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)濟安全的重要
措施。
2004年以中電投集團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后，在中電投撫順發(fā)電有限責(zé)任公司l號200MW機組鍋爐進行了煤粉直燃技術(shù)工程應(yīng)用的試驗研究。
    高溫空氣煤粉直燃技術(shù)主要的特點，是利用高溫空氣直接點燃煤粉。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)燃燒器中心點燃少量煤粉，再分級逐漸點燃全部煤粉，實現(xiàn)無油點火的全過程。
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制粉系統(tǒng)，帶有刮板式撈渣機，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機組的25%負(fù)荷(50MW)。為保證鍋爐的升溫曲線，必需在點火初期投入爐內(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)荷運行時，一次風(fēng)的煤粉濃度約為0. 32kg/kg，在鍋爐點火初期，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，并進行2—3分鐘的熱交換，便產(chǎn)生出高達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、分級點火用的套筒及點火用熱空氣的引入管，點火器布置在一次風(fēng)噴口中心偏向火側(cè)，濃縮器使?jié)饷悍燮�向向火�?cè)，在鍋爐正常運行時，可以實現(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火油槍，保證燃燒器正常點火。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，直接點燃該噴口的煤粉，然后用下層噴口的火焰點燃上層噴口的煤粉。
    在鍋爐零米兩臺排粉機之間安裝一臺風(fēng)量為2 500 m3/h．風(fēng)壓為10kPa的送風(fēng)機，可滿足4臺點火用的高溫空氣量，用一風(fēng)箱送到運轉(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
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年利用機組檢修后啟動的機會，進行了兩次鍋爐冷態(tài)啟動前用煤粉直燃裝置無油點火試驗，并在點火期間對鍋爐的升溫曲線和燃燒效率進行測試。兩次試驗的結(jié)果，使鍋爐從冷爐條件開始點火，到汽輪機沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)，機組帶負(fù)荷140MW，全程無油點火啟動。
3.2點火期間試驗的數(shù)據(jù)分析
3.2.1煤質(zhì)分析
    1號鍋爐點火期間采用鄰爐送粉，送粉期間在2號爐給煤機處采集煤樣，委托沈陽煤聯(lián)煤炭質(zhì)量檢測中心進行原煤的工業(yè)分析和發(fā)熱量測量。點火期間的煤質(zhì)分析結(jié)果見表4。
3.2.2煤粉細(xì)度
    在1號爐點火前和點火期間一直從2號爐向1號爐輸送煤粉，點火前對2號爐的煤粉進行了取樣，并用R200和R90的標(biāo)準(zhǔn)篩進行篩分，點火期間煤粉R=36~ 38%，可見點火期間煤粉是較粗的。
3.2.3噴口一次風(fēng)速
    點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
    因為給粉機的下粉量無法測量，只能粗略根據(jù)給粉機的轉(zhuǎn)數(shù)和機組正常運行的給粉機轉(zhuǎn)數(shù)來估計下粉量，點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
    利用在運轉(zhuǎn)層的加熱器電源控制間里安裝的電能表記錄了點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單項電能表，點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火期間的飛灰進行了采樣，在撈渣機處對爐渣進行了采樣，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行分析，根據(jù)灰渣樣的可燃物含量進行的點火期間的煤粉燃盡率計算結(jié)果見表5。
3.2.7升溫曲線
    鍋爐點火期間的升溫曲線見圖2。
    從圖中可看出，點火初期階段由于各燃燒器試點火，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)濟效益分析
    按電廠經(jīng)驗，以往冷爐點火啟動，到機組達到斷油條件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火，到汽輪機沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)，機組帶負(fù)荷140MW，全程無油點火啟動。試驗結(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，電除塵器從鍋爐點火時就可投入運行，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壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，專供生物質(zhì)鍋爐燃燒使用。