刘帅
大唐郓城发电有限公司 山东省菏泽市274700
摘要：燃煤电厂点火及助燃油系统的合理设计，可在锅炉的启动及低负荷稳燃运行时降低油耗和电耗，减少初投资。本文对可行的几种节油点火方案进行对比和计算，得到了一套综合性能和经济性最优的点火方式。
关键词：节油点火；稳燃；经济性
1、概述
燃煤电厂点火及助燃油系统是火力发电厂重要的辅助系统之一，合理设计点火及助燃油系统，在锅炉的启动及低负荷稳燃运行时尽可能的节约燃油，不仅可以减少初投资，而且还可以降低运行油耗和电耗，提高机组的经济性。以某电厂煤质特点为例，对可行的几种节油点火方案进行对比分析，在保证锅炉点火、启动、助燃工况可靠和稳定的前提下，推荐综合性能更优的点火方式。
2、锅炉节油点火方式
受燃油价格影响，新的点火方式和点火设备得到了开发应用。目前国内燃煤机组的节油点火方式主要有等离子点火技术和微油点火技术。
2.1 等离子点火技术
等离子点火技术可实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。其特点是较适用于收到基挥发分18%以上的烟煤，对于较低挥发分的贫煤、无烟煤等煤种适应性较差，另外，阴阳极寿命有限。
2.2 微油点火技术
微油点火技术采用浓淡燃烧方式，另外小油枪的投入使其对煤种的适应性要好于等离子点火装置，适用于等离子点火装置的煤种均可适用于小油枪点火装置，对于贫煤、无烟煤，小油枪点火装置也有成功应用[1]。但由于小油枪由于雾化孔非常小，容易堵塞喷头，而且高温燃烧油枪喷嘴存在结焦的风险。
3、技术方案的经济效益
3.1 试运行阶段
根据最新颁布的试运导则，首台1000 MW超临界机组在锅炉本体各项试验、酸洗加上汽轮发电机组空负荷试运、吹管期间燃油消耗的标准定量为1839.5 t，锅炉整套启动试运期间的燃油耗量为5042 t，总计6881.5 t。若在试运期间就投入等离子无油点火系统，可实现零油耗。若试运期间投入微油点火系统，则燃油消耗可按规定的相应数量乘以0.2的系数计算，则燃油消耗为1376.3 t，这两种节油点火方式经济效益均十分显著。
1）一台1000 MW等级机组微油点火系统进行试运所需费用计算：
（a）燃油耗费
燃油消耗：1376.3 t（燃油价格：0.622万元/吨）
燃油耗费：1376.3×0.622=856.06（万元）
（b）原煤耗费
取燃油的低位发热量为41.87 MJ/kg，标煤价格取812元/吨，原煤低位发热量为20.53 MJ/kg，折算原煤价格取569.52元/吨。
节约燃油数量：6881.5-1376.3=5505.2（t）
按发热量相等的原则所需的原煤消耗：
5505.2×41.87/20.53=11227.07（t）
原煤耗费：11227.07×569.52/10000=639.4（万元）
（c）耗电费用
制粉系统电耗：9.84 kWh/t
电价：0.3949元/kWh
耗电费用：11227.07×9.84×0.3949/10000=4.36（万元）
（d）设备费用
微油点火装置（保留常规大油枪）初始投资约180万元
（e）其它造价
另外，微油点火系统的工程造价还应包括新建油罐、油泵、材料消耗、厂区油管道、土建厂区管架、泵房等的造价，共取637万。
经以上计算可知，试运期间一台1000 MW等级机组投用微油点火小油枪点火系统费用为：
856.06+639.4+4.36+180+637=2316.82（万元）
2）一台1000 MW等级机组等离子体点火系统进行试运所需费用计算：
（a）原煤耗费
燃油的低位发热量为41.87 MJ/kg，设计煤种低位发热量为20.53 MJ/kg，原煤价格为569.52元/吨，节约燃油数量为6881.5 t
按发热量相等的原则所需的原煤消耗为：
6881.5×41.87/20.53=14033.84（t）
原煤耗费：14033.84×569.52/10000=799.25（万元）
（b）耗电费用
制粉电耗：9.84 kWh/t
等离子体燃烧器耗电：20 kWh/t
电价：0.3949元/kWh
耗电费用：14033.84×（9.84+20）×0.3949/10000=16.54（万元）
（c）设备耗费
每套等离子体点火系统投资510万元，等离子体发生器阴极寿命按100 h，阳极寿命按500 h计。初投资每套等离子阴极费用按照1500元，阳离子按照3000元计算，折合到试运行期间寿命损耗投资为5×0.15+0.3=1.05万元。
经以上计算可知，在试运期间单台炉投用等离子体点火系统的费用为:
510×2+799.25+16.54+1.05=1836.84（万元）
综上所述，试运行阶段等离子点火系统相比于微油点火系统可以节约电厂投资：
2316.82-1836.84=479.98（万元）
3.2 锅炉全寿命期燃油系统投资费用净现值比较
由于等离子点火系统和微油点火系统相比初期投资费用高而正常运行阶段运行费用低，为对两种节油点火技术进行综合经济比较，假定：锅炉寿命30年，每年锅炉点火48 h。
年利率为4.9%，年金现值系数：
1/0.049-1/（0.049×（1+0.049）^30）=15.55
1）微油点火系统
净现值费用（燃油价格：0.622万元/吨）
F=180+637+856.06+4.89×48×15.55=5323.1万元
2）等离子点火系统
净现值费用（每年更换阴极费用为3072元。）
F=510×2+（4.55×48+0.3072）×15.55=4422.41万元
综合以上计算，其中采用两套等离子点火系统比微油点火系统可节约净现值费用约901万元。而且等离子点火系统在试运期内可实现无油点火，还可以提高运行稳定性，因此采用两套等离子点火系统，一运一备较为合理。
4、等离子点火方案的风险与对策
4.1 受热面安全运行和使用寿命
投等离子点火装置的锅炉温升较快且较难控制，如锅炉温度控制不当，易导致再热器管道处于严重干烧状态和受热面超温等影响受热面安全运行的情况[2]。
结合目前的运行经验，主要采取以下措施：
1）锅炉采用螺旋水冷壁。在锅炉启动及正常运行时，水冷壁超温和相邻水冷壁壁温偏差可以得到有效控制。
2）降低点火时的初始热功率。等离子点火系统需与磨煤机密切配合，优化等离子燃烧器结构，保证煤粉在较小的初始热功率下迅速被点燃和稳定燃烧。有效控制启动时炉内温升速率，减少对受热面的热冲击，延长锅炉受热面的寿命，并有效缓解氧化皮脱落。
4.2 等离子点火装置可靠性分析
等离子体点火系统中等离子发生器的主要部件—阴极和阳极属于易耗品，一般情况下，阴极设计寿命为20～150 h，阳极设计寿命为500 h。目前定型产品的电极安装更换也较方便，单台阴极头或阳极更换时间一般不超过10 min。
为保证等离子体燃烧器稳定安全运行，防止发生变形、烧损及结焦，应密切关注燃烧器前后壁温度及其温升速率。
5、结论
综上所述，得出以下结论：
1）采用两套等离子点火装置并取消燃油系统，试运期间一台1000 MW等级机组投用等离子点火系统相比于微油点火系统可以为电厂节约投资约480万元。锅炉正常运行时采用两套等离子点火系统比微油点火系统运行费用更低，可节约净现值费用约901万元。
2）使用等离子点火技术也存在一些问题，但是都有相应的对策。利用等离子无油点火及稳燃技术建设无油电站已趋成熟，等离子无油点火及稳燃技术不但可完全用煤粉代替燃油，降低运行成本，还可以取消燃油系统配套工程的建设，带来显著的经济效益。
参考文献
[1] 方涛, 徐淑姣. 1000MW火电机组节油点火效益分析[J]. 节能技术, 2016, 34(04): 345-348.
[2] 吴阿峰, 谭灿燊, 范永春, 张翔宇, 石韬, 徐金苗. 1000 MW二次再热机组建设无油电厂的技术经济性分析[J]. 南方能源建设, 2018, 5(01): 122-126.