浅谈电站锅炉改善锅炉启动着火环境节能技术

王金龙 赵 磊 武瑞香 王 贤

（华能榆社发电有限责任公司）

0 引言

当今我国工业生产领域对保护环境资源、提高能源利用率、推进节能减排提出更高标准要求。本文就火电厂锅炉启动能耗大的影响因素进行全面分析，同时提出以改善锅炉燃烧环境理论为基础的锅炉启动节能技术。

1 电站锅炉启动阶段能耗现状

我国电站锅炉启动点火多采用油点火方式及无油（等离子）点火方式。

油点火方式在能耗、成本及环保方面现状：①我国电站锅炉启动阶段由于燃油成本因素导致启动费用偏高，以300MW机组配套的锅炉为例，冷态启动耗油在35～60t；温态启动耗油在20～30t；热态启动耗油在10～15t；极热态启动耗油在5～10t。电站锅炉启动阶段燃油成本约占机组启动成本的1/3～1/2。②我国电站锅炉启动阶段中存在燃油燃烧不充分现象，这不符合环保节能要求。③我国电站锅炉启动阶段油燃烧器投运时间较长，冷态启动锅炉投油在8～10h，温态启动锅炉投油在5～8h。由于投油阶段过长造成电除尘等环保设备不能及早投入。

无油（等离子）点火启动方式在能耗、成本及环保方面现状：①等离子点火装置中阴、阳极头有一定的使用寿命，阴极头使用寿命在14～16h之间，阳极头使用寿命≤1000h。该点火方式会产生一定的电站耗品、耗材成本及人工检修成本。②无油（等离子）点火启动方式对使用煤种的挥发分、发热量、水分有严格要求。现场如遇到故障引起非停后电站锅炉再次启动，原煤仓存煤的品质将直接影响到无油（等离子）点火装置的投运效果。③采用无油（等离子）点火方式，在启动初期炉膛内部未完全燃烧煤粉浓度偏大容易引发煤粉爆燃现象。④采用无油（等离子）点火方式，容易造成脱硫吸收塔内的石膏污染，经过对脱硫系统副产品石膏比对观察，发现启动阶段石膏颜色为黑灰色，监测化验石膏指标不能达到用户的标准要求。

2 现有电站锅炉启动中存在能耗、环保、安全方面问题分析

电站锅炉启动采用油点火方式，在冷态启动初期，燃油燃烧不完全现象比较严重，同时伴有锅炉烟囱冒黑烟特征。通过对现场数据对比分析得出燃油燃烧不完全原因是：电站锅炉炉膛温度过低、热二次风温过低引起。结论依据为：电站锅炉燃油多采用轻质柴油，轻质柴油的燃点在220℃。冷态锅炉夏季启动炉膛温度在20～40℃，冷态锅炉冬季启动炉膛温度-20～10℃。由于炉膛温度过低无法为燃油燃烧提供足够着火热能，导致燃油燃烧不完全。冷态、温态锅炉启动初期热二次风温＜120℃，无法为燃油燃烧提供足够的着火热能。

锅炉启动采用无油（等离子）点火方式，在冷态启动点火初期，煤粉经过等离子点火装置的并不能达到完全燃烧，由于炉膛、热一次风、热二次风温度太低，未燃烧或燃烬的煤粉在炉膛中吸收不到足够的着火热能，导致煤粉出现未燃烧或未燃尽现象。对内蒙古某台300MW采用等离子点火方式电站锅炉的飞灰含碳量进行数据对比，发现启动阶段飞灰含碳量是正常运行的20～37倍，煤粉不完全燃烧不但造成能耗增加、环境污染、脱硫吸收塔石膏品质下降，还会引起电站锅炉尾部烟道、空气预热器、电除尘发生二次燃烧以及炉膛煤粉爆燃等不安全事件发生。

3 电站锅炉改善启动着火环境节能技术原理及具体组成系统功能介绍

电站锅炉改善启动着火环境节能技术核心思想是：①通过提高锅炉炉膛、热一次风、热二次风温度，确保燃料在锅炉炉膛内部燃烧时能吸收到足够的着火热能，以保证燃料的完全燃烧。②通过精确配煤方法提高锅炉适应启动初期工况的能力。

3.1 增加高压辅汽联箱作为电站锅炉底部加热汽源技术

设计思路依据为：电站锅炉启动准备阶段，现有技术为锅炉底部加热汽源选用低压辅汽联箱，低压辅汽联箱蒸汽参数：压力：0.6～0.8MPa、温度：320～350℃。现有系统存在问题是：当前大型电站锅炉高度均＞55m，在锅炉启动准备阶段辅汽联箱用户较多，辅汽联箱压力较低，有时辅汽联箱压力＜0.6MPa，根据水柱静压原理，现有系统无法将锅炉内工质温度提升到90℃以上，达不到有效提高锅炉水温度的目的。

高压辅汽联箱作为电站锅炉底部加热汽源技术介绍：在相邻两台锅炉运转平台增设高压辅汽联箱，高压辅汽联箱蒸汽参数可设定为压力：1.0～1.5MPa、温度：320～350℃。高压辅汽联箱汽源为相邻两台机组的冷再蒸汽，高压辅汽联箱的用户包括：锅炉底部加热、汽动给水泵拖动汽源等。通过将锅炉底部加热汽源由低压辅汽联箱改为高压辅汽联箱供汽，可以有效提高电站锅炉启动准备阶段炉水温度及压力。以山西省某电厂为例，原先采用低压辅汽作为炉底加热汽源，锅炉水温只能提升至70℃，技改后采用冷再供锅炉底部加热，锅炉水温最高提升到120℃、汽包压力达到0.1MPa。通过该项技改，启动过程中节省了锅炉起压前耗油成本。根据现场耗油数据统计节约燃油8～12t。采用高压辅汽联箱蒸汽供锅炉底部加热技术，可以有效提升炉膛及热一次风、热二次风温度在60～100℃，这样有效改善了燃料燃烧环境。

3.2 增加相邻锅炉热一次风、热二次风联络风管供启动锅炉的首投磨组暖磨及投运

设计思路依据为：锅炉一次风机、二次风机在设计时都有一定的出力富裕量，完全可以满足启动锅炉首投磨组的风量需求。邻炉在运行中热一次风、热二次风温＞310℃，该温度远高于柴油燃点220℃并接近大部分煤种燃点。可以为首投磨组煤、油燃烧器燃料提供足够着火热能，因此在相邻的两台锅炉热一次风、热二次风管之间增加联络风管供启动锅炉的首投磨组使用，并增加联络风管相关风门挡板以确保联络风量的调节及系统可靠隔离之用。

3.3 精确配煤技术改善锅炉启动中煤粉燃烧工况

精确配煤技术核心：其配煤方法是原煤仓+给煤机动态精确配煤技术。具体实施方案是：将现有原煤仓分成A、B两个分仓。输煤皮带来煤通过两向式换向挡板根据配煤要求进入不同煤种的A、B两个分仓。A、B两个分仓分别对应A、B两个给煤机，A、B两个给煤机又同时向一台磨煤机供煤。配煤工作是通过调整A、B两个给煤机转速，来改变A、B两台给煤机不同煤种的给煤量，在运行中迅速改变进入磨煤机煤种配煤比例，实现依据锅炉工况及燃烧特性等要求快速精确配煤的工作流程。将每台磨煤机燃煤发热量相关参数由固定值变为可变调节值。

精确配煤技术的配煤原则：每台磨煤机对应的A、B两个分仓，A、B两个仓按照配煤要求分别储放不同煤种的原煤。底层磨组及次底层磨组为稳燃层，稳燃层煤仓以煤种稳燃特性进行储煤配煤。中间层磨组煤仓以硫份、发热量进行储煤配煤，顶层磨组煤仓以热值进行储煤配煤。

精确配煤技术的优点：①精确配煤技术可以根据现场实际制定相应的配煤方案和负荷配煤曲线。这样可以达到简化煤种掺配流程，方便锅炉运行调整。将原有配煤“人工+机械配煤”方式改变为“机械+逻辑自动配煤”方式，提高配煤的精确度、灵敏度，实现配煤流程的自动化。②适应电网调峰能力增强，特别是配煤动态响应速度增加。可以实现根据锅炉不同燃烧工况迅速调整煤种配煤指标。扩展了锅炉煤种的使用范围，满足锅炉中、低负荷大量掺烧高硫煤，中间负荷大量掺烧低热值煤，适度掺烧煤矸石的经济配煤的要求。提高了劣质煤种、高硫煤、煤矸石的利用率，有效降低发电燃料成本。

4 与现有技术效果对比

1）高压辅汽联箱作为电站锅炉底部加热汽源实施后，可以在锅炉启动准备阶段将锅炉水温度提升到150～180℃、锅炉汽包压力提升至0.3～0.6MPa，经过计算在冷态启动阶段节约燃油消耗8～10t。缩短启动时间2～3h。

2）增加相邻锅炉热一次风、热二次风联络供首投磨组技术方案实施后，锅炉启动阶段可以实现尽早投入磨组运行。将磨组投运时间提前1～1.5h，经过计算可以节约燃油消耗5～8t。

3）精确配煤技术可以缩短启动阶段投油助燃、稳燃时间，该阶段投油时间减少0.5h以上，节约燃油消耗4～6t。

5 结束语

总而言之，当前火力发电企业在锅炉启动阶段存在能耗偏大问题。这与当前国家提出节能减排标准存在一定差距。通过本文的技术推广希望能够提升各火电企业在启动阶段中节油、节能、环保技术水平。