吴东梅，晏世刚，陈海良

(西南电力设计院，四川 成都 610021)

富氧点火稳燃技术的应用

吴东梅，晏世刚，陈海良

(西南电力设计院，四川 成都 610021)

本文全面介绍富氧点火稳燃技术的研发与应用现状，以及该技术相对于主流点火稳燃技术(等离子和微油点火)的优势，并提出合理的工程应用建议。

富氧点火；稳燃；节油；工程应用。

煤机在启停及低负荷稳燃时需消耗大量燃油。近年来，我国火电行业普遍采用等离子、气化小油枪等点火稳燃技术，以节约燃油。这些技术由于其内在机理的原因，面对煤种多样性的特殊国情，在实际应用中存在一定的局限。

近年来，富氧点火稳燃技术在国内个别电厂进行了成功的技改，克服了等离子、气化小油枪等传统节油点火技术煤种适应性狭窄、运行不稳、燃尽率偏低的技术难点，可适用于烟煤、贫煤、无烟煤，运行稳定，节油幅度大。我院正在进行施工设计的某工程亦将首次在大型新建W火焰炉上采用富氧点火稳燃技术。本文拟全面介绍富氧点火稳燃技术的发展现状及其相对于主流点火稳燃技术的优势，并提出合理的工程应用建议。

1 富氧点火稳燃技术的特点和现状

1.1 技术机理

富氧点火稳燃技术通常需要少量燃油或燃气(最典型的是燃油)的支持，因此富氧点火稳燃技术一般指富氧微油点火稳燃技术。

富氧微油点火稳燃技术顾名思义即富氧燃烧技术与微油点火技术的结合。这是一种新型的点火稳燃技术，它既有微油点火技术节油、效率高的特点，又包含富氧燃烧强化传热的优点。这种点火技术的实现大都以微油点火稳燃技术为基础，对其进行加氧改造，让微油点火燃烧器内特定的区域氧气浓度提升，形成富氧燃烧氛围，使得燃烧器内的燃料更加容易点燃和燃尽。对于采用难燃煤种的电厂，是个很好的选择。

1.2 技术特点

(1)煤种适应性广

富氧点火稳燃技术在强化引火能源燃烧的同时又强化了被引燃物的燃烧。在燃烧器内喷入氧气后，充分利用富氧特性，在强化煤粉的挥发份燃烧同时还强化其固定碳燃烧。与此同时，由于燃烧器油、氧量可调，所以该技术对烟煤、贫煤、无烟煤、煤矸石等均有强化燃烧的作用，具有很强的煤种适应能力。

(2)确保环保装置安全运行

根据富氧点火稳燃技术原理，其点火具有耗油量低、油燃尽率高(≥98%)的特点，在保证点燃一次风粉的同时，确保油煤不混烧。避免了由于油煤混烧，油燃烧不尽所造成的除尘、脱硫、脱硝等环保装置被污染、催化剂中毒等现象，保证上述环保装置点火即可投运，提高环保装置的安全，确保烟气排放达标。

(3)节油效果更显著

就点燃劣质煤而言，富氧点火稳燃技术是其它节油技术的替代技术，与传统大油枪点火比较，节油率达95%以上，节油效果显著。

(4)广泛的炉型及燃烧器适应性

富氧点火稳燃技术可应用于切圆、对冲燃烧和W火焰炉；可用于直流、旋流等各种燃烧器，充分应用燃烧器的回流功能，强化氧气在回流区对煤粉的燃烧作用。

(5)有效防止锅炉二次爆燃

在锅炉冷态点火期间，使用富氧点火稳燃技术，煤粉燃尽率高，能可靠地防止锅炉尾部发生二次爆燃，从而提高锅炉的安全性。

1.3 研发和应用

重庆富燃科技创造性地将纯氧点火引入燃煤发电领域，在国内外率先研制成功“燃煤锅炉富氧双强燃烧技术”，并于2010年对重庆九龙电厂1#锅炉底层燃烧器实施了该技术的工业化应用。由于富氧燃烧的优越性，该公司在首次商业化成功后，继续与更多电站合作，在不同等级和型式锅炉上推广富氧点火稳燃技术。同时，国内各燃煤锅炉点火系统供应商陆续跟进，结合各自的技术储备攻坚煤种适应性广泛的富氧点火技术；主要有北京艾佩克斯的纯氧点火、烟台龙源的等离子体纯氧点火和西安热工的加氧微油点火等技术。

此外，国内其他科研单位和大专院校也在不断加大对富氧点火稳燃系统的研发力度，各种科研成果和专利技术正不断涌现。

各点火系统供应商富氧点火稳燃技术的工程业绩见表1。

表1 各富氧点火稳燃系统供应商的业绩

2 富氧点火稳燃工艺的技术经济优势

富氧点火稳燃技术，由于富氧的介入和对燃烧的加强，既可进一步降低优质煤的点火和稳燃油耗，又可拓展煤质的适用范围，理论上可以实现煤种的全覆盖，对于传统点火稳燃技术难以点燃的贫煤、无烟煤等具有不可替代的优势。本节首先列举富氧点火稳燃改造项目的实际节油效果(见表2)，然后针对600 MW等级机组，按照烟煤和无烟煤的典型设计条件对不同点火稳燃技术进行技术经济比较。

表2 部分富氧点火稳燃工程实际节油效果

2.1 某烟煤项目点火稳燃系统经济性分析

2.1.1 项目假想条件及配置方案

假定项目为2×660 MW超临界机组，烟煤Vdaf为28.7%，低位发热量为18.5 MJ/kg；锅炉为前后墙对冲燃烧，前后墙各三层燃烧器，每层六支；配置五运一备六台中速磨。等离子、微油和富氧点火稳燃技术均适用；富氧点火稳燃技术按节油效果较好、运行较稳定、初投资较合理的富氧双强燃烧技术考虑。

等离子、微油和富氧点火稳燃技术均只需将锅炉后墙最底层(一台磨)6只煤粉燃烧器进行相应的改造。

2.1.2 项目点火稳燃系统经济性比较

(1)经济性比较基准

基建期间标准油耗按中电联技经[2007]7号文《关于调整和修改火力发电厂工程基建阶段燃油和蒸汽用量标准及其计算公式的通知》。

燃油按0.6万元/t，标煤按564元/t，液氧按0.06万/m3，成本电价按0.245元/kWh；油氧消耗比例参考已投运电厂取1∶5.5；20年折现系数取11.56。

等离子点火系统初投资为820万元(按限额)；微油点火系统初投资为400万元(见限额)；富氧双强点火系统初投资为840万元(按厂商)；设置节油装置电厂的常规点火及助燃油系统设备费用可节省约50万元。

另机组正常运行后，两台机采用等离子或微油点火技术每年还可为电厂节省燃油费用约560万元；而采用富氧点火稳燃技术每年可节省约650万元(考虑部分无油纯氧稳燃工况)，但增加液氧费用约25万元。所节省的年燃油费用基于表3(2000年上下以大油枪点火为主)和相应点火技术在实际应用中的统计节油率。

表3 2000年燃煤机组用油情况调查

(2)经济性比较结果

各种点火稳燃技术的经济比较数据见表4。

表4 各种点火稳燃系统的经济比较 (两台机，单位：万元)

续表4

由表4可知，对于烟煤，三种节油点火系统的全寿命期综合收益相差不大，其中富氧点火稳燃以微弱优势领先，其优势此时更多地体现在环保和炉后安全性等间接经济效益上。

2.2 某无烟煤项目点火稳燃系统经济性分析

2.2.1 项目假想条件及配置方案

假定项目为2×660 MW超临界机组，无烟煤Vdaf为9.45%，低位发热量为20.9 MJ/kg；锅炉为W火焰炉，前后拱上各12支燃烧器；配置6台双进双出钢球磨。此时，常规等离子点火不再适用；只需比较微油和富氧点火两种方案——事实上微油点火也不太适用，据调研其实际应用中稳定性较差。而富氧点火稳燃技术仍按富氧双强燃烧技术考虑。

微油和富氧点火稳燃技术均需将两台磨对应的8只煤粉燃烧器进行相应的改造。

2.2.2 项目点火稳燃系统经济性比较

(1)经济性比较的基准

微油点火系统初投资为600万元(按限额)；富氧点火系统初投资为1000万元(按厂商)；设置节油装置电厂的常规点火及助燃油系统设备费用可节省约50万元。

据调研，无烟煤工程采用微油点火系统后，基建期间耗油系数达不到0.2，而应取0.5。采用富氧少油点火时，鉴于已投运无烟煤机组的实际效果，基建期间各种油耗系数建议取0.15；油氧消耗比例参考已投运电厂取1∶2.5。

另机组正常运行后，两台机采用微油点火每年还可为电厂节省燃油费用约350万元；两台机采用富氧少油点火每年可节省约600万元，但会增加液氧费用约33万元。

其他各种假定条件同第2.1.2节。

(2)经济性比较的结果

各种点火稳燃技术的经济比较数据见表5。

表5 各种点火稳燃系统的经济比较(两台机，单位：万元)

由上表可知，对于无烟煤，富氧少油点火相对于微油点火技术，其经济优势明显。且调研结果表明，在无烟煤机组上富氧点火的稳定性很好，而微油点火在实际无烟煤电站的应用中，不少系统最后被弃用。

2.3 富氧点火稳燃技术的间接经济效益

按常规纯燃油点火的试运方法，机组在试运时要长期低负荷运行，期间锅炉纯烧油或油煤混烧，为避免未燃尽油滴粘污电极或催化剂，除尘器和脱硝装置无法正常投入，大量烟尘和NOx直接排放到大气中，给环境带来严重的污染，同时烟气中的粉尘会对锅炉引风机叶片造成磨损，油污还会污染湿法脱硫的石膏浆液，这些均给电厂带来间接的经济损失。在机组试运期间投入等离子、微油或富氧点火系统，除尘器和脱硝、脱硫装置可以在锅炉启动及低负荷期间正常投入，大大减少污染物的排放，避免了环境污染和对后处理工艺介质的破坏，给电厂带来显著的社会和经济效益。

然而，实践证明就油和煤的燃尽率而言，微油技术要优于等离子技术，富氧技术更优于微油技术，而且这种差距随着煤质挥发分的降低，会越拉越大；最终常规等离子点火技术不再适应，而微油点火方案能勉强维持，只有富氧点火稳燃技术一枝独秀。从化学燃烧的机理上并不难理解，这是富氧点火稳燃技术的天然优势。

3 富氧点火稳燃技术的工程应用建议

如表6所示，鉴于等离子和微油点火的煤种局限性，以及微油点火在国内多个无烟煤电站的不良表现，机组在燃烧无烟煤时应该优先选用富氧少油点火技术。前文通过对某无烟煤电站的技术经济比较，无烟煤电站设置富氧少油点火系统在全寿命周期综合效益上看，就比微油点火高出很多，更不提微油点火在劣质煤实际应中会发生油路堵塞和抢风等的不适应性。

而在某烟煤电站的对比中，等离子、微油和富氧点火三者的全寿命周期综合效益几乎没有差异。然而，在环保和安全问题日益受到重视的今天，富氧点火稳燃在油和煤的燃尽性方面一枝独秀，可以有效防止下游烟气处理设备出现二次燃爆或性能受损。因此，在设计烟煤电站时，可结合业主的倾向性推荐合适的点火稳燃技术，但富氧少油点火应处于同等重要的位置；待该技术业绩更多、应用更加成熟时，也应优先推荐。

至于贫煤电站，对于挥发分比较接近无烟煤的项目，可参照无烟煤的意见执行，反之则参照烟煤机组的意见执行。

表6 富氧点火与主流点火系统优缺点对比

4 结论及建议

富氧点火稳燃技术是近年快速发展起来的优秀技术，其煤种适应性更广，环保性能卓越，可为燃煤电厂带来良好的直接和间接经济效益。

由于等离子点火在无烟煤上的不适应性和微油点火在多个无烟煤电站的不良表现，富氧点火稳燃技术理应成为无烟煤电站优先考虑的节油点火方式；烟煤电站在采用等离子、微油和富氧少油点火技术之间，其全寿命期的综合收益十分接近，然而富氧点火稳燃在环保和安全方面的间接经济效益十分明显，随着该技术的日益成熟，亦可结合业主的倾向性优先推荐；至于贫煤电站，对于挥发分接近无烟煤的项目，可参照无烟煤机组的推荐意见执行，反之则应参照烟煤机组的意见执行。

[1] 姚文达，李硕，郭秀峰．电站锅炉微油点火技术现状与发展[J]．华电技术，2008，30(1)．

[2] 段君寨，等．富氧点火技术在670 MW机组劣质燃煤锅炉上的应用[J]．热力发电，2013，42(12)．

[3] 曹胜利，马传岗．浅谈某电厂300 MW燃煤锅炉富氧燃烧技术的应用[J]．山东工业技术，2014，(15)．

Application of Oxygen Enrichment Ignition and Steady Burning Technology

WU Dong-mei, YAN Shi-gang, CHEN Hai-liang
(Southwest Electric Power Design Institute, Chengdu 610021, China)

The R&D status and application circumstances of oxy-ignition and flame-support technology for coal-fired power plant is investigated and introduced in full, of which the advantages over traditional ignition and flame-support technologies (plasma ignition and oil-minimum ignition) are analyzed, setting forth its rational engineering application suggestions.

oxy-ignition; flame-support; oil-saving; engineering application.

TM621

B

1671-9913(2017)03-0030-05

2016-11-29

吴东梅(1972- )，女，重庆铜梁人，高级工程师，主要从事电站热力设计工作。