660MW机组纯氧点火系统应用与经济效益分析

660MW机组纯氧点火系统应用与经济效益分析

邱树良1房兆华2

(1华电电力科学研究院2山东颖慧园环保科技有限公司)

摘要：介绍了纯氧点火技术的原理、特点以及纯氧点火技术系统的设计组成，介绍了该点火技术在660MW机组上的应用，以及在生产过程中的经济效益。

关键词：纯氧点火；经济效益

引言

近些年来随着环保要求的不断提高，能源的日趋紧张以及价格的不断上涨，造成企业的生产成本越来越高。纯氧点火技术作为一种较新的燃烧节能技术在世界各国蓬勃发展，在我国也引起了新的技术改革，成为企业节能降耗、改善环保的有效途径。在冶金、陶瓷、玻璃工业窑炉及工业锅炉等热能工程领域被广泛应用。

1纯氧点火燃烧原理

燃烧过程是空气中的氧参与燃烧氧化反应并同时发出光和热的过程。纯氧燃烧是指助燃用的氧化剂中的氧浓度高于普通空气中的氧浓度，从而使燃烧氧化反应更加剧烈。纯氧燃烧对所有燃料（包括气体、液体和固体）在绝大多数工业领域均适用。它既能提高劣质燃料的应用范围，又能充分发挥优质燃料的性能。

微油点火加氧燃烧是在微油点火的基础上发展而来的，微油点火燃烧的工作原理是：先利用压缩空气的高速射流将燃料油直接击碎，雾化成超细油滴进行燃烧，同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热，扩容，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气体燃料，从而大大提高燃烧效率及火焰温度。气化燃烧后的火焰（刚性极强、其传播速度极快超过声速、火焰呈完全透明状，根部为蓝色，中间及尾部为透明白色），火焰中心温度高达1800～2000℃，可作为高温火核在煤粉燃烧器内进行直接点燃煤粉燃烧，从而实现电站锅炉启动、停止以及低负荷稳燃中以煤替油的目的。

采用加氧燃烧技术，是将氧气送入点火燃烧器内部参与燃油火焰及煤粉气流助燃，使助燃用的氧化剂中的氧浓度高于普通空中气的氧浓度，既提高了点火燃烧器对劣质燃料的应用范围，又能充分发挥低负荷稳燃的性能，进一步提高点火燃烧器的性能和节油率。

2纯氧微油点火的主要技术参数及特点

2.1主要技术参数

气化微油枪单只出力：80kg/h；

气化微油枪供油压力：0.5～0.6Mpa；

气化微油枪压缩空气压力：0.4-0.5Mpa；

单支微油枪压缩空气流量：0.6--0.9Nm3/min；

微油枪处高压风压力：2000Pa；

单支微油枪高压风实际用量：350m3/h；

氧气消耗量（煤氧）：100～600Nm3/h；

氧气消耗量（油氧）：10～35Nm3/h；

冷却风消耗量（煤氧）:30～76Nm3/h；

燃油：0号轻柴油

2.2纯氧微油点火技术优点

2.2.1.微油枪和氧枪与煤粉不发生直接接触，无磨损，无需推进机构，故障少，维护简单方便，均可分别单独投运；

2.2.2根据锅炉情况，纯氧点火技术可不更换原燃烧器进行改造；

2.2.3随着燃烧器内氧的浓度上升，煤粉着火温度将降大幅降低，有利劣质煤、无烟煤的正常燃烧和燃烬，提高锅炉对煤种的适应能力；

2.2.4纯氧助燃使煤粉燃烬率高达99%，飞灰可燃物大大降低；纯氧助燃还较大地减少二次风量，从而减少了排烟损失和送风机和引风机的能耗；

2.2.5纯氧点火从一开始就保持很高的燃油、煤粉的燃烬率，因此，静电除尘器、脱硫脱硝系统在点火后均可安全投运，不会被污染；

2.2.6大大减少锅炉启动和稳燃用油，降低发电成本：经成功运行案例证明，由于有纯氧助燃，在锅炉启动后不久即开始投煤粉，逐渐减少投油，甚至停油，大大降低锅炉冷态启动的耗油量。

3纯氧微油点火系统设计

针对该电厂锅炉燃煤特点，并结合锅炉燃烧设备结构，为保证改造效果，使锅炉燃烧器能长期、安全、稳定运行。设计将锅炉后墙最下层对应的6只煤粉燃烧器改造为装有微油枪加氧点火助燃的煤粉燃烧器。此改造范围包括：6只主煤粉燃烧器系统、压缩空气系统、炉前油系统、高压助燃风系统、微油枪图像火检系统、燃烧器壁温监测系统及微油点火控制系统、供氧系统等。锅炉纯氧点火装置的设计充分考虑原燃烧器的结构尺寸、煤粉浓度、煤粉细度、在燃烧器点火区的一次风速、风温等影响因素，确保纯氧点火装置的实施可行性。锅炉纯氧点火装置的设计内容主要包括：微油点火系统、纯氧供氧系统、一级燃烧室及燃烧器喷口装置。

3.1炉前油系统设计

主要组成：截止阀、过滤稳压装置、自清洗过滤器、气动球阀、手动球阀、针型阀、表阀、金属软管、不锈钢管路。

将自清洗过滤器置于供回油管路之间，过滤干净的燃油接入微油枪的蓄能稳压装置中，气化微油枪油压设计0.5～0.7Mpa，管路直径φ22，能满足气化微油枪系统用油要求。

3.2压缩空气系统设计

压缩空气的作用是在油枪的混合腔体内做功，将燃油击碎雾化成超细油雾颗粒，同时提供油枪初期燃烧所需的氧量。压缩空气自压缩空气母管引接，经过滤净化装置后进入蓄能稳压罐参与油压的稳定，然后通至各角的微油枪处。各角压缩空气管路正常工作压力0.4-0.5Mpa，和油路保持一定的压差，可使雾化效果较好。

系统由手动阀门、气动球阀、过滤减压装置、逆止阀、调压阀及管道组成。管路布置与油管路并行。

3.3高压助燃风及火检冷却风系统设计

助燃风系统设计用来为气化微油油枪提供后期充分燃烧的氧量，为气化微油枪及油燃烧室提供冷却以及在气化微油系统停运时保持油燃烧室的清洁，防止管道内煤粉进入污染油枪及火检。助燃风母管（Φ273*4）从一次风机出口的冷风管引出，分别通过支管（Φ89×3）送到各燃烧室，并通过金属软管与燃烧筒相连，助燃风支管上各装配一个手动蝶阀，用于调平各支管风量。

小油枪高压风出口压力大于2Kpa,每支燃烧器需风量约350m3/h。火检冷却风取自就近火检风母管。

3.4壁温监测系统设计

每只纯氧燃烧器设有独立的燃烧器壁温监测系统，在燃烧器的喷口外壁处左右各布置一个，测温元件采用双支K分度热电偶，所有热偶测点均为带耐磨保护套管且可以拆卸，所有信号能够接入DCS系统。实时监测燃烧器壁面温度，不发生燃烧器超温烧损情况，在操作画面设置超温报警点，报警温度设置为≧450℃.

3.5供氧系统设计

建设本液氧站主要实现为锅炉纯氧点火系统稳定持续提供纯氧，保证纯氧点火系统的正常投入。供氧站设备及参数包括：液氧储罐、空温式气化器、双路调压阀组、和氧气缓冲罐组成。储氧罐：2x30m3。空温式气化器：2x3500Nm3/h。

调压阀组包括调压管路和旁通管路，调压管路上有调压阀和前后球阀，旁通管路设球阀。调压阀组前设有Y型过滤器、压力表、和角式弹簧安全阀；调压阀组后设有角式弹簧安全阀、压力表等。

3.6控制系统设计

纯氧点火控制系统是根据其具体运行过程及电厂的相关要求设计的，在设计过程中充分考虑了用户的各方面要求。其基本原理是通过采集现场开关量信号和模拟量信号控制各路电（气）动阀、电磁阀、点火器等按照工作流程要求实现点火操作。

现场每3只油枪使用2个控制柜，共有4个控制柜，所有信号接入DCS系统，控制方式为就地控制+DCS远控，有完善的控制系统保证系统的安全运行。纯氧点火系统逻辑受机组DCS逻辑控制。纯氧运行阀与纯氧吹扫阀利用硬接线连锁，纯氧吹扫阀接受纯氧运行阀阀位信号自动启停。

4效益分析

4.1直接效益计算

4.1.1节油费用：

燃油消耗：每台炉按年耗油1000吨计（正常运行）

燃油价格：0.55万元/吨（市场价）

每角微油枪出力为80kg/h，大油枪出力为920kg/h，

节油率：

节省燃油量：1000×91.3%＝913吨

节省燃油耗费：0.55×913＝502万元

4.1.2原煤耗费：

燃油的低位热值42570kJ/kg，燃煤低位发热值为22000kJ/kg，煤价700元/吨，按发热量相等原则计算所需的原煤费用为：

（42570×1748×98%）&pide;（22000×90%）×0.07＝257元

98%—大油枪燃油燃尽率；90%—煤粉平均燃烬率

4.1.3耗电费用：

原煤消耗：（42570×388×98%）&pide;（19600×90%）＝918吨

制粉单耗：按8度/吨

用电价格：按0.4元/度

耗电费用：918×8×0.4/10000=0.3万元

4.1.4每年直接经济效益：

502－257－0.3=244.7万元

4.1.5投资回收期一年

注：此上数据按市场实际价格定，供参考

4.2间接经济效益

锅炉在启动初期和停炉后期过程中，因为担心未燃烬的燃油在电除尘器电极上沉积，对电除尘产生破坏，故不能投用电除尘。采用纯氧微油技术后，由于燃油量非常微小且燃烬率极高，因此不存在未燃烬的燃油在电除尘电极上沉积的问题，故可提前投入电除尘。这大幅度减少了粉尘的排放，避免了环境污染，具有显著的社会效益和经济效益。

5结论

经过纯氧微油点火改造后，该机组实现了锅炉的安全启停及稳燃过程中以纯氧微油取代完全燃油，缓解我国用油紧张问题，为国家节省大量外汇，有益于经济可持续发展。