沙威孙国通周义刚薛泽海（天津市电力科学研究院天津市电力科技发展公司）

等离子点火与微油点火的节能性分析

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（1天津市电力科学研究院2天津市电力科技发展公司）

简述等离子点火与微油点火技术的工作原理，从功能上和经济上进行的对等离子和微油点火进行分析比较。

等离子点火；微油点火；节能降耗；经济性

1 引言

我国的石油资源储量有限，节约能源是基本国策。近年来，随着等离子和微油点火技术的日趋发展，为减少新建火电机组及运行中锅炉启动以及低负荷用油节省了大量能源。为实现节能、减排的大目标奠定了基础。

2 工作原理简介

2.1 等离子的点火原理

利用直流电流（280A～350A），在介质气压0.01～0.03MPa条件下引弧，并在强磁场作用下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成温度T>5000K梯度极大的局部高温火核，煤粉颗粒在通过该等离子火核时受到高温作用，并在10－3秒内迅速释放挥发分并被破碎而再造挥发分，从而达到迅速燃烧，由于反应是在气固两相流中进行，混合物组分粒级发生变化，使煤粉燃烧速度加快，大幅度降低了促使煤粉燃烧所需的能量，实现了利用小能量点燃煤粉的目的。

等离子发生器为磁稳等离子空气载体发生器，它有线圈、阴极、阳极组成，其拉弧原理为:在一定输出电流条件下，当中心阴极同阳极发生接触后，系统具有接短路能力且电流恒定不变，当阴极离开阳极时产生电弧，电弧在线圈磁力作用下拉出喷管外部，一定压力的空气在电弧作用下，被电离为高温等离子体（能量密度高达105W/cm2），为点燃煤粉创造了良好条件。

图1 等离子发生器工作原理图

2.2 微油点火的工作原理

利用机械雾化将燃料油挤压、撕裂、破碎，产生超细油滴后通过高能点火器引燃，同时巧妙地利用高强度的燃烧室，使燃油在气化状态下燃烧，可以大大提高燃油火焰温度，并急剧缩短燃烧时间。气化燃烧后的火焰，见图2。气化后的火焰传播速度快、火焰呈蓝色，中心温度高达1500～2000℃，可作为高温火核在煤粉燃烧器内直接点燃一级煤粉，从而实现电站锅炉启动、停止以及低负荷稳燃。压缩空气主要用于点火时实现燃油雾化、正常燃烧时加速燃油气化及补充前期燃烧需要的氧量；压力冷风主要用于补充后期加速燃烧所需的氧量。

3 等离子和微油点火的系统组成及运行特点

3.1 等离子点火的系统组成

等离子体点火燃烧器、等离子体发生器、等离子体电源及控制系统、暖风器系统、风粉在线检测系统、压缩空气系统、冷却风机、循环冷却水系统以及火焰检测等系统构成

图2 微油小油枪燃烧火焰图

3.2 微油点火的系统组成

系统构成：由燃油系统、煤粉燃烧器系统、控制系统、暖风器系统、辅助系统等部分组成。辅助系统包括一次风速在线监测、燃烧器壁温监测、图像火焰监测、助燃风等系统构成。

3.3 系统运行稳定性

等离子点火技术比较成熟，从机组试运过程来看，冷却风机和水泵运行比较稳定，易损部件主要是阴极和阳极，一般阴极的寿命在100h左右，阳极的寿命在500～1000h之间，根据拉弧时间的长短，制造厂设计了阴阳极寿命监测装置，可作为更换时的参考，但因阴极的寿命相对较短，等离子装置使用期间，运行维护人员必须加强监视和维护，以提高运行稳定性。

微油点火技术最常见的故障是小油枪堵塞造成灭火。对于烟煤由于油枪出力低，雾化装置孔径较小，油管路稍有杂物即造成堵塞，造成燃烧器灭火，威胁点火的安全。因此，气化微油点火技术关键在于油管路的施工工艺，必须用氩弧焊打底，电焊盖面，油管路必须用蒸汽吹扫以后才能充油，有的工程安装过程没有认真对待，造成小油枪断油。小油枪主要的维护工作在于滤网和油枪头的清理，必须保证油的质量、管道干净，根据滤网压差的情况定期做一下清理，才能保证投入。在注意微油系统的同时，还要保证整个油系统的运行稳定。

4 等离子点火与微油点火的环保效果

按照常规的试运方法，机组在试运期间要长期低负荷运行，此期间锅炉纯烧油或油煤混烧，为避免未燃尽的油滴粘污锅炉电除尘器的电极，电除尘器无法正常投入，大量烟尘直接排放到大气中，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。据统计，300～399MW机组每次启停烟尘排放平均为42吨。如果机组采用没有旁路的烟气脱硫系统，点火初期的粉尘会污染吸收塔浆液。当然虽然投入电除尘器但未完全燃烧煤粉不可能全部收集，吸收塔浆液还是有一定的污染可能，根据运行情况需进行浆液部分置换。

在机组试运期间投入等离子或微油点火系统，电除尘器可以在锅炉启动及低负荷期间正常投入，大大减少粉尘的排放，避免环境污染和引风机磨损，给电厂带来显著的社会效益和经济效益。

5 等离子和微油点火的经济性比较

等离子和微油点火经济的性比较，主要从初投资与运行和维护成本、节约费用等方面进行分析与比较。为了便于比较，全部按燃用烟煤的300MW机组锅炉进行对比。

目前一台炉四个等离子点火系统的价格约400万元左右，采用的微油点火技术与等离子系统功能相当，成本约200万元左右（如果考虑整个油系统，那么投资较大）。

5.1 基建机组费用

对于燃用易燃煤种的电厂，目前使用等离子点火启动过程中，很多电厂可以做到100%节油，而使用气化微油点火技术节油率也可以达到90%以上。两种技术的低负荷稳燃能力都比较强，尽管在一些故障情况下仍需投入油枪，但节油效果依然非常明显。

基建机组在试运期间要经过锅炉吹管、整定安全阀、汽机冲转、机组并网、电气试验、锅炉洗硅运行、机组带大负荷运行等许多阶段，随着机组整体设计、制造、安装和调试水平的提高，调试用油也逐年下降，国电公司规定新建机组调试期间用油为4500～6000t。基建调试过程中等离子点火基本可以做到100%的节油率。微油点火的节油率也达到90%以上，现按照每台机组节约燃油5000吨进行经济效益分析。

注：燃油价格按7000元/t计算；原煤价格850元/t计算；电价格为0.4元/kW·h；燃油的低位发热量为41.8MJ/kg；燃煤的低位发热量20.9MJ/kg；制粉单耗：20 kW·h/t

按常规方法试运所需燃油耗费计算：

燃油消耗：5000t

燃油耗费：5000×7000=3500万元

*等离子点火

原煤消耗（按发热量相等的原则）：5000×41.8／20.9＝10000吨

所需的原煤费用：10000×850＝850万元

等离子燃烧器耗电：20 kW·h/t

耗电费用：10000×(20+20)×0.4=16万元

燃煤的总成本为850＋16＝866万元

节省费用：3500－400－866＝2234万元

*微油点火

微油点火技术燃油神华煤的节油率在90%以上，天津某电厂新建350MW机组，采用微油点火技术，建设期共耗油200吨。

燃油费用为：150×7000=105万元

原煤消耗:4850×41.8／20.9=9700吨

原煤费用：9700×850=825万元

耗电费用：9700×20×0.4=7.8万元

节省费用：3500-200-105-825-7.8=2362.2万元

5.2 机组投产后运行费用

*等离子点火：

单只等离子功率为110 kW·h/台，共4台

等离子耗电量费用：110×4×0.4=176元/h

其它辅助设备电耗：50 kW·h

其它辅助设备电耗费用：50×0.4＝20元

等离子点火系统运行费用：176＋20＝196元

按等离子点火年工作100小时计算,等离子点火器运行费用为19600元/年，冷却水泵和风机功率共35kW，需随机组运行，按利用小时5500h/a计算，除去等离子使用时间100h后，等离子备用运行费用为：35×5400×0.4＝75600元/a。

等离子运行费用为：19600＋75600＝95200元/年

*微油小油枪点火运行费用

单只微油小油枪出力为90 kg/h，共4台

耗油费用：90×4×7=2520元

微油小油枪每小时运行总计费用：2520元

按微油小油枪每年工作100小时计算,微油小油枪运行费用为252000元/年。

5.3 维护费用

*等离子点火维护费用：

等离子发生器工作100小时更换阴极头，共四个，成本1000元／个。工作500小时更换阳极头，共四个，成本4000元／个。按等离子点火每年工作100小时计算,等离子点火器维护成本为约4000元/年。

等离子燃烧器的设计寿命一般为一个大修期，约5年，损坏的原因主要是磨损和烧损，每只的费用约10万元，四只共40万元，平均成本80000元/a。

因此，等离子燃烧器的年平均维护成本为：84000元/a。

*小油枪维护费用：

小油枪的日常维护费用很低，可忽略不计，小油枪燃烧器的设计寿命和单价与等离子接近，平均成本也为80000元/年。

5.4 等离子与微油点火经济性对比

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6 结论

等离子和微油点火的技术都已经比较成熟，在机组启动时节约能源都有明显的作用。综合比较，等离子和微油点火都可以作为机组启动的点火手段，视电厂的具体情况来确定。因此，对新建或扩建机组有以下建议：

6.1 对于原来有油系统的电厂，建议使用微油点火系统，加装微油点火系统可以大大降低投入费用，经济性效益明显。

6.2 对于新建电厂，建议使用等离子点火系统，可以取消整个油系统，建设成本可大幅降低，为了运行安全稳定，设计至少两套等离子点火系统，来保证系统的持续稳定，实现无油点火。

[1]边疆、薛泽海，等离子点火技术在天津华能杨电四期工程应用的经济性分析.天津市电力学会第十四界学术年会优秀论文集，2008年10月

[2]等离子点火与微油点火的应用.北极星电力论坛.2009

[3]天津某2×300机组，等离子点火装置的技术协议

[4]天津某2×350机组，微油点火装置的技术协议