等離子與油點火在準大發電廠的成功應用

郝轟宇 牛美榮

[摘 要] 本文介紹了內蒙古國電能源投資有限公司準大發電廠，等離子與油點火的成功應用，對其基本原理，燃燒機理、系統組成、煤種適應性、點火方式等進行了闡述。幾年的運行結果表明：等離子點火裝置具有節省啟動階段燃油的能力，運行和維護費用低廉，結構簡單，操作控制方便等優點，有較大的推廣應用價值。與油點火相結合，在提高經濟效益的同時，也提高了機組的安全性能。

[關鍵詞] 燃燒器等離子油槍點火原理系統組成

1.概述

大型工業煤粉鍋爐的點火和穩燃傳統上都是采用重油或者天然氣等稀有燃料來實現的，近年來，隨著世界性的能源緊張，原油價格不斷上漲，火力發電燃油越來越受到限制。等離子點火是一種新型的鍋爐啟停與穩燃技術，可以實現煤粉鍋爐無油點火和低負荷燃燒。

2.等離子點火的組成及工作原理

2.1等離子的點火原理

利用直流電流在等離子載體空氣中接觸引弧，并在強磁場控制下獲得穩定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在專門設計的燃燒器的中心燃燒筒中形成溫度T＞5000K的，溫度梯度極大的局部高溫區，煤粉顆粒通過該等離子“火核”受到高溫作用，并在10-3秒內迅速釋放出揮發物，使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于反應是在氣相中進行，使混合物組分的粒級和成分發生變化，有助于加速煤粉的燃燒，大大地減少點燃煤粉所需要的引燃能量。這樣就可以用很低的能量點燃部分煤粉。然后，以內燃，逐級放大的方式，將整個燃燒器點燃，實現用等離子弧直接點火的目的。

2.2等離子點火系統組成

等離子體點火燃燒器、等離子體發生器、等離子體電源及控制系統、冷爐制粉系統、風粉在線檢測系統、壓縮空氣系統、循環冷卻水系統以及火焰檢測等系統構成。

等離子燃燒器改造一般布置在下層原主燃燒器位置，將該下層燃燒器一部或全部改造為等離子燃燒器，準大發電廠300MW的鍋爐，設4臺等離子燃燒器。

3.煤種適應性

從實際使用情況看，等離子對煤質穩定性的要求較高，主要是因為不同的煤質穩定點燃所需的點火能量不同，等離子技術的點火輸入功率一般為110kW左右（約10kg油的發熱量），容量增加時電氣設備也要相應增加，較為困難，因此輸入功率的提高受到一定的限制。

等離子點火技術對于Aar≤ 35％的煙煤，可以做到無油點火；對于Aar＝35～45％的煙煤，可以做到節油點火；對于，Var≤ 19％的煙煤等離子點火已經較難適應。對于Mt≤25％，Aar≤30％的褐煤，可以實現無油點火，對于Mt≤28％，Aar≤14％的褐煤,可以實現節油點火。對于Mt=40～42%的褐煤，目前點火困難，需用油槍伴燒。

氣化油槍點火技術實際是借鑒了等離子點火的系統工程技術，只是將等離子發生器換為了氣化油槍，同時又可適當調節和增加功率。因此，對于煤種的適應性好于等離子點火技術。它可以適應于所有煙煤，但是對于Var≤ 19％的煙煤小油槍的出力將提高到150kg/h以上。

4.冷爐點火

冷爐點火方式有多種選擇：先點燃油槍，待爐內溫度升高，熱風溫度可以滿足制粉系統制粉后投入等離子點火，再撤出油槍；利用鄰爐熱風制粉或在磨煤機入口加裝暖風器的方式，滿足點火初期制粉的需要，直接用等離子或氣化油槍點火啟動；

等離子和氣化小油槍標準化設計都配有冷爐制粉系統，主要是在進行改造的燃燒器對應磨煤機的入口安裝暖風器，暖風器的設計既要保證在冷爐階段的制粉出力的要求，又不能對管道阻力造成較大影響。

通過降低點火初期的磨煤機出力和采用管道煤粉濃縮技術保證煤粉穩定的點燃，減小初期機組啟動熱負荷。冷爐點火階段，兩種點火方式均能滿足鍋爐冷態啟動曲線的要求，為避免過熱器氧化皮脫落的問題，剛開始點火時升溫速率較高（在規程要求之內），可能會造成氧化皮的脫落，冷爐點火時先投油槍暖爐后再用等離子或小油槍的點火方式，這一問題的關鍵，是降低初始功率。冷爐點火階段，兩種點火方式均能滿足鍋爐冷態啟動曲線的要求。

5.鍋爐點火初期煤粉量

鍋爐點火初期的煤粉量受兩個因素影響，一是鍋爐的初始燃燒率，二是磨煤機的最小出力。

根據等離子點火的測試結果，初始燃燒率不超過額定負荷的5%，對于我廠用煤滿負荷時總煤量在180噸左右，考慮到冷爐點火初期的燃盡率，如為85％，機組啟動時的燃煤量不能超過8噸。

磨煤機的最小出力是直接反映鍋爐剛啟動時的輸入熱量，最小出力大于鍋爐初始燃燒率時，鍋爐的溫升速率會提高，因此，為減小溫升速率過高，對于必須設法進一步降低磨煤機的出力（低于磨煤機設計最小出力）。但磨煤機的最小出力受磨煤機型式，干燥、研磨、通風、基本出力、磨煤機振動的制約。采取調整磨煤機加載、控制風溫等方法，進一步降低后的磨煤機最低出力差別較大。一般出力過低時磨煤機振動較大，磨煤機安全運行受到威脅。因此，磨煤機出力的降低是有一定限度的。同時磨煤機的出力降低后由于風量不是等比降低的，造成煤粉濃度下降，在煤粉濃度低于0.20kg/kg時對于等離子點火技術較難點燃，油點火技術由于油量較大，輸入熱量是等離子的2倍以上，所以點燃能力較強，但為保證點火的可靠性，兩種技術都采用了管道煤粉濃縮技術。

6.助燃效果與低負荷穩燃性能

在鍋爐正常運行期間，等離子和氣化油點火設備處于備用狀態，等離子或氣化油點火燃燒器作為主燃燒器使用時，穩燃性能有所下降。當鍋爐接近或達到最低不投油穩燃負荷以下時，等離子點火或氣化油點火設備可投入穩定負荷。

7.可靠性分析

等離子點火易損部件主要是陰極和陽極，一般陰極的壽命在100h左右，陽極的壽命在500～1000h之間，根據拉弧時間的長短，制造廠設計了陰陽極壽命監測裝置，可作為更換時的參考，但因陰極的壽命相對較短，等離子裝置使用期間，運行維護人員必須加強監視和維護，以提高可靠性。

等離子點火斷弧，是威脅點火安全的主要問題，主要是需要保證載體風的品質，準大電廠采用壓縮空氣作為等離子載體。氣化油點火技術最常見的故障是小油槍堵塞造成滅火。對于煙煤由于油槍出力低，霧化裝置孔徑較小，油管路稍有雜物即造成堵塞，造成燃燒器滅火，威脅點火的安全。油槍積炭堵塞，也是主要故障之一。因此，氣化油點火技術關鍵在于油管路的施工工藝，準大電廠采用氬弧焊打底，電焊蓋面，油管路用蒸汽吹掃以后以后充油。并定期清理油槍濾網和油槍頭，以保證油的質量、管道干凈，大大提高了可靠性。

8.結論

通過對我廠＃1 機組鍋爐安裝的等離子點火煤粉燃燒器的調整試驗和運行狀況，我們認為：

1）等離子點火具有節省啟動調試階段燃油的作用，若在吹管階段即投運，則節油更可觀。投產后，它還具有節省機組運行、調峰階段助燃用油的能力，經濟效益可觀。

2）運行和維護費用低廉，僅是燃油的15%～0%。

3）DLZ-200 型等離子點火煤粉燃燒器在環保、安全方面社會效益顯著。可降低有害物質氮、硫氧化物等的排放量，避免了用油點火初期因不能投入電除塵器而排放的大量煙塵，可更早投入電除塵器，更避免了使用燃油帶來的諸多不安全隱患。

4）等離子點火煤粉燃燒器結構簡單，操作控制方便。只需提供冷卻水、壓縮空氣、交流電源和煤粉，便可實現鍋爐用較少量燃油或無油啟停和穩燃的目的，可簡化甚至不用燃油系統。而油點火有著操作快捷，容易控制，尤其是在點火初期，其更能顯出燃燒穩定，燃燒迅速的特點，兩者的相互配合不僅提高了機組的經濟型，同時也大大提高了其運行的安全性。

參考文獻：

[1]《等離子點火系統應用維護手冊》

[2]《燃油點火系統說明書》

[3]《準大發電廠檢修規程點火系統控制部分》

作者簡介:

郝轟宇(1976年-)，男，工程師，熱工班長，主要從事發電廠熱工方面的研究。