天然气点火应用与分析

天然气点火应用与分析

王剑

摘要：近年来国家不断提出“保护生态环境，建立美丽中国”的要求。国内电厂也逐步开展天然气燃烧器的改造工作，天然气属清洁能源，不仅能改善生产现场工作环境，而且能大幅降低大气污染物的排放量，取得较好的社会效益和环保效益。使用天然气燃烧器将延长垃圾焚烧炉和布袋除尘器滤袋等设备的使用寿命。使用天然气后可取消燃油罐和食堂液化气储罐，安全性较好。

关键词：天然气燃烧器；应用改造；安全性较好

引言：电厂机组启、停过程中需要投油助燃以保证炉膛温度。虽然燃油燃烧热值高，但系统维护量大，燃油精密喷嘴易受到油中、空气中杂质的影响，导致雾化效果不佳，运行中容易跳闸；同时燃油属于易燃介质，储存时占地面积大，需单独配置消防、喷淋降温、防雷接地等安全系统，本质安全要求相对较高；同时燃油燃烧不充分时容易导致CO等参数异常波动，影响环保参数；在启停炉操作时，燃油的不充分燃烧导致油雾随着气流粘附在布袋除尘器表面，导致滤孔堵塞，影响酸性气体、粉尘的进一步处理；布置在烟囱上的连续在线监测系统（气态污染物CEMS），按照标准需要连续运行，极端情况下油雾会随着气流进入CEMS分析气室，造成不可逆的损伤，影响烟气测量数据。

一、某厂天然气点火概述

1、该厂燃烧方式为前后墙对冲燃烧，前后墙各3×6只燃烧器，每个燃烧器各配置一只主气枪和点火气枪。燃烧器主要由主燃烧器，点火气枪以及高能点火器三部分组成。其中主燃烧器为旋流煤粉燃烧器，装置布置在燃烧器中心，单只天然气主枪额定出力1000Nm³/h，点火枪额定出力100Nm³/h，通过高能点火器点燃点火气枪，点火气枪再点燃主燃烧器。每层6只主气枪配置一个调节阀，同层的6只主气枪具有相同的出力，同步调节。不同层主气枪可通过各自调节阀调节而具有不同的出力。前后墙的点火小气枪分别各设一只燃气调节阀，全炉共2只点火小气枪调节阀。前/后墙所有3层18只小气枪具有相同的出力，同步调节。点火枪进气压力70~150kPa，主燃烧器母管压力35~255kPa，如图1所示。

2、该厂天然气枪启动顺控逻辑：

（1）插入点火气枪

（2）关闭点火气枪排空阀

（3）点火气枪打火

（4）打开点火气枪进气阀1/2

（5）插入气燃烧器枪

（6）关闭气燃烧器枪排空阀

（7）打开气燃烧器进气阀1/2

二、项目实施后的效益分析

1、直接经济效益

（1）燃烧器设备使用0#轻柴油，按柴油密度850kg/m3，柴油6元/升计算，每公斤柴油价格为7.06元。按1立方米天然气热值相当于0.792公斤柴油热值来估算，同等热值下，使用柴油需花费7.06*0.792=5.59元，而使用天然气需花费3.5元。即，每使用1立方天然气较使用柴油可节约成本2.09元。作者所在厂纯冷态启机天然气用量预估为30万立方，则机组每次冷态启动可直接节约成本106万元。具体如下表所示。

2、间接经济效益

（1）使用天然气将改善现场工作环境，提高安全文明生产水平。

（2）使用天然气预计将延长垃圾焚烧炉炉壁耐火材料的寿命约6个月；延长布袋除尘器滤袋的使用寿命约2年；同时，CEMS等环保设施在启停炉过程中的运行风险也随之降低。

（3）满足国家环保标准和要求，通过燃烧器就能保证炉膛温度。

（4）使用天然气将大幅减少大气污染物排放。根据《环境统计手册》中的数据，使用重油、柴油、天然气的污染物排放量如下表所示：

若按照作者所在厂燃烧器每年烧柴油300吨计算，每年CO排放量为89.4kg：SO2排放量45000 kg，氮氧化物排放量3213.9kg。使用天然气每年可减排CO排放量87.51kg；SO2排放量44997.99kg；氮氧化物排放量2193.9kg。减排比例约为97.89%；99.996%和68.26%。取得较好的社会效益和环保效益。

四、天然气点火风险分析与措施

1、风险分析

（1）燃气泄漏风险。天然气的爆炸极限为5～15%。为防止发生可燃气体泄露产生爆炸危险；

（2）启机前、停机后需要对系统内天然气进行置换，置换过程相对繁琐，置换过程一定程度上造成天然气的浪费。

（3）电厂因为内不能大量存储天然气，所以周围要有天然气供应站。确保天然气能持续供应。

2、确保安全用气的措施

（1）锅炉每个燃烧器均安装燃气泄露声光报警，声光报警的信号直接在集控室的主机上显示，主机与气站上的紧急切断电磁阀联动，一旦有报警，紧急切断电磁阀动作，切断管道供气。

（2）锅炉房内的燃气管道有运行人员经常巡视，检修人员定期使用肥皂水查漏，防止发生燃气泄漏；

（3）对工艺环节中受冲刷严重的地方（比如弯头，调压阀等）定期进行壁厚测量，监测壁厚变化；

（4）天然气沿途管道、接口尽量采取焊接连接，减少法兰连接、螺纹连接。

五、结论

在倡导绿色节能的今天，火电厂采用天然气点火方案切实地响应了节能降耗的号召，符合火电厂长远持续发展的大势所趋。火电机组采用天然气点火助燃，降低了电厂的运行成本，减少了氮氧化物的有害气体的排放，其节约降耗效果显著。天然气点火助燃必将在火电机组得到更广泛的应用。

参考文献：

[1] 章素华.发电厂热工自动化技术丛书 燃气轮机发电机组控制系统.中国电力出版社.2013

[2] 黄德先//王京春//金以慧.过程控制系统.清华大学出版社.2011

[3] CJJ 51-2006 城镇燃气设施运行、维护和抢修安全技术规程

[4] CJJ33-2005城镇燃气输配工程施工及验收规范

[5] GB 50028-2006 城镇燃气设计规范

[6] 张城 天然气管输与安全 中国石化出版社有限公司