大型電站鍋爐等離子點火技術的應用

安正軍 楊穎 李俊琦

摘要：華能集團上都發電公司在一期2X600MW機組中引入

DLZ-200型等離子點火裝置，通過運行實踐彌補了國內火電廠大機組鍋爐無油點火技術在應用領域的空白。幾年來，此技術在節能降耗方面取得明顯效果并運行穩定。

關鍵詞：等離子 燃油 點火

大型工業煤粉鍋爐的點火和穩燃，都通過燃燒燃料（天然氣或柴油）來實現。近幾年，能源匱乏已成為全球性的問題，原油價格居高不下，致使靠燃燒燃料發電的火電廠運營成本只增不減。電廠為了控制成本消耗量，將鍋爐點火及穩燃用油納入生產考核指標。以往業界普遍采用提高煤粉磨細度來提高風粉混合物及二次風的溫度，并通過預燃室燃燒器、小油槍點火來控制重油（天燃氣）耗量。這些傳統的方法有賴于燃油點火，雖有助于節省油耗，但并未真正脫離燃油時代。如果要求徹底擺脫燃油，就需要在傳統點火方法的基礎上研究新工藝。因此，應用直流空氣等離子體為點火源的DLZ-200型等離子煤粉點火燃燒器作為現代火力電廠點火及穩燃的首選設備逐漸進入公眾視野。它不用一滴燃油就能將揮發份較低（10%）的貧煤輕松點燃，實現了鍋爐冷態啟動。

1 點火機理

DLZ-200型等離子點火裝置采用直流（280～350A）在介質汽壓0.01～0.03MPa的條件下接觸引弧，并在強磁場下獲得功率穩定的直流空氣等離子體。在燃燒器的一次燃燒筒中，該等離子體形成T>5000K的局部“火核”高溫區，使得煤粉在高溫環境中釋放出揮發份快速燃燒。該反應是在氣相中進行，因而能夠改變混合物組分的粒級，從而促進煤粉快速而充分地燃燒，有助于減少引燃能量E。經試驗驗證（E等離子=1/6E油）。

等離子體內所含的能夠促進熱化學能量轉換的法學活性粒子，如原子（C、H、O）、原子團（OH、H2、O2）、離子（O2-、H2-、OH-、O-、H+）和電子等，能夠使燃料充分燃燒，而且在這種條件下等離子使煤粉釋放的揮發份比以往提高了20%～80%，由此可見，等離子體能夠再造揮發份以促進煤粉充分燃燒。這在揮發份低的煤粉燃燒中非常實用。在鍋爐實際運行過程中，有的鍋爐燃燒的煤質較為復雜，利用它可以大大提高燃燒效率。

2 等離子發生器工作原理

發生器（如圖1所示）系由陰陽極和線圈構成的磁穩空氣載體等離子發生器。陽極為導電、導熱性能良好且具有抗氧化性的金屬材料，陰極為導電性能良好的金屬材料或非金屬材料。陰陽兩極采用能夠承受電弧高溫沖擊的水冷方式。在250℃的運行環境中，線圈能夠抵抗2000V直流電壓擊穿。系統應用全波整流且具備恒流性的電流。拉弧原理：先對輸出電流進行設定。陰極3前移至陽極2的位置后系統電流恒定，且具備了抗短路性能。當它離開陽極時，線圈磁力作用于電弧將噴管外部拉出。一定壓力的空氣被電弧電離成能量密度為105～106W/cm2的能夠將不同煤種點燃的高溫等離子體。

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圖1 等離子發生器工作原理

3 等離子系統組成

等離子系統的構成如下：

3.1 燃燒系統

通過等離子發生器的電弧對煤粉的煤粉燃燒器點火的等離子燃燒器（如圖2），相較于煤粉燃燒器來講，它是在煤粉進入燃燒器的初始階段就通過等離子弧點燃煤粉，并在燃燒器內促進其燃燒，具有內燃型燃燒器的燃燒特性。在爐膛內無明火的條件下它可以輕松點火，真正的不用一滴油啟動鍋爐，且實現了無油低負荷穩燃。

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圖2 等離子燃燒器示意圖

3.2 電氣系統

等離子發生器電源系統是通過三相全控橋式晶閘管整流電路，將三相交流電源轉換成穩定的直流電源以維持等離子電弧穩定的裝置。它包括電源柜、隔離變壓器兩個主要元件。電源柜內配有由六組大功率晶閘管組成的三相全控整流橋、大功率直流調速器6RA70、直流電抗器、交流接觸器和控制PLC等。

3.3 冷卻水系統

冷卻水系統是由冷卻水泵、壓力表、冷卻水箱、管路、換熱器及閥門構成的閉式循環系統，其中3臺冷卻水泵互為備用。其運行原理是基于水冷的方式冷卻形成電弧的等離子發生器的陰極和陽極。

3.4 氣膜風系統

等離子燃燒器系內燃式燃燒器。它在運行過程中，燃燒器內壁承載較高的負荷，為了在不損壞燃燒器的前提下提高燃燒度，必須配裝等離子燃燒器氣膜風。氣膜風可以從送風機出口處引取，也能夠從原二次風箱取。

3.5 控制系統

等離子控制系統的兩大組成元件為觸摸屏和控制柜。控制柜柜內PLC采用SIEMENS S7-300系列的可編程控制器完成。該CPU模塊中的Profibus接口能夠連接多個點火控制器，利用網絡集中操控點火裝置。該系統的操作界面為Digtal公司生產的GP觸摸面板，信息顯示完整、間接。

3.6 監視系統

在實際工作中，我們可以通過由工業電視、圖像火檢探頭和四畫面分割器組成的監控系統來監測爐膛等離子燃燒情況。

4 小結

DLZ-200型等離子點火系統從多年前安裝調試到現在無重大事故產生，其安全性和穩定性已在多年的運行實踐中得到驗證，說明這套設備在火電廠具有較好的應用性。具體來講，DLZ-200型等離子點火系統的優點主要體現在以下幾個方面：

①簡單：火電廠實現了單一燃料運行，輔助系統和運行方式都進一步簡化。

②安全：取消了爐前燃油系統，燃油可能引發的油泄漏火災事故也因此避免，安全性有保障。

③經濟：應用等離子點火技術，運維成本比燃油點火降低了15%～20%。節省的費用可用于電廠升級改造，經濟性自不必再說明。

④高效：等離子體內含有大量加速熱化學轉換的化學活性的粒子，有助于燃料充分燃燒。

⑤環保：不用一滴油的點火方式只需在點火初期投入電除塵裝置，煙塵量大大減少。而且，單一的點火方式有助于節省燃油資源，也省去了油運儲成本，有利于優化調整電廠環境。

由于拉弧電流大小不一，使得陰、陽極頭損耗不一致，元件的使用時間長短不一，總體來看，陰極一般50h更換一次。鑒于此，為可在啟機等關鍵工序確保等離子點火系統時時可用，必須及時檢查調換陰、陽極頭。

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作者簡介：

楊穎（1975-），女，本科，工程師，2005年內蒙古工業大學畢業，一直從事發電廠熱控系統檢修維護工作。

安正軍（1969-），男，本科，助理工程師，2004年內蒙古工業大學畢業，一直從事發電廠熱控系統檢修維護工作。

李俊琦（1976-），男，本科，現從事電廠熱工自動化工作。