消燃油系统;宝鸡热电厂在对其所应用的等离子体点火及稳燃系统做深入的调研后也可进行无燃油系统燃煤电站的尝试;户二、略阳电厂可进行技术改造实现取消燃油系统;韩二电厂虽燃用贫煤，可对煤实行分类管理，等离子体点火系统对应的磨煤机用品质好的煤，采用分质燃烧技术，即等离子体燃烧器燃用煤质的干燥无灰基挥发分也有可能取消燃油系统。Vdaf％≥20，进一步尝试。 油系统的电厂的成功先例和经验，等离子体煤粉点火及稳燃技术已得到市场的广泛认可，已逐渐显现出了它的节能、环保、经济性好的独到优势。随着国家节能减排政策和企业技术创新的进一步深入，结合大唐陕西公司所属电厂的煤质和炉型，认为煤质只要适合等离子体煤粉点火的边界条件，在电厂设计阶段就应积极进行取消燃油系统的设计优化工作，已投运机组应在条件允许的情况下实现采用二层等离子体点火及稳燃系统的配置和技术升级。以上论述表明，在公司已投运或新建机组上利用等离子体煤粉点火技术建设无燃油系统燃煤电站是可行的。 参考文献 ［1］朱成章．电力工业的节油与代油[J]．节能与环保，2002,10 616-18. 收稿日期2010-08-03。作者简介 蒋向南（1960），男，工程师，从事大型火电站工程管理工作。 5结语 随着无燃油系统燃煤电厂和经过改造取消燃 （编辑徐花荣） 欢迎登陆电网与清洁能源