等離子點火技術在電站煤粉鍋爐中的應用分析

蔡景春

摘? 要：等離子點火技術作為一種新型的燃燒技術，在電站煤粉鍋爐中應用具有重要的意義。等離子點火技術的應用可以有效降低燃油成本，減少對環(huán)境的污染，提高電站的經濟效益。尤其是在我國產業(yè)升級轉型的背景下，節(jié)能降耗成為電站生產重點關注的問題。文章首先對等離子點火技術的原理和特性進行分析，然后闡述了等離子點火技術在應用中的注意事項，對提高電站的經濟效益、社會效益和生態(tài)效益具有重要意義。

關鍵詞：等離子點火;電站;煤粉鍋爐;原理

中圖分類號：TM621.2? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）05-0172-02

Abstract： As a new combustion technology， plasma ignition technology is of great significance in pulverized coal fired boilers in power plants. The application of plasma ignition technology can effectively reduce fuel cost， reduce environmental pollution and improve the economic benefits of the power plant. Especially under the background of industrial upgrading and transformation in China， energy saving and consumption reduction has become the focus of power plant production. This paper first analyzes the principle and characteristics of plasma ignition technology， and then expounds the matters needing attention in the application of plasma ignition technology， which is of great significance to improve the economic， social and ecological benefits of the power plant.

Keywords： plasma ignition; power station; pulverized coal boiler; principle

煤粉鍋爐是電站重要的動力設備，傳統(tǒng)的煤粉鍋爐點火技術是通過燃燒柴油的方式來實現(xiàn)點火，不僅會消耗大量的燃油，而且不利于環(huán)保。在我國大力加強環(huán)保建設的背景下，要求某電廠3、4號鍋爐必須取消脫硫旁路煙道，挖掘機組的節(jié)油潛力。為了促進電站煤粉鍋爐節(jié)能降耗的技術改造，可以采用等離子無油點火技術，能夠確保鍋爐在無油的狀態(tài)下實現(xiàn)鍋爐的啟、停以及穩(wěn)燃功能，完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機組燃油系統(tǒng)。在我國能源緊缺以及倡導環(huán)境保護的時代背景下，在電站煤粉鍋爐中使用等離子無油點火技術，可以大大提高企業(yè)的經濟效益。使用等離子點火技術的同時還可以投入電除塵，避免煙氣中的粉塵直接排放到空氣中，提高環(huán)保性。

1 等離子點火系統(tǒng)在電站煤粉鍋爐中應用的技術優(yōu)勢

等離子點火系統(tǒng)具有較多的技術優(yōu)勢，所以能夠在電站煤粉鍋爐中得到安全使用。等離子點火系統(tǒng)實現(xiàn)了無油點火，代替了傳統(tǒng)的燃油點火方式，經過現(xiàn)場的實踐檢驗，該項技術比較成熟，能夠在煤粉鍋爐啟停和穩(wěn)燃過程中應用;燃油點火在煤粉鍋爐的啟停和穩(wěn)燃中應用，運行成本較高，而等離子體內的化學活性粒子較多，可大大提高燃燒效率，等離子點火技術代替燃油點火技術，大大降低了電站的運行成本;在使用燃油點火技術時，可能會因為操作失誤等原因而造成火災事故，從而導致人員傷亡和經濟損失。而使用等離子點火技術可有效消除安全隱患，提高煤粉鍋爐啟停和穩(wěn)燃的安全性;在使用燃油點火技術時，除塵裝置無法投入使用，而煙囪排出的黑煙就會對大氣造成嚴重污染。在我國取消脫硫旁路的規(guī)定后，對于燃油點火時對脫硫漿液造成的污染是電站面臨的重要問題。而在采用等離子點火技術后，在鍋爐點火初期就能夠實現(xiàn)無油點火，電除塵裝置也可同步投入使用，避免煙氣粉塵排入大氣中，大大提高了電站生產的環(huán)保性;除此之外，等離子點火技術還具有運行方式簡單和較強的通用性和可配置性的優(yōu)點，在電站煤粉鍋爐啟停和穩(wěn)燃中具有較高的應用價值。

2 采用等離子點火技術的可行性分析

在國家發(fā)改委和國家環(huán)保總局鼓勵取消脫硫旁路的相關規(guī)定出臺后，大大增加了電站煤粉鍋爐的環(huán)保壓力，而采用等離子無油點火技術可有效解決這一問題。采用等離子點火技術，鍋爐燃用煤種皆可穩(wěn)定點燃。對于燃盡率而言，可以通過對煤粉濃度、細度、一、二次風速等參數(shù)的調整來提高燃盡率，合理控制風粉配比，在冷態(tài)點火也能夠達到較好的燃盡率。等離子燃燒器的結構設計比較簡單，主要是做好防止燃燒器結渣設計。等離子燃燒器的外形與原燃燒器基本相同，有利于燃燒器的布置以及與系統(tǒng)的接口。總之，等離子點火技術在電站煤粉鍋爐中應用，無論是在技術層面，還是經濟層面，都具有很強的可行性。

3 等離子點火技術的運行原理

3.1 基本原理

了解等離子點火技術的基本原理，有助于進一步提高鍋爐點火效率，并且能夠深入了解等離子點火系統(tǒng)在使用過程中的注意事項。在不低于0.01MPa的氣壓環(huán)境中，超過200A的直流電流，如果陽極和陰極接觸就會產生電弧，在電弧周圍會產生功率比較穩(wěn)定的直流空氣等離子體。這部分直流空氣等離子體具有較高的溫度，在燃燒器的中心燃燒筒中可達到6000℃左右。煤粉顆粒在通過高溫區(qū)時可極速釋放出揮發(fā)物，使煤粉顆粒破裂并再造揮發(fā)分，達到迅速燃燒的效果。這一系列的反應都是在氣相中進行，所以混合物組分的粒級發(fā)生變化會加速煤粉的燃燒速度，可有效降低促使煤粉燃燒所需要的能量。煤粉的點火速度和效率與煤粉的濃度有直接關聯(lián)，所以為了獲取最佳煤粉濃度，可通過對制粉系統(tǒng)一次風煤粉濃度以及現(xiàn)場一次風管道的具體情況，采用葉柵、撞擊塊或者導流板等方式來提高煤粉濃度。由于煤質條件不同，所以為了保證一次風粉能夠最大限度的進入點火區(qū)，就需要合理控制煤粉細度、一次風氣流速度以及一次風溫度等的參數(shù)。濃煤粉在經過等離子體高溫區(qū)時會被迅速點燃，而淡煤粉在流經高溫套筒外壁時，也會在高溫熱源的作用下著火，從而形成一個穩(wěn)定的燃燒火炬。歸納而言，等離子點火技術主要是利用大功率電弧直接點燃煤粉，然后進行逐級點火分級燃燒的過程。

3.2 燃燒機理

等離子點火系統(tǒng)的燃燒機理為逐級點火分級燃燒，這主要是因為高溫等離子體自身能量受限的原因，所以為了能夠提高煤粉燃燒效率，目前的等離子燃燒器一般會設計成四級式燃燒區(qū)域。第一區(qū)是等離子拉弧引燃揮發(fā)物區(qū)。第一區(qū)引弧點火的性能會直接影響到整個等離子燃燒系統(tǒng)的燃燒效果，根據(jù)燃燒器的容積在中心筒投入適量的煤粉，煤粉在中心筒內穩(wěn)定燃燒，在出口的位置會形成比較穩(wěn)定的二級煤粉點火源，按照這個順序逐漸放大煤粉燃燒區(qū)域。為了減少對燃燒器造成燒蝕以及煤粉掛焦和貼壁流動現(xiàn)象的發(fā)生，在第一區(qū)的金屬壁面上會設計氣膜冷卻系統(tǒng);第二區(qū)為混合式燃燒區(qū)。在此處應用環(huán)形濃淡燃燒器，濃煤粉會摻入到主點火燃燒器中燃燒，而淡煤粉則貼著高溫套筒外壁，被高溫熱源引燃。第二區(qū)的燃燒方法既能夠達到冷卻混合段壁面的效果，又能夠提高混合段的點火效率;第三區(qū)為強化燃燒區(qū)。由于煤粉在第一、二區(qū)經過了基本燃燒，此時的燃燒性能會有所降低，所以此時主要是采用補氧的方式來達到強化燃燒的目的。為了提高噴管的初始速度，可采用增加熱焓的方式，以延長火焰的長度，從而提升疏松炭的燃燒率;第四區(qū)為燃盡區(qū)。在第四區(qū)的煤粉可以直接進入爐膛，無需在燃燒室內燃燒，可增加燃燒器適應一次風速的能力。此時疏松炭的燃燒率在煙氣增溫的狀態(tài)下可大大提升，從而加長了火焰的長度，最終完成點火功能。

4 等離子點火裝置使用中的注意事項

等離子點火技術在電站煤粉鍋爐中應用，可提高電站的經濟效益和社會效益，但是在使用的過程中會因為受到其他因素的影響而降低點火系統(tǒng)的運行效率，所以應該加強對等離子點火裝置的運行維護。經過長期的實踐觀察，等離子陰極頭的更換是運行維護工作的主要內容。陰極頭的使用壽命一般能達到80-90小時，但是在實際使用中陰極頭導電面的性能會有所降低，如果出現(xiàn)不拉弧、斷弧等現(xiàn)象，就需要更換陰極頭。為了保證等離子點火裝置的高效運行，在使用的過程中需要注意以下事項。

（1）在冷爐點火的情況下，為了提高等離子點火的煤粉燃盡率，應該合理控制風粉的配比。在等離子點火初期階段，應該對飛灰等可燃物進行監(jiān)測，然后根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)對一、二次風速、磨煤機出力、煤粉細度、點火功率等進行調整，最大程度的改善燃燒狀況。如果風粉配比不當，在一、二次風量較小的情況下，會導致可燃物在尾部受熱面沉積，從而發(fā)生尾部受熱面結焦、掉渣等現(xiàn)象的發(fā)生。如果一、二次風量過大，則會將可燃物帶入煙道以及風道中，致使在尾部煙道中發(fā)生二次燃燒而造成空預器的損壞。所以應該合理控制風粉配比，并及早投入空預器吹灰，提高燃盡率。

（2）為了保證煤粉的燃燒效率，煤種的選擇應該盡量滿足設計煤種的需求。如果選擇的煤種為低灰熔融特性且易于著火，可根據(jù)實際情況適當提高一次風速，以減少在等離子燃燒器中結渣。為了提高煤粉輸送到管道后在風速、濃度、細度上的一致性，在等離子點火裝置投入使用前，應該進行一次風管風速的調平。

（3）在對等離子點火裝置運行維護的過程中，應該加強對冷卻水壓力的檢測，尤其是在冬季氣溫較低的情況下，如果在停爐的狀態(tài)下等離子裝置中的冷卻水放水不徹底，就會導致內部水管凍裂現(xiàn)象的發(fā)生。所以在機組短期停運的狀況下，應該讓等離子點火裝置的冷卻水保持循環(huán)狀態(tài)。

（4）在對機組進行檢修的過程中，要做好等離子陽極組件以及等離子燃燒器噴口的清理工作，在清理工作完成后，還應該進行二次檢查，避免操作失誤導致清理不徹底。根據(jù)陰極頭的使用狀況，定期更換陰極頭。在檢查電氣回路時，緊固端子，并做好盤柜的清灰工作。

5 結束語

等離子點火技術在我國電站煤粉鍋爐中的應用是技術水平發(fā)展到一定階段的必然產物，尤其是在我國倡導節(jié)能降耗的時代背景下，應用等離子點火技術，既能夠降低企業(yè)的運行成本，又能夠提高企業(yè)生產的環(huán)保性。等離子點火技術具有較多優(yōu)勢，在科學技術不斷發(fā)展的背景下，通過技術改造還能夠進一步提高等離子點火技術的性能，為促進電站企業(yè)的長久發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。

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