300mw火電機組燃油消耗分析

300mw火電機組燃油消耗分析

由于世界能源的緊張，節(jié)約能源、提高供電效率和節(jié)約燃料已成為能源產(chǎn)業(yè)的重點。按照國家的電力發(fā)展目標,我國“十一五”新建機組約為1.5億kW,其中75%為火電機組,相當于每年有75臺300MW或38臺600MW機組投產(chǎn)。僅試運行階段的啟動,每年就需消耗約11.3萬t燃油。5年共消耗燃油56.5萬t,共計22億元。若考慮啟動點火和低負荷穩(wěn)燃,僅2004年全國大約消耗90萬t燃油,共計36億元。所以節(jié)油改造工作是非常有意義的。針對國際油價大幅攀升的狀況,分析目前火電廠燃油系統(tǒng),研究和推廣業(yè)已成熟的節(jié)油型點火裝置,在目前電力行業(yè)標準和實際狀況的基礎上,節(jié)約50%燃油量的目標是能夠實現(xiàn)的。1機組燃油消耗率根據(jù)全國每年參加競賽的不同容量機組的單位耗油量分析,電廠的油耗指標差距是很大的,引起的原因當然是多方面的,包括機組容量、燃料揮發(fā)份、鍋爐最低穩(wěn)燃負荷、燃油系統(tǒng)設備情況以及運行管理等。由于這些因素,使不同電廠的燃油狀況相差很大。表1為根據(jù)全國競賽機組2004年數(shù)據(jù)匯總表計算得出的火電廠耗油狀況。參加表1統(tǒng)計的不同容量機組共計548臺,統(tǒng)計容量為1.379億kW,相當于當年全國火電機組總容量的47.6%。根據(jù)統(tǒng)計分析可見,100MW機組的燃油消耗率為3.73t/(MW.a),200MW機組為3.47t/(MW·a),300MW機組為2.66t/(MW·a),600MW機組為1.66t/(MW·a)。說明機組容量越大,其燃油消耗率越小。另一組數(shù)據(jù)顯示,100MW和200MW機組的點火耗油占全部耗油約35%～37%,300MW機組約占47%,600MW機組約為60%,這說明當機組容量增大時,由于調度因素或者鍋爐的低負荷穩(wěn)燃能力提高,使助燃用油量降低了。最重要的,機組燃油率的大小與機組一年中的啟動次數(shù)和自身的鍋爐最低負荷穩(wěn)燃率有關。如果機組承擔了更多的起停任務和負荷的變動,則其燃油耗率會增大。表2列出了某發(fā)電集團公司2002和2003年的綜合耗油統(tǒng)計量。從表2的數(shù)據(jù)分析可知,參加統(tǒng)計的總臺數(shù)為132臺,統(tǒng)計容量為2207萬kW。其中100MW機組和300MW機組含燃油機組,故耗油量較高,2003年的油耗量比2002年增加了88%,主要是因為2003年的300MW燃油機組運行小時數(shù)較高。機組耗油率普遍高,說明該發(fā)電集團的電廠都處于調峰負荷地區(qū)。200MW機組和600MW機組耗油率相當。200MW機組約4.17t/(MW·a);600MW機組約3.95t/(MW·a)。2002年的燃油量約25.31萬t,2003年為47.59萬t,價值分別相當于8.86億元和16.66億元。2火電站的燃油系統(tǒng)2.1油槍霧化方式鍋爐點火及助燃油有輕柴油、重柴油、渣油等,由于重油的黏度高,冬季或低溫下運輸時需要伴熱,因而現(xiàn)在基本采用輕油點火及助燃。冬季或北方寒冷地區(qū)燃用-10號柴油,其它季節(jié)或溫暖地區(qū)燃用0號輕柴油。除了在極少數(shù)小型鍋爐上采用直接點火外,大、中型鍋爐均采用二級點火方式,即高能點火器直接點燃經(jīng)過霧化的輕柴油,穩(wěn)燃后再投入煤粉。油槍霧化方式多種多樣,選擇因素主要為電廠原有的運行習慣、當?shù)販囟葪l件和設備情況等。霧化的方式有:(1)蒸汽霧化:蒸汽來源方便,壓力易于控制,燃油霧化結果好,火焰生成好,燃油能夠完全燃盡。但是當冬季啟動,溫度低于0℃以下時,蒸汽管路中末端的蒸汽凝結為水后容易結冰,使蒸汽管路堵塞而影響啟動。(2)壓縮空氣霧化:壓縮空氣來源容易,蒸汽壓力也易于控制,但是當壓縮空氣使用頻繁時,其壓力易于產(chǎn)生波動,因而影響燃油霧化效果,使火焰燃燒不穩(wěn)定,燃油不能夠充分燃盡。(3)機械霧化:依靠燃油槍的霧化噴頭,靠燃油壓力使噴出的燃油自然霧化,以保證燃燒完全。由于機械霧化不需要介質,因而系統(tǒng)簡單,壓力易于控制,燃油霧化效果好,能夠完全燃盡,所以應用較為廣泛。但是機械霧化需要的燃油壓力較高,因而電耗較大,同時對油槍的霧化噴頭要求高。2.2提高油槍總出力一般每臺鍋爐使用一套油點火及助燃油系統(tǒng),系統(tǒng)設計為一個閉式循環(huán)回路。每根油槍的額定出力為500～2500kg/h不等,根據(jù)需要配置。燃用煙煤時,油槍總出力可帶鍋爐最大連續(xù)出力15%負荷,如果為貧煤或無煙煤,則油槍總出力可擴大到30%負荷。單根油槍的出力不宜過大。根據(jù)調查結果分析,由于許多電廠為了加快啟動過程,往往突破標準,采用大油槍,結果導致用油增加。有些電廠怕點火用油不夠,或者鍋爐煤質變化大,提高燃油的總出力?，F(xiàn)場啟動階段,由于時間緊,投油過快,結果由于用油量的變化而造成壓力波,又引起燃油燃燒不好,除導致燃油量增加外,還會引起鍋爐尾部集油,造成二次燃燒,引起鍋爐事故。2.3啟動鍋爐及點火系統(tǒng)流供油泵可采用離心式供油泵、齒輪式或螺桿式供油泵。油泵可按3臺設置。油泵所配的電動機均采用防爆型。一般新建電廠均采用燃油爐作為啟動鍋爐,并兼作冬季施工用汽汽源。這樣,啟動鍋爐也是電廠的耗油設備。CFB循環(huán)流化床鍋爐的油點火系統(tǒng)流一般采用二級點火,即高能點火器點燃輕柴油,輕柴油點燃煤粒。鍋爐在風室底部一次風道上并聯(lián)布置風道點火器,點火器最大出力約15%,供鍋爐啟動點火和低負荷穩(wěn)燃用,燃油一般采用機械霧化。3節(jié)約燃油的主要方式改進現(xiàn)有的燃油系統(tǒng),提高油槍的燃燒效率,尋找燃油的替代物,是節(jié)約燃油的主要方式。從技術上分析,改進現(xiàn)有的燃油系統(tǒng),可在目前情況下節(jié)約燃油約1%～3%;提高油槍的燃燒效率和完全燃燒率可節(jié)約燃油約3%～8%;尋找燃油的替代物可節(jié)約燃油至少約40%。3.1霧化方式的影響油壓波動是燃油燃燒不好的根本原因,特別是機組臺數(shù)多和機組容量大的時候,在燃油使用量較大時,會使燃油管道中的油壓波動較大,無論是機械霧化或空氣霧化方式,都會使燃油霧化效果變差,使燃油不能充分燃燒。因此,需要從燃油油泵的選擇、管道直徑和阻力的選擇計算、控制方式的選擇和計算、系統(tǒng)回路的確定等多方面進行優(yōu)化,以保證穩(wěn)定的運行油壓。3.2醇類醇提物噴霧頭+醇類醇(1)正確選擇油槍的容量,不宜為增加燃燒強度而選擇大容量的油槍。(2)選擇好的油槍噴霧頭,增加燃油霧化能力,保證燃油與空氣接觸良好,提高燃燒效率。(3)燃油壓力與噴頭設計壓力很好地匹配,如果油壓偏離噴頭設計壓力,則油槍霧化效果將大大降低。(4)注意啟動過程中風量的調節(jié),如果風量大于燃油所需的空氣量,則會多帶走熱量,從而增加燃油的用量。3.3煤粉點火燃燒技術通常油點火裝置是直接將燃油噴到爐膛中直接燃燒產(chǎn)生熱量,待爐膛中溫度滿足煤粉燃燒條件后再投煤粉,因而用油量較多。因此有人考慮采用強化燃燒的油燃燒器點火,油燃燒器發(fā)出高溫火焰,將通過煤粉燃燒器的一次風溫升至不同煤種的著火溫度,直接由高溫空氣點燃煤粉,實現(xiàn)不同揮發(fā)份煤種的點火燃燒,從而大幅度降低點火和助燃過程中的油耗。這種燃燒發(fā)出的火焰溫度可高達1800℃,所組成的“低油煤粉點火系統(tǒng)”使煤粉能夠在啟動和低負荷條件下被點燃,低壓油燃燒器燃油量約80～300kg/h,而同等功能條件下的油槍出力約為1000kg/h,從而達到節(jié)油的目的。煤粉點火燃燒器的技術特點是,油燃燒器所產(chǎn)生的高溫空氣在噴出燃燒器的瞬間已經(jīng)和煤粉混合,煤粉燃燒器內形成火焰包容煤粉、氣膜風包容火焰,所設置的氣膜風消除了煤粉燃燒器內壁附面層氣流零速度效應并避免了結渣,火焰對沖式布置為煤粉的湍流燃燒提供了有利條件,由于提高了燃燒區(qū)溫度,從而提高了燃料的反應能力,強化了熱質的反應過程,使煤粉在燃燒區(qū)猛烈燃燒。為點燃無煙煤、貧煤及劣質煤創(chuàng)造了良好的條件。目前“低油煤粉點火系統(tǒng)”技術已經(jīng)成熟,已在不少電廠中得到應用。3.4煤粉點火技術等離子是理想的點火技術,可直接用來點燃粉煤,達到節(jié)油的目的。等離子體是由電弧放電產(chǎn)生的,形成高溫熾熱的氣流,使貼近的粉煤瞬間著火。由于溫度高,火焰?zhèn)鞑タ?燃燒反應強烈,很快使火焰充滿整個爐膛。由于等離子焰流的能量密度大于常規(guī)火焰10倍以上,所以它能點燃各種熱值的煤粉。等離子點火系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成:等離子體發(fā)生裝置、電源、冷卻水系統(tǒng)、空氣輸送系統(tǒng)等。等離子體發(fā)生裝置是由陽極、陰極、陰極移動系統(tǒng)、等離子體磁性控制系統(tǒng)進氣室、旋氣環(huán)、絕緣體等組成。在鍋爐點火時,這種高溫氣流點燃煤粉,產(chǎn)生強力火焰,噴入爐膛,點燃爐膛的煤粉。等離子無油點火技術的開發(fā)和研究在國外已有十多年的歷史,應用于煤粉鍋爐直接點火。20世紀90年代初我國開始引進,目前許多電廠已成功應用。某電廠2005年投產(chǎn)2臺300MW機組,第1臺鍋爐試運行過程中未使用等離子點火裝置,耗油約1600t;第2臺鍋爐采用等離子點火裝置后,原計劃耗油1500t,實際耗油300t,節(jié)約了近80%的燃油。4機組運行方案表3分析了采用等離子點火后,不同容量的燃煤鍋爐節(jié)油和節(jié)約費用的情況。用油量數(shù)據(jù)取自2004年全國火電機組競賽主要指標匯總表,年總用油量中不包括機組試運行用油。每臺機組按照四角切圓燃燒方案,安裝4只等離子點火裝置。對于不同容量的機組采用等離子點火技術后,其燃油費用分別節(jié)約至少40%,因此,節(jié)