0、引言
    我國的能源結(jié)構(gòu)中，油資源極其短缺，每年依靠大量進(jìn)口，耗資上百億美元。因而，石油已成為影響我國能源和經(jīng)濟(jì)安全的戰(zhàn)略物資，節(jié)約和替代燃料油已成為保證國家能源和經(jīng)濟(jì)安全的重要
措施。
2004年以中電投集團(tuán)公司為主申請了國家863計劃課題《燃煤鍋爐超低負(fù)荷潔凈高效控制與運(yùn)行技術(shù)的研究與應(yīng)用》，煤粉直燃技術(shù)是該863計劃課題的子課題，通過前期研究和試驗(yàn)后，在中電投撫順發(fā)電有限責(zé)任公司l號200MW機(jī)組鍋爐進(jìn)行了煤粉直燃技術(shù)工程應(yīng)用的試驗(yàn)研究。
    高溫空氣煤粉直燃技術(shù)主要的特點(diǎn)，是利用高溫空氣直接點(diǎn)燃煤粉。與國內(nèi)外技術(shù)的區(qū)別是，采用中頻感應(yīng)將少量空氣瞬間加熱到1000℃左右，高溫空氣引入到煤粉直燃技術(shù)燃燒器中心點(diǎn)燃少量煤粉，再分級逐漸點(diǎn)燃全部煤粉，實(shí)現(xiàn)無油點(diǎn)火的全過程。
1、撫順電廠1號爐設(shè)備概況
    撫順發(fā)電有限責(zé)任公司1號鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG - 670/13.7 - YM9型固態(tài)排渣煤粉爐，中間倉儲式鋼球磨煤機(jī)制粉系統(tǒng)，帶有刮板式撈渣機(jī)，采用角式煤粉燃燒器，四角布置切圓燃燒方式。鍋爐主要設(shè)計參數(shù)見表1，設(shè)計燃料特性見表2，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)鍋爐。
2、煤粉直燃系統(tǒng)設(shè)計
2.1煤粉直燃燃燒器的設(shè)計
    根據(jù)撫順發(fā)電廠設(shè)計的煤質(zhì)特性及電廠1號鍋爐2003年的爐前煤統(tǒng)計平均值，作為高溫空氣煤粉直燃燃燒器的設(shè)計煤質(zhì)見表3。
    原設(shè)計1號鍋爐配8只出力為1590kg/h油槍，油槍的總?cè)萘空煎仩t機(jī)組的25%負(fù)荷(50MW)。為保證鍋爐的升溫曲線，必需在點(diǎn)火初期投入爐內(nèi)的燃煤在燃燒過程產(chǎn)生的熱量與原設(shè)計油槍產(chǎn)生的熱量相近。在設(shè)計煤種發(fā)熱量的前提下計算，燃煤量為燃油量的2.8倍。
    原設(shè)計鍋爐單只一次風(fēng)噴口煤粉出力為6.3 t/h左右，為了不改變原設(shè)計的鍋爐燃燒工況，高’溫空氣直燃燃燒器的最大出力與原設(shè)計相同；為了保證鍋爐設(shè)計升溫曲線，高溫空氣直燃燃燒器的最小出力與原設(shè)計單只油槍的出力相同，原設(shè)計油槍出力為1590kg/h，按上述的折算方法對應(yīng)的煤粉量為最小出力4452 kg/h。
    鍋爐在滿負(fù)荷運(yùn)行時，一次風(fēng)的煤粉濃度約為0. 32kg/kg，在鍋爐點(diǎn)火初期，對應(yīng)上述最小煤粉出力，按設(shè)計的一次風(fēng)量計算的煤粉濃度為0．2kg/kg左右。
2.2煤粉直燃技術(shù)燃燒器的原理、結(jié)構(gòu)及布置
2.2.1  高溫空氣加熱器感應(yīng)加熱的基本原理
    感應(yīng)加熱是電熱應(yīng)用的較好形式，它是靠感應(yīng)器通過電磁感應(yīng)把電能傳遞給被加熱金屬，在金屬內(nèi)部電能轉(zhuǎn)變成為熱能。
    在感應(yīng)線圈中置入高溫空氣加熱器，然后用風(fēng)機(jī)將常溫空氣送入高溫空氣加熱器中，再在感應(yīng)線圈兩端施加700—1 000 Hz的交流電壓，即產(chǎn)生交變的磁場，此時感應(yīng)線圈本身表現(xiàn)為圓環(huán)效應(yīng)，感應(yīng)線圈與高溫空氣加熱器間即為鄰近效應(yīng)，而高溫空氣加熱器本身表現(xiàn)為集膚效應(yīng)。通過這幾種磁場效應(yīng)將高溫空氣加熱器感應(yīng)加熱，常溫空氣通過高溫空氣加熱器，并進(jìn)行2—3分鐘的熱交換，便產(chǎn)生出高達(dá)1000℃的高溫空氣。
2.2.2煤粉直燃技術(shù)燃燒器的結(jié)構(gòu)
    煤粉直燃燃燒器結(jié)構(gòu)見圖l，主要設(shè)備有煤粉的濃縮設(shè)備、分級點(diǎn)火用的套筒及點(diǎn)火用熱空氣的引入管，點(diǎn)火器布置在一次風(fēng)噴口中心偏向火側(cè)，濃縮器使?jié)饷悍燮�向向火�?cè)，在鍋爐正常運(yùn)行時，可以實(shí)現(xiàn)煤粉濃淡分級燃燒的作用，使火焰更穩(wěn)定，同時也有降低煙氣中的NO，的作用。
2.2.3煤粉直燃技術(shù)燃燒器的布置
    撫順電廠1號爐為四角燃燒煤粉鍋爐，爐膛水冷壁四角各布置一組直流燃燒器，在每組燃燒器中布置有4只一次風(fēng)噴口，原設(shè)計每組燃燒器有上下兩只點(diǎn)火油槍，保證燃燒器正常點(diǎn)火。通過研究確定將四組燃燒器的下一次風(fēng)噴口中安裝采用煤粉直燃技術(shù)燃燒器，直接點(diǎn)燃該噴口的煤粉，然后用下層噴口的火焰點(diǎn)燃上層噴口的煤粉。
    在鍋爐零米兩臺排粉機(jī)之間安裝一臺風(fēng)量為2 500 m3/h．風(fēng)壓為10kPa的送風(fēng)機(jī)，可滿足4臺點(diǎn)火用的高溫空氣量，用一風(fēng)箱送到運(yùn)轉(zhuǎn)平臺上，并連接兩根管引到鍋爐兩側(cè)后，再分兩管與各角的高溫空氣加熱器連接，為煤粉直燃燃燒器輸送點(diǎn)火用的高溫空氣。
3、煤粉直燃技術(shù)的燃燒器在670 t/h鍋爐應(yīng)用試驗(yàn)
3.1概述
    2004年5月?lián)犴橂姀S1號爐的B級檢修期
間，在完成了系統(tǒng)的計算與設(shè)計的基礎(chǔ)上安裝了北京國力能高科技有限公司研制開發(fā)的煤粉直燃裝置。2005年利用機(jī)組檢修后啟動的機(jī)會，進(jìn)行了兩次鍋爐冷態(tài)啟動前用煤粉直燃裝置無油點(diǎn)火試驗(yàn)，并在點(diǎn)火期間對鍋爐的升溫曲線和燃燒效率進(jìn)行測試。兩次試驗(yàn)的結(jié)果，使鍋爐從冷爐條件開始點(diǎn)火，到汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)，機(jī)組帶負(fù)荷140MW，全程無油點(diǎn)火啟動。
3.2點(diǎn)火期間試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析
3.2.1煤質(zhì)分析
    1號鍋爐點(diǎn)火期間采用鄰爐送粉，送粉期間在2號爐給煤機(jī)處采集煤樣，委托沈陽煤聯(lián)煤炭質(zhì)量檢測中心進(jìn)行原煤的工業(yè)分析和發(fā)熱量測量。點(diǎn)火期間的煤質(zhì)分析結(jié)果見表4。
3.2.2煤粉細(xì)度
    在1號爐點(diǎn)火前和點(diǎn)火期間一直從2號爐向1號爐輸送煤粉，點(diǎn)火前對2號爐的煤粉進(jìn)行了取樣，并用R200和R90的標(biāo)準(zhǔn)篩進(jìn)行篩分，點(diǎn)火期間煤粉R=36~ 38%，可見點(diǎn)火期間煤粉是較粗的。
3.2.3噴口一次風(fēng)速
    點(diǎn)火期間通過在一次風(fēng)管上安裝的靠背式測速管對管道的一次風(fēng)速測量，然后換算到噴口流速，點(diǎn)火期間噴口一次風(fēng)速在17~27m/s。
3.2.4燃燒器的煤粉濃度
    因?yàn)榻o粉機(jī)的下粉量無法測量，只能粗略根據(jù)給粉機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)和機(jī)組正常運(yùn)行的給粉機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)來估計下粉量，點(diǎn)火期間各燃燒器的煤粉量1、2號約5~5.5 t/h，3號約5t/h左右，4號約4.5 t/h多。煤粉濃度0.25 kg/kg左右
3.2.5  高溫空氣加熱器的耗電量
    利用在運(yùn)轉(zhuǎn)層的加熱器電源控制間里安裝的電能表記錄了點(diǎn)火期間加熱器的耗電量，加熱器電源為380V電壓，采用的是220 V單項(xiàng)電能表，點(diǎn)火期間高溫空氣加熱器的總耗電量1 542 kW．h。
3.2.6鍋爐燃燒效率
    在鍋爐尾部煙道安裝的飛灰取樣器上對鍋爐點(diǎn)火期間的飛灰進(jìn)行了采樣，在撈渣機(jī)處對爐渣進(jìn)行了采樣，委托沈陽煤聯(lián)煤炭質(zhì)量檢測中心對灰渣樣的可燃物含量進(jìn)行分析，根據(jù)灰渣樣的可燃物含量進(jìn)行的點(diǎn)火期間的煤粉燃盡率計算結(jié)果見表5。
3.2.7升溫曲線
    鍋爐點(diǎn)火期間的升溫曲線見圖2。
    從圖中可看出，點(diǎn)火初期階段由于各燃燒器試點(diǎn)火，燃料量投入較多，鍋爐升溫速度過快，后期溫升速度控制較好，在以后的點(diǎn)火過程中，初期應(yīng)最多投入兩個燃燒器，再靠控制煤粉量來調(diào)節(jié)鍋爐升溫速度。
3.2.8經(jīng)濟(jì)效益分析
    按電廠經(jīng)驗(yàn)，以往冷爐點(diǎn)火啟動，到機(jī)組達(dá)到斷油條件140MW負(fù)荷時，需燒油約30 t。按現(xiàn)在油價4 000元／t計算，折合人民幣120 000元，節(jié)省的油量按點(diǎn)火期間燃煤的熱值和煤粉燃盡率計算約折合86 t煤，每噸煤按300元計算，折合人民幣25 800元，本次點(diǎn)火共耗電1542 kW.h，按上網(wǎng)電價0.3元/kW.h計算合人民幣462元，點(diǎn)火期間7.5 h共耗工業(yè)水400t，每噸工業(yè)水按3元計算，合人民幣1200元。按以上計算，此次點(diǎn)火共節(jié)約人民幣90 000元。
4、結(jié)  論
    高溫空氣煤粉直燃技術(shù)燃燒器在撫順電廠1號鍋爐上的應(yīng)用，使鍋爐從冷爐條件開始點(diǎn)火，到汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)，機(jī)組帶負(fù)荷140MW，全程無油點(diǎn)火啟動。試驗(yàn)結(jié)果表明，高溫空氣煤粉直燃燃燒器在670t/h中儲式制粉系統(tǒng)的電站鍋爐上應(yīng)用是成功的。
    采用高溫空氣煤粉直燃系統(tǒng)后，可以節(jié)省高品位能源，對煤多油少的我國能源結(jié)構(gòu)來說具有極高戰(zhàn)略意義。
    高溫空氣煤粉直燃裝置改造后，鍋爐在啟動和超低負(fù)荷時都不投油助燃，鍋爐在點(diǎn)火期間和超低負(fù)荷下排煙的林格曼黑度<1級，電除塵器從鍋爐點(diǎn)火時就可投入運(yùn)行，所以鍋爐在啟動和超低負(fù)荷時的煙塵排放降低90%以上，具有重要的環(huán)保意義，富通新能源不但生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，而且還大量銷售木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，專供生物質(zhì)鍋爐燃燒使用。