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摘要: 通过对辽宁大唐国际阜新煤制天然气项目自备电站锅炉设计方案进行分析比较，提出了取消燃油系统改用等离子体点火系统的可行性。
关键词:燃油系统；等离子体系统；可行性
中图分类号：TK413.8文献标识码： A 文章编号：
1.引言
辽宁大唐国际阜新煤制天然气项目自备电站一期拟新建2×50MW国产高压、抽凝式直接空冷汽轮机组和1×30MW国产高压、抽背式汽轮机组，配置4×470t/h国产、无中间再热褐煤锅炉，并预留扩建的可能性。本自备电站主要为化工区提供蒸汽和电源，化工设备年利用小时数要求达到8000h以上，因此对自备电站的设备可靠性要求也较高。
2.阜新煤制天然气项目自备电站锅炉原设计方案
2.1锅炉概况
本自备电站锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的高压参数、自然循环、无中间再热、四角切向燃烧方式、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢构架的∏型汽包炉。锅炉采用四角切圆燃烧的固定式燃烧器。每角燃烧器设四层一次风喷口和一层油枪。燃烧器形式为直流固定式，四角切向燃烧方式。锅炉点火方式为：高能电火花—轻油—煤粉。采用中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统，设4台中速磨煤机，燃用设计煤种时，3台运行，1台备用。燃用校核煤种时，4台运行。锅炉设计煤种煤粉细度R90=35%。
表1：锅炉相关数据
2.2燃料特性（褐煤）
2.3点火及助燃油系统
锅炉点火和助燃用油采用0号和-35号轻柴油。点火及助燃油系统包括卸油设施设3个汽车卸油接口，安装两台电动离心式卸油泵；贮油设施安装2座200m3拱顶钢制油罐，罐内设蒸汽换热器；供油设施安装3台50%容量多级离心式供油泵；锅炉燃油系统采用简单机械雾化方式，另外配套常规的高能点火器，即高能电火花点燃轻柴油，然后点燃煤粉的二级点火系统。
3.设计优化方案分析
自备电站取消燃油系统改用等离子体点火技术，以煤代油符合国家战略能源政策，不仅经济效益显著，还可以消除燃油系统泄漏而发生的着火、设备损坏等安全隐患，减少设备的维护量，取消因燃油系统而设置的消防设施、含油废水处理装置等设备，减少因燃油系统引起的环境污染。也可以杜绝煤油混烧引发的空预器着火、电除尘阴极积碳等事故的发生，采用等离子体点火系统的电站锅炉在点火初期电除尘装置就可以投运，减少了粉尘排放，符合国家能源环保政策。
3.1煤质是否满足等离子体点火系统要求的可行性分析
通过上表看出，本工程燃用煤种为极易着火煤种，采取等离子体点火系统，可确保煤粉稳定高效点燃；由于煤种结渣性强，设计等离子体燃烧器时给予重点考虑,采取必要的措施可避免结渣问题。
3.2等离子体燃烧器的布置与设计
本自备电站锅炉燃油系统取消后，对等离子体点火系统和相应的制粉系统磨煤机设备备用、可靠性的要求的提高，确定在锅炉最下两层一次风燃烧器位置安装兼有主燃烧器功能的等离子体燃烧器，共计8只。
在锅炉点火和稳燃期间，等离子体燃烧器具有点火和稳燃功能，在锅炉正常运行过程中，该二层等离子体燃烧器具有主燃烧器功能。
3.3冷态启动时煤粉的来源问题
采用直吹式制粉系统的锅炉在采用等离子体点火系统时所要解决的首要问题就是煤粉的来源问题。磨煤机磨制煤粉取决于入口一次风温。
鉴于本工程可利用的加热蒸汽参数，以及设备制造加工要求，本工程的冷风加热方式可采用以下方式：
设置临炉热风联络风道，这样可以利用临炉高温热风作为本炉冷炉制粉。
每台炉均设置一台冷风蒸汽加热器，用蒸汽作热源，磨煤机用加热后的热风进行冷炉制粉。
综上，本自备电站冷风加热方案应设置临炉热风和本炉冷风蒸汽加热组合的方案，以保证机组冷炉制粉。
图1：冷风加热方案示意
3.4等离子体燃烧器运行与机组启动曲线相适应
根据锅炉的运行规定，锅炉冷态启动初期要求如下：
机组初始投入功率不得超过锅炉BMCR 的7％；
所以要使等离子体燃烧器投入满足机组冷态启动的要求，最主要的工作就是控制燃烧器的初始投入功率，其主要手段就是控制磨煤机可以启动运行的最低出力。
表4：等离子体点火工况基本参数
上述核算说明，锅炉冷态采用等离子体点火初期，磨煤机在最小出力运行时，投入煤量占BMCR工况耗煤量的6.4%，能满足锅炉冷态启动初始投入功率的要求。等离子体点火初期一次风管道风速＞18m/s，也能保证管道不积粉。
3.5等离子体热态点火试验
a试验煤粉特性
将自备电站所用煤质运至烟台龙源电力技术有限公司用雷蒙磨制粉磨制成煤粉，煤粉工业分析数据如下：
表5：试验煤粉工业分析
b试验设备概况
图2：试验设备
（1.一次风机出力18024m3/h，全压3571Pa，一次风管内径￠500mm，一次风温为常温空气20℃，一次风速18m/s；2.给粉机出力3-9t/h；3.等离子体燃烧器LYWIC型，内径0.73mm；4.等离子体发生器DLZ-300，电流/电压为300A/312V）
c等离子体燃烧器热态点火试验照片及分析
图3：热态点火试验
等离子体燃烧器热态点火试验能點燃试验煤粉；燃烧火焰可达6米以上，火焰明亮，燃烧稳定。
3.6经济效益分析
采用燃油系统设计方案时需投资成本：1）油库、输油系统设备、炉前油系统及油枪点火装置、相应的消防设施、含油废水处理装置等设备投资及上述设备的建筑安装、运行维护等费用共计投资约1000万元。2）在调试期间还需要大量燃油，暂按照每台炉用燃油 1200 吨进行经济效益分析，燃油价格取8000 元/吨（随市场波动），4台炉燃油耗费共3840万元。3）上述两项投资之和约为4840万元。
采用等离子体点火系统调试期所需费用计算：1）原煤耗费:燃油的低位发热量为41.8MJ/kg，设计煤种低位发热量为13.17 MJ/kg，原煤价格取为 500 元/吨，则按发热量相等的原则4台炉所需的原煤费用约为761.6万元。2）耗电费用：原煤低位发热量为13.17 MJ/kg，原煤消耗约为3809 t，制粉电耗约为20 kWh/t，等离子体燃烧器电耗约为20 kWh/t，电价取为0.24元/kWh，4台炉耗电费用约为 3809×(20+20)×0.24×4 =14.6万元。3）4台炉需等离子体设备投资约为2400万元。4）上述三项投资之和约为3276.2万元。
通过以上分析可见，取消燃油系统采用等离子体点火技术不仅不会增加原设计概算而且在调试期结束还可节约投资：4840-3276.2= 1563.8万元。锅炉机组正常运行后，四台锅炉等离子点火系统每年还可为自备电站节省一笔可观费用。
4.结论
通过以上分析，本自备电站燃煤锅炉采用等离子体点火系统进行锅炉启停及低负荷稳燃，彻底取消燃油系统技术上是可行的。安装等离子体点火系统彻底取消燃油系统后，在机组基建调试试运期间节油效果显著，经济效益及环保效益明显。
参考文献
[1] 大唐阜新煤制天然气项目（一期）总体设计成品（第四册 公用工程及辅助设施），五环科技股份有限公司，2010年7月
[2] 辽宁大唐阜新煤制天然气动力车间工程初步设计，华北电力设计院工程有限公司，2011年4月
[3] 辽宁大唐国际阜新煤制天然气项目自备电站锅炉取消燃油系统可行性研究报告，烟台龙源电力技术股份有限公司，2011年8月
[4] 阜新煤化工项目褐煤等离子燃烧器热态点火试验报告，烟台龙源电力技术股份有限公司，2011年9月
关键词:燃油系统；等离子体系统；可行性
中图分类号：TK413.8文献标识码： A 文章编号：
1.引言
辽宁大唐国际阜新煤制天然气项目自备电站一期拟新建2×50MW国产高压、抽凝式直接空冷汽轮机组和1×30MW国产高压、抽背式汽轮机组，配置4×470t/h国产、无中间再热褐煤锅炉，并预留扩建的可能性。本自备电站主要为化工区提供蒸汽和电源，化工设备年利用小时数要求达到8000h以上，因此对自备电站的设备可靠性要求也较高。
2.阜新煤制天然气项目自备电站锅炉原设计方案
2.1锅炉概况
本自备电站锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的高压参数、自然循环、无中间再热、四角切向燃烧方式、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢构架的∏型汽包炉。锅炉采用四角切圆燃烧的固定式燃烧器。每角燃烧器设四层一次风喷口和一层油枪。燃烧器形式为直流固定式，四角切向燃烧方式。锅炉点火方式为：高能电火花—轻油—煤粉。采用中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统，设4台中速磨煤机，燃用设计煤种时，3台运行，1台备用。燃用校核煤种时，4台运行。锅炉设计煤种煤粉细度R90=35%。
表1：锅炉相关数据
2.2燃料特性（褐煤）
2.3点火及助燃油系统
锅炉点火和助燃用油采用0号和-35号轻柴油。点火及助燃油系统包括卸油设施设3个汽车卸油接口，安装两台电动离心式卸油泵；贮油设施安装2座200m3拱顶钢制油罐，罐内设蒸汽换热器；供油设施安装3台50%容量多级离心式供油泵；锅炉燃油系统采用简单机械雾化方式，另外配套常规的高能点火器，即高能电火花点燃轻柴油，然后点燃煤粉的二级点火系统。
3.设计优化方案分析
自备电站取消燃油系统改用等离子体点火技术，以煤代油符合国家战略能源政策，不仅经济效益显著，还可以消除燃油系统泄漏而发生的着火、设备损坏等安全隐患，减少设备的维护量，取消因燃油系统而设置的消防设施、含油废水处理装置等设备，减少因燃油系统引起的环境污染。也可以杜绝煤油混烧引发的空预器着火、电除尘阴极积碳等事故的发生，采用等离子体点火系统的电站锅炉在点火初期电除尘装置就可以投运，减少了粉尘排放，符合国家能源环保政策。
3.1煤质是否满足等离子体点火系统要求的可行性分析
通过上表看出，本工程燃用煤种为极易着火煤种，采取等离子体点火系统，可确保煤粉稳定高效点燃；由于煤种结渣性强，设计等离子体燃烧器时给予重点考虑,采取必要的措施可避免结渣问题。
3.2等离子体燃烧器的布置与设计
本自备电站锅炉燃油系统取消后，对等离子体点火系统和相应的制粉系统磨煤机设备备用、可靠性的要求的提高，确定在锅炉最下两层一次风燃烧器位置安装兼有主燃烧器功能的等离子体燃烧器，共计8只。
在锅炉点火和稳燃期间，等离子体燃烧器具有点火和稳燃功能，在锅炉正常运行过程中，该二层等离子体燃烧器具有主燃烧器功能。
3.3冷态启动时煤粉的来源问题
采用直吹式制粉系统的锅炉在采用等离子体点火系统时所要解决的首要问题就是煤粉的来源问题。磨煤机磨制煤粉取决于入口一次风温。
鉴于本工程可利用的加热蒸汽参数，以及设备制造加工要求，本工程的冷风加热方式可采用以下方式：
设置临炉热风联络风道，这样可以利用临炉高温热风作为本炉冷炉制粉。
每台炉均设置一台冷风蒸汽加热器，用蒸汽作热源，磨煤机用加热后的热风进行冷炉制粉。
综上，本自备电站冷风加热方案应设置临炉热风和本炉冷风蒸汽加热组合的方案，以保证机组冷炉制粉。
图1：冷风加热方案示意
3.4等离子体燃烧器运行与机组启动曲线相适应
根据锅炉的运行规定，锅炉冷态启动初期要求如下：
机组初始投入功率不得超过锅炉BMCR 的7％；
所以要使等离子体燃烧器投入满足机组冷态启动的要求，最主要的工作就是控制燃烧器的初始投入功率，其主要手段就是控制磨煤机可以启动运行的最低出力。
表4：等离子体点火工况基本参数
上述核算说明，锅炉冷态采用等离子体点火初期，磨煤机在最小出力运行时，投入煤量占BMCR工况耗煤量的6.4%，能满足锅炉冷态启动初始投入功率的要求。等离子体点火初期一次风管道风速＞18m/s，也能保证管道不积粉。
3.5等离子体热态点火试验
a试验煤粉特性
将自备电站所用煤质运至烟台龙源电力技术有限公司用雷蒙磨制粉磨制成煤粉，煤粉工业分析数据如下：
表5：试验煤粉工业分析
b试验设备概况
图2：试验设备
（1.一次风机出力18024m3/h，全压3571Pa，一次风管内径￠500mm，一次风温为常温空气20℃，一次风速18m/s；2.给粉机出力3-9t/h；3.等离子体燃烧器LYWIC型，内径0.73mm；4.等离子体发生器DLZ-300，电流/电压为300A/312V）
c等离子体燃烧器热态点火试验照片及分析
图3：热态点火试验
等离子体燃烧器热态点火试验能點燃试验煤粉；燃烧火焰可达6米以上，火焰明亮，燃烧稳定。
3.6经济效益分析
采用燃油系统设计方案时需投资成本：1）油库、输油系统设备、炉前油系统及油枪点火装置、相应的消防设施、含油废水处理装置等设备投资及上述设备的建筑安装、运行维护等费用共计投资约1000万元。2）在调试期间还需要大量燃油，暂按照每台炉用燃油 1200 吨进行经济效益分析，燃油价格取8000 元/吨（随市场波动），4台炉燃油耗费共3840万元。3）上述两项投资之和约为4840万元。
采用等离子体点火系统调试期所需费用计算：1）原煤耗费:燃油的低位发热量为41.8MJ/kg，设计煤种低位发热量为13.17 MJ/kg，原煤价格取为 500 元/吨，则按发热量相等的原则4台炉所需的原煤费用约为761.6万元。2）耗电费用：原煤低位发热量为13.17 MJ/kg，原煤消耗约为3809 t，制粉电耗约为20 kWh/t，等离子体燃烧器电耗约为20 kWh/t，电价取为0.24元/kWh，4台炉耗电费用约为 3809×(20+20)×0.24×4 =14.6万元。3）4台炉需等离子体设备投资约为2400万元。4）上述三项投资之和约为3276.2万元。
通过以上分析可见，取消燃油系统采用等离子体点火技术不仅不会增加原设计概算而且在调试期结束还可节约投资：4840-3276.2= 1563.8万元。锅炉机组正常运行后，四台锅炉等离子点火系统每年还可为自备电站节省一笔可观费用。
4.结论
通过以上分析，本自备电站燃煤锅炉采用等离子体点火系统进行锅炉启停及低负荷稳燃，彻底取消燃油系统技术上是可行的。安装等离子体点火系统彻底取消燃油系统后，在机组基建调试试运期间节油效果显著，经济效益及环保效益明显。
参考文献
[1] 大唐阜新煤制天然气项目（一期）总体设计成品（第四册 公用工程及辅助设施），五环科技股份有限公司，2010年7月
[2] 辽宁大唐阜新煤制天然气动力车间工程初步设计，华北电力设计院工程有限公司，2011年4月
[3] 辽宁大唐国际阜新煤制天然气项目自备电站锅炉取消燃油系统可行性研究报告，烟台龙源电力技术股份有限公司，2011年8月
[4] 阜新煤化工项目褐煤等离子燃烧器热态点火试验报告，烟台龙源电力技术股份有限公司，2011年9月