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黄少鹗
(福建省电力试验研究院，福州350007)
摘 要 锅炉不用燃油把煤粉直接点燃数十年来一直被各国电力科技人员关注，也是我国当今电站煤 粉锅炉燃烧技术主攻方向。综述了国外主要几种无油点火燃烧器型式、特性及应用状况，介 绍 了俄罗斯开发电加热的“马弗”(稳燃器)煤粉直接点火燃烧器与之配合使用的两类(独立及 单元式)点火煤粉制备系统，举例论证了其应用利弊及技术特点。
关键词 电站煤粉锅炉无油点火燃烧系统
1前言
煤粉锅炉在冷炉启动点火和低负荷运行时，为了稳定煤粉火炬燃烧，通常需投用相当数量的 高反应性液体燃烧助燃，主要用重油。例如一台670t/h炉冷炉启动需耗烧50t轻质柴油； 无烟锅炉在日常运行中需拌烧一定量助燃油，一台烧福建漳平低挥发分(Vf=3%～4%)无 烟煤的410t/h炉，在额定负荷时，一般投用2～4把出力500kg/h重油枪，油耗量为1t/ h～2t/h ，燃油量占输进炉内燃料总热量的3.6%～7.0%。油耗10g/kW·h～20g/kW·h。燃油的大量消 耗，给油燃料的采购、运输、存储、处理增添诸多必备设施和管理费用，发电成本增大。节 约燃油，开发无油和少油点火与稳燃，被公认为降低发电成本，提高市场售电竞争力的重要 途径之一。多年来，无油点火燃烧技术的开发和应用在国际上一直是最活跃的课题之一。美 国、俄罗斯、日本等国，二十年前，从开发研制运用电弧直接点燃煤粉的“等离子”(Plasm a)无油点火燃烧器着手，取得积极成效。最常用的“热电弧”点火，其基本原理是当工作气 体(N2、空气等)通经热电弧时，形成104K级的低温等离子流，具有单位容积内能量高度 集中、温度水准高、活化中心浓度高等特性，煤粉粒子在低温等离子流的冲击下，极大地加 快了煤粉粒子的燃烧进程。该项技术投资大，技术复杂，阻碍了它的广泛应用。九十年代以 来 ，一些国外科技人员，另辟新路开发运用“电加热”无油点火燃烧器，谋求无油点火技术实 用化。
锅炉用油点火的方式和装置实际上和锅炉燃用煤种的燃烧特性以及锅炉结构无关。而以煤 粉直接点火则需考虑：燃料反应性，是否具备单独点火煤粉制粉系统和点火煤粉仓，锅炉主 制粉系统型式，磨煤机型式，燃烧器型式，选用无油点火设备运行可靠性，检修简繁等条件。
近年，俄罗斯等国家在工业运行条件下开发研制了多种锅炉无油点火燃烧系统。根据不 同煤炉反应性煤粉释出和点火油相当热量作点火燃料，俄以“电加热”为外加激发热源研制 成结构独特的“马弗”无油点火燃烧器，相关的“点火煤粉”制备系统及其使用经验〔1〕综述于下。
2无油点火燃烧器
2.1“马弗”无油点火燃烧器
“马弗”炉点火燃烧器，已被应用了40～50年，最初采用块煤、劈柴和其它固体可燃物作外 加热源。随着科技进步，如今采用先进的“电加热”作外加热源，构成“马弗”无油电加 热点火燃烧器(以下简称“马弗”点火燃烧器)。它具有结构紧凑、便用方式灵活、运行调 控简便、解脱繁重劳动、实现文明生产等优点。用电对“马弗”燃烧器的耐火层进行加热，使通经的煤粉粒气化，获取易着火的燃气，保证煤粉燃烧。运用这种工作机理，烧高挥发性(Vda0f≥40%)固体燃料，释出的可燃气和空气混合物支持煤粉稳定燃烧。近期，俄已研 制出能烧贫煤的“马弗”燃烧器。
通常，“马弗”燃烧器装在炉墙上紧靠主燃烧器，有的装在其下方。出力按保证20%～25%额 定锅炉负荷条件选择。烧高挥发分(Vdaf≥48%)褐煤时，在10%～15%额定负荷下，也能保证可靠运作。设计“马弗”燃烧器的技术关键是正确选定燃烧室容积和在其中释出的 热量，即容积热强度Q/V(MJ/m3)，还应考虑燃料反应特性，防止结焦。
使用经验表明，点火煤粉应定量，可靠输进“马弗”燃烧器，为此，需设置专用的点火煤 粉 仓，配和定量给粉的给粉机，每具“马弗”燃烧器配专用仪器和控制手段(热电偶监控耐火 层运作状态，火炬位置，火炬熄灭发送器)以保证它的可靠投用。
2.2其它类型无油点火燃烧器
正确选用加热机构形式对无油点火燃烧器的正常运作起重要作用，示例列于表1中。
选用加热机构的基本原则是：
a.输进“马弗”点火燃烧的点火煤粉应保证稳定着火；
b.使用寿命要长；
c.加热机构成本、运行费用低。
全俄热工研究院西伯利亚分院研究结果表明：烧高挥发分褐煤和Vdaf≥40%的烟煤， 选用表1中的任一种加热机构都能保证输进点火燃烧器气粉混合物稳定着火。在煤粉水分、 细度、煤粉浓度、煤粉流速明显偏离设计值时，可能失效。
举例说明：
a.烧Vdaf≥47%～49%的高挥发分褐煤，煤粉浓度0.5kg/m3～1.2kg/m3；气粉混 合物流速18m/s～20m/s；煤粉水份18%～22%，细度R90=25%～40%，运用电阻加热机构 能使点火煤粉稳定着火，加热元件表面温度650℃以上。乌兰巴托NO.3热电厂БK3-75型炉， 烧Vdaf≥=42%煤粉，R90=20%～25%，使用电阻加热机构，点火煤粉着火稳定，元件表面温度达850℃～900℃。
b.烧贫煤时，需用高温加热机构，例如电弧的等离子发生器，或运用在“马弗”燃烧器内 “对冲”装电加热机构配用液体燃料(重油、轻柴油)。
电加热机构的缺点：所有利用电能转化为热的工作机构(电阻热，感应热，电弧，等离子)， 其构件使用寿命极短(视具体条件在100～500小时)。有鉴于此，在选用电加热机构时，其维 修，换用构件费用和时间就成为首要考虑因素。
燃低反应性煤，从着火可靠条件看，选用等离子流，电弧为主体的加热机构或小流量油枪引 火是合理的。
3点火煤粉制备系统
无油点火燃烧系统型式多样，但按其实施条件大体可分成两大类：一是“独立”点火煤粉制 备系统，它和锅炉及其辅机分离互不相干；二是装在锅炉近侧的“单元”点火煤粉制备系统 ，在制备点火煤粉或投用“无油点火”系统时，在生产工艺上和锅炉及其辅机有一定程度的 关联。
3.1“独立”点火煤粉制备系统
德国Niderau Bem热电厂烧低反应性煤锅炉的点火煤粉是由独立的中心制粉站制备高反应性 褐煤提供的。这种“独立”点火煤粉制备系统1980年启用。从锅炉外界制取的点火煤粉自动 输进电厂中心贮粉库，由此再按需分配到各台炉的点火煤粉仓内。
俄国“克拉斯诺雅鲁斯克”NO.1热电厂Ⅰ期建设16台出力150t/h～230t/h烧伊尔莎-波隆金 斯克褐煤和坎斯柯-阿钦斯克洗煤锅炉。以单独的钢球磨煤制粉系统作点火煤粉制备(见图1 )。该制粉系统装球磨机，离心式粗粉分离器及旋风分离器各1台，制成煤粉贮于容积15m3的中心粉仓，制备点火煤粉时，从运行炉上抽取部分烟气作通风-干燥剂。乏气风排进运行 炉。仓内煤粉借结构特殊泵输送到容积5.0m3的小型“单元”点火煤粉斗内。每炉装2个小 粉斗，用定量供粉给粉机把粉输进“马弗”点火燃烧器。该系统优点是制粉方式极灵活，水 分、细粉易调控到符合点火要求质量。弊端是工程建设费用较高。该厂启用此种点火煤粉制 备系统，30多年以来磨制高反应性(Vdaf=48%)褐煤，运作正常可靠，未发生爆炸事故。鉴于球磨机制粉系统运作的机械磨损大。改用从2台邻炉运行锤击磨竖井上抽取褐煤粉作 “点火”煤粉，抽NO.10、NO.11炉炉膛烟气及冷风掺和作输送介质，留用前面所述系统中的 全部主要部件制备煤火煤粉(见图2)。
点火煤粉贮于小容积粉仓内运行经验和试验研究，结果表明：即使煤的挥发分较高(易爆)， 长 期存贮也是安全的。图3示出西伯利亚分院点火煤粉在小斗内存储煤粉温度变化特性试验结 果。由图3可以看出：粉储满斗时，温度最高(fmf=60℃)，随后，温度逐渐下降保持 恒温(35℃)，斗内煤粉不产生自燃。
3.2“单元”点火煤粉制备系统
以克拉斯诺雅鲁斯克热电厂Ⅱ期扩建БК3-320-140пг型双炉膛炉的现代改造为例，探讨 “单元”点火煤粉制备系统的实施。
在原有锅炉锤击磨直吹制粉系统设备基础上增设“点火煤粉制备系统，由此把点火煤粉 输进“马弗”点火燃烧器是实施该炉无油点火燃烧系统的最初考虑方案(见图4)。
锅炉直吹制粉系统由2台锤击磨和2台BBCM-3-Y型煤粉(排粉)风机构成 。从向4具主燃烧器供粉的4根输送管中的2根各分出一根向“马弗”燃烧器供粉。用煤粉点 火时，锤击磨送来的煤粉，供排粉机输进装在与主燃烧器同标高炉膛侧墙上的“马弗”燃烧 器。这时，关闭输进主燃烧器煤粉输送管上的挡板，终止进粉。
该系统的优点是：设备简单，改装工程费用低，除了加装向“马弗”燃烧器输粉管和“气出 ”型切换挡板外，毋需另增其它机构。
经10年多的工业应用及试验，该系统在运作中存在诸多弊端：
a.锅炉长期停用后，原煤仓内的“陈煤”结块，煤流不畅影响向锤击磨的稳定供煤；
b.锤击磨在最低通风和磨煤出力工况下运作制备“点火”煤粉，偏离额定运行工况 ，运作不稳；
c.从锅炉主制粉系统抽取的煤粉，难以满足稳定与最优“马弗”燃烧器之燃烧质量要求；
d.“气出”型挡板长期使用势必破损，因而向主燃烧器漏粉机率变大；
以上存在缺点，增多了炉膛熄火、烟道爆炸产生机率。
鉴于以上所述，虽然系统简单，投资省，但弊多利少，故非良策。
探讨利用“等离子”点火燃烧器与“单元”点火煤粉制备系统的匹配。俄“古兴诺沃斯克” 地区电厂ТПЕ-215型锅炉在炉膛四角主燃烧器前“马弗”点火燃烧器采用“等离子”点火 器，利用锅炉2套锤击磨制粉系统中的一套作点火煤粉的制备。工业运行结果表明：存在与 上 例相同的缺陷，还由于点火煤粉由一磨同时供向4只点火燃烧器，运行工况难以调控，当同 时发生运作燃烧器结焦时，实有“措手不及”之感。
综上，利用锅炉主制粉系统煤粉作根基的“单元”点火煤粉制备系统存在的根本缺陷，将随 点 火燃烧器功率增大而扩张，要在500MW-800MW大型电站锅炉上应用还会有不少难点。借锅炉 主制粉系统煤粉供无油点火燃烧，完善化路程还相当曲折。
3.3把主制粉系统煤粉贮于小粉斗的“独立”点火煤粉制备系统
俄CuБВТИ-与克拉斯诺雅鲁斯克NO.1热电厂合作在一台БК3-320-140ПТ2型锅炉上 运 用排粉机把主制粉系统煤粉贮进容积8m3的小粉斗构成“独立”点火煤粉制备系统，于最 近投用。这种系统(见图6)在很大程度上具有前节所述的“独立”点火煤粉制备系统之属性 与特点。小粉斗内的点火粉借出力为4t/h的铰笼型给粉机输进风粉混合器，由送风通过直径 630mm的旋风抽集器离析把煤粉输进装在炉前墙和下层主燃烧器同一标高的“马弗”点火燃 烧器。此系统一炉设2套。
在锅炉稳定运行状态下，从主制粉系统二台磨借BBCM-3-Y型排粉机出口正压向旋风分离器输 进小股较细煤粉经离析贮入小粉斗，脱粉后的干燥剂沿输粉管引到排粉机进口(负压侧)，最 后 排进炉内。由于小股含粉气流所占份额很小(约15%)，故对主制粉系统及锅炉的正常 运作影响不大。小点火煤粉斗注满需时也不长(约3小时)。
这种系统的主要优点是对锅炉的正常运作工况影响甚微，系统完全独立，故点火时，符合防 爆规程技术要求。首次启用，可从电厂Ⅰ期安装锅炉的“独立”点火煤粉系统取粉输 进小粉斗。
按以上所述构筑点火煤粉制备系统的实施原则，对任何形式磨煤机和磨制煤种均适用。
CuБВТИ还为其它电厂设计和运用了与此相同的点火煤粉制备系统，例如：坎斯克热电厂 的БК3-75型炉；CuБВТИ自备电厂的ТП-35型带竖井磨炉膛的试验炉；蒙古国乌兰巴 托NO.3热电厂带钢球直吹制粉系统和BBCM型排粉机的БК3-75型炉。此外，德国VeKombinat BraunKohlenkraftwerke热电厂带风扇磨直吹制粉系统锅炉也采用了与此相同的无油点火 燃烧系统。
4结束语
煤粉锅炉使用多种类型煤粉无油直接点火系统长期运作经验及试验研究表明：在点火过程中 ，要求工作高度可靠不发生爆炸。运用从锅炉主制粉系统抽取煤粉输贮于点火煤粉仓斗内， 由此再把粉定量稳定输进单独“马弗”点火燃烧器，这种带中间点火粉仓的无油点火燃烧系 统符合这种要求。相关的调控设备应装右锅炉主控制盘上，以利操作。
点火煤粉燃烧器配用的点火装置，应择用能可靠点燃煤粉，使用寿命长，费用省的一种。
参考文献
1.Пронпин М.С.，Феλъкер А.А.，НоВиков А.И；СцДо ров Н.ВО Безмазутнои2 растопке пыеугольны х котеьных агрегатов ТЭС〔J〕。Электриче ск иестации 2000(5)
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