淺談電站鍋爐改善鍋爐啟動著火環境節能技術

王金龍 趙 磊 武瑞香 王 賢

（華能榆社發電有限責任公司）

0 引言

當今我國工業生產領域對保護環境資源、提高能源利用率、推進節能減排提出更高標準要求。本文就火電廠鍋爐啟動能耗大的影響因素進行全面分析，同時提出以改善鍋爐燃燒環境理論為基礎的鍋爐啟動節能技術。

1 電站鍋爐啟動階段能耗現狀

我國電站鍋爐啟動點火多采用油點火方式及無油（等離子）點火方式。

油點火方式在能耗、成本及環保方面現狀：①我國電站鍋爐啟動階段由于燃油成本因素導致啟動費用偏高，以300MW機組配套的鍋爐為例，冷態啟動耗油在35～60t；溫態啟動耗油在20～30t；熱態啟動耗油在10～15t；極熱態啟動耗油在5～10t。電站鍋爐啟動階段燃油成本約占機組啟動成本的1/3～1/2。②我國電站鍋爐啟動階段中存在燃油燃燒不充分現象，這不符合環保節能要求。③我國電站鍋爐啟動階段油燃燒器投運時間較長，冷態啟動鍋爐投油在8～10h，溫態啟動鍋爐投油在5～8h。由于投油階段過長造成電除塵等環保設備不能及早投入。

無油（等離子）點火啟動方式在能耗、成本及環保方面現狀：①等離子點火裝置中陰、陽極頭有一定的使用壽命，陰極頭使用壽命在14～16h之間，陽極頭使用壽命≤1000h。該點火方式會產生一定的電站耗品、耗材成本及人工檢修成本。②無油（等離子）點火啟動方式對使用煤種的揮發分、發熱量、水分有嚴格要求。現場如遇到故障引起非停后電站鍋爐再次啟動，原煤倉存煤的品質將直接影響到無油（等離子）點火裝置的投運效果。③采用無油（等離子）點火方式，在啟動初期爐膛內部未完全燃燒煤粉濃度偏大容易引發煤粉爆燃現象。④采用無油（等離子）點火方式，容易造成脫硫吸收塔內的石膏污染，經過對脫硫系統副產品石膏比對觀察，發現啟動階段石膏顏色為黑灰色，監測化驗石膏指標不能達到用戶的標準要求。

2 現有電站鍋爐啟動中存在能耗、環保、安全方面問題分析

電站鍋爐啟動采用油點火方式，在冷態啟動初期，燃油燃燒不完全現象比較嚴重，同時伴有鍋爐煙囪冒黑煙特征。通過對現場數據對比分析得出燃油燃燒不完全原因是：電站鍋爐爐膛溫度過低、熱二次風溫過低引起。結論依據為：電站鍋爐燃油多采用輕質柴油，輕質柴油的燃點在220℃。冷態鍋爐夏季啟動爐膛溫度在20～40℃，冷態鍋爐冬季啟動爐膛溫度-20～10℃。由于爐膛溫度過低無法為燃油燃燒提供足夠著火熱能，導致燃油燃燒不完全。冷態、溫態鍋爐啟動初期熱二次風溫＜120℃，無法為燃油燃燒提供足夠的著火熱能。

鍋爐啟動采用無油（等離子）點火方式，在冷態啟動點火初期，煤粉經過等離子點火裝置的并不能達到完全燃燒，由于爐膛、熱一次風、熱二次風溫度太低，未燃燒或燃燼的煤粉在爐膛中吸收不到足夠的著火熱能，導致煤粉出現未燃燒或未燃盡現象。對內蒙古某臺300MW采用等離子點火方式電站鍋爐的飛灰含碳量進行數據對比，發現啟動階段飛灰含碳量是正常運行的20～37倍，煤粉不完全燃燒不但造成能耗增加、環境污染、脫硫吸收塔石膏品質下降，還會引起電站鍋爐尾部煙道、空氣預熱器、電除塵發生二次燃燒以及爐膛煤粉爆燃等不安全事件發生。

3 電站鍋爐改善啟動著火環境節能技術原理及具體組成系統功能介紹

電站鍋爐改善啟動著火環境節能技術核心思想是：①通過提高鍋爐爐膛、熱一次風、熱二次風溫度，確保燃料在鍋爐爐膛內部燃燒時能吸收到足夠的著火熱能，以保證燃料的完全燃燒。②通過精確配煤方法提高鍋爐適應啟動初期工況的能力。

3.1 增加高壓輔汽聯箱作為電站鍋爐底部加熱汽源技術

設計思路依據為：電站鍋爐啟動準備階段，現有技術為鍋爐底部加熱汽源選用低壓輔汽聯箱，低壓輔汽聯箱蒸汽參數：壓力：0.6～0.8MPa、溫度：320～350℃。現有系統存在問題是：當前大型電站鍋爐高度均＞55m，在鍋爐啟動準備階段輔汽聯箱用戶較多，輔汽聯箱壓力較低，有時輔汽聯箱壓力＜0.6MPa，根據水柱靜壓原理，現有系統無法將鍋爐內工質溫度提升到90℃以上，達不到有效提高鍋爐水溫度的目的。

高壓輔汽聯箱作為電站鍋爐底部加熱汽源技術介紹：在相鄰兩臺鍋爐運轉平臺增設高壓輔汽聯箱，高壓輔汽聯箱蒸汽參數可設定為壓力：1.0～1.5MPa、溫度：320～350℃。高壓輔汽聯箱汽源為相鄰兩臺機組的冷再蒸汽，高壓輔汽聯箱的用戶包括：鍋爐底部加熱、汽動給水泵拖動汽源等。通過將鍋爐底部加熱汽源由低壓輔汽聯箱改為高壓輔汽聯箱供汽，可以有效提高電站鍋爐啟動準備階段爐水溫度及壓力。以山西省某電廠為例，原先采用低壓輔汽作為爐底加熱汽源，鍋爐水溫只能提升至70℃，技改后采用冷再供鍋爐底部加熱，鍋爐水溫最高提升到120℃、汽包壓力達到0.1MPa。通過該項技改，啟動過程中節省了鍋爐起壓前耗油成本。根據現場耗油數據統計節約燃油8～12t。采用高壓輔汽聯箱蒸汽供鍋爐底部加熱技術，可以有效提升爐膛及熱一次風、熱二次風溫度在60～100℃，這樣有效改善了燃料燃燒環境。

3.2 增加相鄰鍋爐熱一次風、熱二次風聯絡風管供啟動鍋爐的首投磨組暖磨及投運

設計思路依據為：鍋爐一次風機、二次風機在設計時都有一定的出力富裕量，完全可以滿足啟動鍋爐首投磨組的風量需求。鄰爐在運行中熱一次風、熱二次風溫＞310℃，該溫度遠高于柴油燃點220℃并接近大部分煤種燃點。可以為首投磨組煤、油燃燒器燃料提供足夠著火熱能，因此在相鄰的兩臺鍋爐熱一次風、熱二次風管之間增加聯絡風管供啟動鍋爐的首投磨組使用，并增加聯絡風管相關風門擋板以確保聯絡風量的調節及系統可靠隔離之用。

3.3 精確配煤技術改善鍋爐啟動中煤粉燃燒工況

精確配煤技術核心：其配煤方法是原煤倉+給煤機動態精確配煤技術。具體實施方案是：將現有原煤倉分成A、B兩個分倉。輸煤皮帶來煤通過兩向式換向擋板根據配煤要求進入不同煤種的A、B兩個分倉。A、B兩個分倉分別對應A、B兩個給煤機，A、B兩個給煤機又同時向一臺磨煤機供煤。配煤工作是通過調整A、B兩個給煤機轉速，來改變A、B兩臺給煤機不同煤種的給煤量，在運行中迅速改變進入磨煤機煤種配煤比例，實現依據鍋爐工況及燃燒特性等要求快速精確配煤的工作流程。將每臺磨煤機燃煤發熱量相關參數由固定值變為可變調節值。

精確配煤技術的配煤原則：每臺磨煤機對應的A、B兩個分倉，A、B兩個倉按照配煤要求分別儲放不同煤種的原煤。底層磨組及次底層磨組為穩燃層，穩燃層煤倉以煤種穩燃特性進行儲煤配煤。中間層磨組煤倉以硫份、發熱量進行儲煤配煤，頂層磨組煤倉以熱值進行儲煤配煤。

精確配煤技術的優點：①精確配煤技術可以根據現場實際制定相應的配煤方案和負荷配煤曲線。這樣可以達到簡化煤種摻配流程，方便鍋爐運行調整。將原有配煤“人工+機械配煤”方式改變為“機械+邏輯自動配煤”方式，提高配煤的精確度、靈敏度，實現配煤流程的自動化。②適應電網調峰能力增強，特別是配煤動態響應速度增加。可以實現根據鍋爐不同燃燒工況迅速調整煤種配煤指標。擴展了鍋爐煤種的使用范圍，滿足鍋爐中、低負荷大量摻燒高硫煤，中間負荷大量摻燒低熱值煤，適度摻燒煤矸石的經濟配煤的要求。提高了劣質煤種、高硫煤、煤矸石的利用率，有效降低發電燃料成本。

4 與現有技術效果對比

1）高壓輔汽聯箱作為電站鍋爐底部加熱汽源實施后，可以在鍋爐啟動準備階段將鍋爐水溫度提升到150～180℃、鍋爐汽包壓力提升至0.3～0.6MPa，經過計算在冷態啟動階段節約燃油消耗8～10t。縮短啟動時間2～3h。

2）增加相鄰鍋爐熱一次風、熱二次風聯絡供首投磨組技術方案實施后，鍋爐啟動階段可以實現盡早投入磨組運行。將磨組投運時間提前1～1.5h，經過計算可以節約燃油消耗5～8t。

3）精確配煤技術可以縮短啟動階段投油助燃、穩燃時間，該階段投油時間減少0.5h以上，節約燃油消耗4～6t。

5 結束語

總而言之，當前火力發電企業在鍋爐啟動階段存在能耗偏大問題。這與當前國家提出節能減排標準存在一定差距。通過本文的技術推廣希望能夠提升各火電企業在啟動階段中節油、節能、環保技術水平。