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1、.等离子无油点火技术在流化床锅炉运用的前景foreground of Plasma Igniting Technology for Application in CFB Boilers摘要本文主要针对等离子点火技术在循环流化床锅炉的实际应用和工艺考虑问题提出一些技术分析,以便对有关情况作更进一步的探讨和研究。Abstract：this paper is included of the technical analysis about the practical application for plasma igniting in CFB boilers and its related proc
2、ess policy. The basic target is lead the experts to its future deeply research and discover.关键词CFB 等离子点火 问题 技术应用结构工艺Key words: CFB plasma igniting problems technical application structure process 0引言国电电力科环集团所属的*电力技术股份有限公司是国内唯一具有多项成熟自主技术的等离子点火应用技术的专业公司,具有一流的专业人才结构和完善的产、学、研一体化管理模式。在当今能源和经济危机的双重市场推动的前提
3、下,公司非常注意对CFB机组的专项技术储备,目前更加大了对等离子点火技术应用方面的研发工作,基于二十多年来对循环流化床锅炉应用技术的全面深入研究,我们的CFB专家队伍已取得非常丰富的实践经验并形成了很多的独到见解和专项技术,已被CFB领域广泛认可。我们在135MW、300MW循环流化床点火风道制造和设计项目以及所有类型和容量的CFB机组的技术改造、基建调试、运行优化、节能降耗和脱硫工艺改进等诸多项目上取得了相当多的业绩和成功案例,理论上也构成了自有的基础体系。今后一段时间内,我们将在等离子点火技术的CFB应用方面投入大量的的人力和财力资源,力求从工业示范、实验研究、性能优化和工艺结构优化等内容
4、上获得进一步的进展,做到技术务实求新,工作认真细致。1 CFB锅炉等离子点火技术应用的关键技术难度浅析目前来看,对于等离子点火技术应用于循环流化床锅炉的工程项目来说,最影响技术成败的几个方面的关键点如下。1.1采用燃煤来替代燃油的基本品质要求近年来随着能源危机和经济危机双重压力的影响,国际油价的波动很大,且预计在今后相当长的一段时期内仍然会持续走高,国内柴油价格将不会低于每吨6000元的基本底线。这就迫使很多大中型火力发电厂在市场推动的作用下,主动采用无油点火技术以降低启动和低负荷稳燃的燃油消耗。作为纯粹的无油点火技术来讲,国务院和国家发改委的有关文件已明确新建机组和大型节能型机组技改必须无条
5、件地接受无油或微油点火技术,为此,燃煤的基本品质问题就成为主导条件之一被提出来。流化床锅炉燃用劣质煤和其他有足够热值的气、液态废物燃料也是其广泛发展的基本支撑点之一,因而使得CFB锅炉等离子无油或微油点火技术应用到实际的工程总需要考虑专门引进一些较优质煤种来实现燃煤对燃油的替代过程。根据目前的成功经验和成熟范例的情况,为保证相当高的成功率,要求达到起码的CFB启动燃煤品质如下：干燥无灰基挥发份Vdaf30%或空干基挥发分Vad23%；收到基低位发热量18MJ/kg；燃煤全水分7%；收到基灰分20%,哈氏可磨系数48。1.2煤粉制备系统的基本要求制粉系统设计应当充分考虑煤粉的研磨细度和制粉均匀性
6、,要求煤粉细度R9015%,均匀性指数n1.0。此外,每套制粉系统的安全连续运行小时数至少可保证1500小时以上,能够实现冷风制粉和基本无故障启停要求,控制单元能够实现随锅炉保护状态的联动关系,具有足够的信号联络通道和简易操作的要求。设备运转过程的机械外在噪音应小于100db。可选用制粉系统的基本形式为钢球磨煤机或中速碾压类磨煤机,系统方面应考虑中间储仓式或可调直吹式制粉系统,尽量采用负压体系以防粉尘污染。1.3 煤粉输送与给粉方式要求基于防爆安全的技术考虑,建议煤粉输送系统尽可能采用高浓度的密相输送系统。一般来讲其控制浓度应为：中间储仓系统的粉仓前煤粉输送管道或锅炉之间煤粉转移管道按煤粉浓度
7、为215kg/kg实现密相输送；直吹系统或粉仓下面一次风管则可按照实际需求,按0.250.5kg/kg煤粉浓度以最短的路径送入燃烧器。给粉方式按中间储仓锁气式旋转给料机原理或螺旋式气封给粉机原理实现；而直吹式系统则考虑负压原理的排粉机出力可调机构来实现粉量调节,如果密封状态良好也可采取正压洁净式一次风机原理来调节。煤粉输送要求克服1020kPa的空间压力和颗粒群的阻碍作用,这一点上我们已经予以充分的重视,并在实验室内和设计方案上予以实施,同时更对密封方案做了很可靠的改进设计。1.4 床下点火风道对等离子点火燃烧器的要求床下点火风道及其后续风道的断面热负荷和容积热负荷都是严格限制的,一般情况下断
8、面热负荷控制为30004000kW/m2；而容积热负荷控制为230320kW/m3。这样就要求我们的床下风道点火装置必须在一个受迫的有限空间内燃烧,对应的火焰形状和火炬长度成为关键控制对象。因此,在设计床下点火装置时,必须慎重地对所对应的燃料量进行控制,有时简单地对煤粉量的床下部分根据热量加倍似乎不很合适,必须顾及到火焰充满度与燃烧器出力之间的关系。此外,尽可能使得火焰的绝对长度不超过布风板以下300mm以上路径；直径方向的粗细要占据50%以下通道截面积且不出现火焰偏斜。为此,床下燃烧器的设计中必须考虑火焰整形所需的周界二次风、环向多孔或多孔隙单层或双层的环向气膜二次风。另外,与床上CFB煤粉
9、等离子点火燃烧器一样,流化床的煤粉点火燃烧器燃尽率必须超过80%,否则很难保证床温理想控制和防爆燃机制,而一般的煤粉炉点火燃烧器煤粉燃尽率在一次风喷口为30%左右即可,剩余的依靠上下各层二次风来分级燃尽。这样就要求围绕CFB煤粉燃烧器喷口火焰附近,至少要形成局部的富氧环境。整流二次风同时具备火焰热烟气温度控制作用,将点火风道的出口烟气温度限制在850以下,并利用气垫原理将火焰与壁面隔离开来。煤粉量的限制必须达到原来油枪出力的一倍重量出力以下。1.5 床上点火等离子燃烧器的要求流化床锅炉的布风板以上炉膛区域充满830kg/m3浓度的复杂流场固体粉尘颗粒,其作用对流化床本身的流态化燃烧过程至关重要
10、,但对点火燃烧器的煤粉火焰或燃油火焰具有消极的影响,如何克服扬尘的火焰阻挡和燃烧弱化效应是实现可靠点火的关键点。为此,区别于床下点火燃烧器的是其外周界二次风的设计必须遵从二级或二级以上的双通道或多通道布风原则,同时要求最外侧的二次风要选择一次风压或一次风压以上的更高压周界风,护送一次风和内周界二次风所形成的高燃尽率火焰顺畅地进入炉内空间,实现强烈、稳定、受控和连续的火焰行程,同时满足温控要求。外层周界风的高压风套管的内部区域,为火焰形成产生了一个理想的低阻力通道,便于火焰钻入料层物料当中,有效加热床料且对屏式过热器和屏式再热器不构成任何显著不良影响。1.6 煤粉仓的设计与结构取舍选择的要求作为
11、煤粉仓的设计,必须保证立料腿的高差至少达到1.5米以上,形成良好气封。与此同时,配套适宜的机械式或气封式锁气装置。还必须考虑启停阶段低粉位状态下的稳定性影响以及清空粉仓所需的吹扫过程,加装必要的粉位计,注意监测料位和粉仓温度。粉仓需要有专门的布袋除尘器,保证环境清洁。对于大多数CFB机组来说,不要求过大的体积和庞杂的附属环节,一般情况下人力疏松已满足防堵措施要求。总体来说,240t/h左右的CFB应满足总煤粉仓容量为1825m3,两个粉仓或集中式的一个粉仓； 450t/h左右的CFB应满足总煤粉仓容量为3845m3,两个粉仓或集中式的一个粉仓；1025t/h左右的CFB应满足总煤粉仓容量为85
12、95m3,四个粉仓或集中式的两个粉仓。粉仓建议为不锈钢结构,内衬光滑；也可以为混凝土结构加钢制内衬。1.7 对流态化过程的影响以及布风均匀性的设计要求 考虑到有可能对流化均匀性的影响,建议床上部分应采取外周界风高达65m/s以上流速的射流控制基础,几何计算角度以穿越料层物料后。而床下部分则应更强调火焰传播的温度场分布影响,如果布风面积小于15m2则尽可能采取侧给风和预燃的单点火燃烧器方案,且注意引导段足够的燃烧份额。1.8 锅炉安全经济运行对点火系统设计的要求对于锅炉整体来说,等离子点火装置所完成的主要任务在于锅炉的启动和低负荷稳燃,需要我们充分考虑过程因素控制的关键。CFB等离子点火装置与煤
13、粉炉类似装置有较大的不同,要求我们单独地依靠煤粉火焰就可以确保个物料的较高的燃尽率和稳定运行。其煤粉火焰的行程或者是要穿越高浓度的粉尘环境,或者是在一个较小空间内经整形而产生的火焰燃烧,整个燃烧器类似于某种热烟气发生器的装置,否则很难实现安全的火焰输送过程,这一点与煤粉炉有所不同。为了达到这样的效果,要求我们的CFB等离子燃烧器可简称CFB-PIB：plasma igniting burner具有燃烧热负荷较宽范围可控的特点,满足20%锅炉热负荷以下的安全适应能力。事实上,这一点对燃油燃烧器也有所要求,但两者的燃烧后效应是不同的,需要设计时予以考虑和量化,这一点正是*电力所擅长的,可以在投入设
14、备之前进行各类关联性实验室研究分析工作,不断对样件进行冷模和热态试烧改进工作。设计的燃煤火焰需要与料层温度分布均匀性相适应,热烟气贯穿床料过程中必须不破坏流化,只能促进燃烧而不能恶化炉内动力场分布。2 等离子点火技术应用到流化床锅炉的优势分析2.1 CFB等离子煤粉燃烧器燃烧过程各自独立、可控区别于燃油点火方式的是,煤粉火焰可以很方便地实现安全的燃烧热的独立机械调整,而燃油燃烧器的出力和火焰相互之间在切换油枪时会产生明显的波动,各个燃烧器不能独立地得到单个稳定控制,油泵的不良工作状态和油压调节波动使整体的油燃烧器都会发生异变,很难保证全过程的稳定控制。煤粉燃烧器各自的独立性很好,只受对应给粉机
15、调节特性和燃烧器自身性能的影响,相互之间基本没有干扰。只要点火成功,完全可以根据自己的配风要求和过程热负荷限制,确定一个准确的给粉量,启动或稳燃过程最需要这一点。2.2 彻底消除了煤、油混烧带来的问题采用煤粉点火方案后,脱硫装置、石灰石系统、静电除尘器和布袋除尘器都不再受到投油过程的禁用限制,可以随时予以投入,确保环保指标的全过程达标,解决了带油启动的除尘不正常问题。对于煤油混烧阶段的不完全燃烧和结焦趋势加大的情况,各型锅炉都非常敏感,另外还存在着瓦斯气体积存的麻烦。取消或减少掺入燃油比例会使这些困难得以解决,至少可以降低由煤油混烧转为纯煤工况时的温度阶跃的可能性,使床温的控制趋于平缓,易于实
16、现正常850900床温运行,结焦的可能性大为降低。采用油点火启动方式转换切风时,很容易造成12/min以上温升率,产生快速高温结焦,也消除了油雾化不良时在风道或料层内的积存爆燃和局部烧结现象。2.3 启动初始阶段对炉内温度的合理控制从燃烧来讲,要求启动过程中燃烧强度和稳定状态在床料升温的全过程都达到很理想的程度,尤其是在300以下的低温阶段更应重视。可以实现在锅炉未正式投入燃料以前实现400750范围内任何一个料层温度的动态恒定过程,便于屏式再热器、屏式过热器和其他工质冷却流量较小时的受热面安全,使得锅炉在很小蒸发量下的受热面不至于因为温度的因素而产生超温爆管、整体变形和膨胀异常。这一点,是比较主要的一个内容,对减缓受热面变形有极大的好处。事实上,作为一个单独可以自我保持稳定燃烧的环节,燃煤火焰更
