煙煤型等離子點火燃燒系統在電廠中的應用
概述
佳木斯發電廠裝機總容量49.8萬kw,是黑龍江省電力網主力電廠之一,年最大發電能力為30億kw·h,年最大供熱量為150萬GJ。
鍋爐啟、停及低負荷助燃用油是火電廠發電成本的重要部分,為節油降耗,降低運營成本,2000年12月,該廠在13#爐采用等離子無油點火系統。該爐系HG-410/100-YMⅡ型自然循環Π型布置的固態排渣煤粉鍋爐,燃用煙煤,采用四角布置直流燃燒切圓燃燒,配備中間儲倉式制粉系統,熱風送粉。采用等離子點火裝置后,啟動速度快,燃燒穩定,火力大,在鍋爐啟、停及低負荷燃燒過程中,節油效果顯著。在鍋爐點火初期即可投入電除塵裝置,避免了用油點火初期不能投入除塵裝置而排放大量煙塵的問題。
該項目總投資為220萬元。項目投資回收期為1.8年。
等離子點火技術
1.等離子點火系統構成
圖1 等離子點火系統構成
等離子點火系統主要由以下幾部分組成(圖1):
(1)等離子發生器。產生功率為60-130kw的等離子體,由線圈、陰極和陽極組成;
(2)電源柜及供電系統。將三相380V電源整流成直流,用于產生等離子體。由直流電源柜(含整流變壓器)、冷卻風機、功率組件、直流控制器、直流平波電抗器組成;
(3)燃燒器。與等離子發生器配套使用點燃煤粉;
(4)輔助系統。由冷卻水、空氣的供給系統組成;
(5)控制系統。由89:、:;<、通訊接口和數據總線構成;
(6)風粉系統。煤粉由新增小粉斗通過給粉機、混合器進入一次風管,由熱風送入等離子燃燒器。
2.等離子發生器工作原理(圖2)
直流電流在一定介質氣壓的條件下引弧,并在強磁場控制下獲得穩定功率的定向流動空氣等離子體,該等離子體在點火燃燒器中形成t>4000K的梯度極大的局部高溫火核,煤粉顆粒通過該等離子“火核”時,迅速釋放出揮發物、再造揮發分,并使圖" 等離子發生器工作原理煤粉顆粒破裂粉碎,從而迅速燃燒,達到點火并加速煤粉燃燒的目的。
等離子體內含有大量的化學活性粒子,如原子(C、H、O)、離子(O-2、H+、OH-)和電子等。它們可加速熱化學轉換,促進燃料完全燃燒,這對于點燃煤粉(特別是貧煤)強化燃燒有著特別重要的意義。
等離子發生器的陰極和陽極由高導電率、高導熱率及抗氧化的特殊材料制成,以承受高溫電弧沖擊;線圈在高溫情況下具有抗直流高壓擊穿能力;電源采用全波整流并具有恒流性能。其發火原理為:在一定輸出電流條件下,當陰極前進同陽極接觸后,系統處在短路狀態,當陰極緩緩離開陽極時產生電弧,電弧在線圈磁場的作用下被拉出噴管外部。壓縮空氣在電弧的作用下,被電離為高溫等離子體,進入燃燒器點燃煤粉。
3.技術特點
(1)陽極與陰極使用抗氧化材料,使等離子體載體可以采用廉價易得的壓縮空氣,大大簡化了系統,降低了運行成本;
(2)精心設計的復合結構,保證了輸出電功率達到100kw以上,抗污染能力強,陽極使用壽命長(≥1000h),適合與各種燃燒器配合;
(3)在燃燒器的設計上采用了分級燃燒、氣膜冷卻及濃淡分離等技術,使其適應煤種范圍寬,對煤粉細度無特殊要求,且出力大、不結焦、耐磨損、使用壽命長;
(4)風粉在線監測系統,可為燃燒控制提供準確的數據;
(5)供電電源及控制主機采用了總線式的通訊方式,切換方便,兩臺單元式鍋爐可采用共用一套供電電源、各自使用獨立的操作界面的辦法,從而節省大量的初始投資,提高設備的利用率。
節能效果
佳木斯發電廠13#爐改造成等離子燃燒系統后,從2001年1月運行到2001年12月,共點火65次,耗煤1300t,耗電46800kw·h;較改造前節約渣油600t,經濟效益達99.2萬元。加上節省低負荷助燃耗油費,直接經濟效益可達到119萬元。