赵晶宇

摘 要：火力发电厂锅炉点火和稳燃用油被作为一项重要的指标来考核，为了减少重油（天然气）的耗量，传统的做法是提高煤粉的磨细度，提高风粉混合物和二次风的预热温度，采用预燃室燃烧器，选用小油枪点火枪等等，但是这些方法已到了尽头，必须采用同传统上完全不同的全新工艺。直流空气等离子体作为点火源，可点燃挥发份较低的（10%）贫煤，实现锅炉的冷态启动而不用一滴油，是未来火力发电厂点火和稳燃的首选设备。

关键词： 等离子；小油枪；锅炉点火

我国的石油资源并不丰富，但消耗量很大，原油还需要进口，石油已经成为影响我国能源安全的战略物资，而电力行业燃油的消耗占了全国消耗总量的20%以上。近十几年以来，“绿色施工、节能减排”的理念越来越成为现代大型燃煤火力发电厂的建设理念，加上由于世界原油及其价格的纷争，和国家对燃煤火力发电企业环保节能的要求，燃煤火力发电厂锅炉点火启动用的传统燃料燃油的用量作为一项考核新建或改扩建机组的性能指标越来越受到重视，寻找一种如何少用或不用燃油来实现燃煤锅炉的点火启动、稳燃助燃的新技术作为一个新课题摆在了现代燃煤火力发电企业的面前。在以前的几十年里，小油枪点火技术、微油点火技术逐步在燃煤火力发电厂锅炉上得到应用，但由于它们并不能实现百分之百的节油目标，加上它们在同样点火能量的条件下，点火性能没有等离子体好，按照我国节能中长期规划，将推广应用等离子微油点火技术，整体提高我国电力工业的资源利用效率。

一、等离子点火技术的发展过程

2000年12月，等离子点火技术在佳木斯发电厂100MW中储式制粉系统燃用烟煤的锅炉中，成功的实现了冷态点火，是我国等离子点火技术在工程上的首次应用。2001年3月以来，等离子点火技术有了明显的发展。首先将直流主燃烧器改造为等离子燃烧器，然后将该技术应用于直吹式双进双出磨煤机制粉系统锅炉的旋流燃烧器上。随着技术发展，该技术逐渐应用于200MW、300MW及600MW机组。2003年，等离子点火技术实现首台褐煤600MW机组的点火，拓展了等离子点火技术煤种适应范围。2006年，等离子点火技术成功应用于玉环电厂1000MW机组，是目前我国最大火电机组应用此技术的典范。

二、等离子点火工作原理

等离子点火装置是利用高压、高频触发起弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体燃烧器中心燃烧筒中形成温度高于5000K且温度梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在10ms内迅速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行，使混合物组分的粒级和成分发生变化，有助于加速煤粉的燃烧，大大地减少点燃煤粉所需要的引燃能量。气化微油点火技术是利用压缩空气的高速射流将燃油直接击碎，雾化成超细油滴进行燃烧，同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热、扩容和后期加热，在极短的时问内完成油滴的蒸发气化，使油枪在正常燃烧过程中直接燃烧气体燃料，点火方式为二级点火三级燃烧，从而大大提高燃烧效率和火焰温度。微油油枪燃烧形成的高温火焰使进人一次室的浓相煤粉颗粒破裂粉碎，并释放出大量的挥发分而迅速着火燃烧，然后由已着火燃烧的浓相煤粉在二次室内与稀相煤粉混合并点燃稀相煤粉。

三、等离子點火系统的组成

等离子燃烧器是借助等离子发生器的电弧来点燃煤粉的煤粉燃烧器，与以往的煤粉燃烧器相比，等离子燃烧器在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用等离子弧将煤粉点燃，并将火焰在燃烧器内逐级放大，属内燃型燃烧器，可在炉膛内无火焰状态下直接点燃煤粉，从而实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。

为了扩大燃烧器对一次风速的适应范围，等离子燃烧器的最后一级煤粉可不在燃烧室内燃烧而直接进入炉膛，因为煤粉燃烧后的热量使得空气体积迅速膨胀，受燃烧器内空间的限制，燃烧室内的风速会成倍提高，造成火焰扩散的速度小于煤粉的传播速度而使燃烧不稳，当采取前面所述措施后，有利于减小燃烧室内的风速，使燃烧稳定。

四、等离子点火的特性

等离子点火与微油点火初期的煤粉燃烧率低是必然的，这是由点火能量决定的。一方面，煤粉不可能在燃烧初期完成较充分的燃烧；另一方面，大量的煤粉在风包粉后期混合燃烧，炉膛温度水平决定了燃烧率的高低。因此，点火过程中燃烧率的变化随着炉膛温度水平的提升而由低到高发生变化，在锅炉冷态工况下，投运节油点火装置前必须有相应的冷炉启动系统以提高一次风温及炉膛温度。一般点火初期过大的气膜风不利于燃烧器喷口着火稳定，通常在点火期间尽可能不开或者少开燃烧器的周界风。着火稳定后气膜风逐步增加，对等离子燃烧器壁温的改善较明显，同时可提高燃烧器在点火初期的稳燃特性。在锅炉启停初期，都可以投入电除尘运行，满足环保要求。

五、等离子点火技术的优点

为了减少重油（天然气）的耗量，传统的做法是提高煤粉的磨细度，提高风粉混合物和二次风的预热温度，采用预燃室燃烧器，选用小油枪点火等等，但是，这些方法已到了尽头，若要进一步减少燃油到最终不用油，必须采用与传统上完全不同的全新工艺，这种工艺既可保证提高燃烧过程的经济性，又可以改善火电厂的生态条件。等离子煤粉点火燃烧器，采用直流空气等离子体作为点火源，可点燃挥发份较低的（10%）贫煤，实现锅炉的冷态启动而不用一滴油，是未来火力发电厂点火和稳燃的首选设备，采用等离子点火燃烧器，点火和稳燃与传统的燃油相比有经济、环保、高效、简单、安全几大优点，等离子点火是燃煤锅炉的首选设备，是目前燃油系统改造的最佳替代产品。

六、等离子点火技术存在的问题

1. 阴极头使用寿命较短问题

等离子设备的阴极头使用时间较短，为保证其工作时的稳定性，日常的维护量比较大，一般情况下，仅是依据使用时间来确定检查周期。影响阴极和阳极的寿命的因素还是比较多的，比如载体风压、一次风风压、安装角度的细微偏差、工作电压、电流细微调整、环境温度、阴极、阳极本身质量原因等多方面因素，都有可能缩短阴极、阳极的使用寿命，从而发生断弧现象。阴极、阳极的使用寿命提高，是等离子技术进一步发展需要进一步突破的“瓶颈”。在目前技术条件下，生产使用时，对于等离子燃烧参数调整是有利于提高使用时间的，另一方面要通过加大维护力度来保证使用过程中的稳定性问题。

2. 等离子断弧灭火问题

等离子点火系统在基建调试期间容易出现断弧现象，严重时出现两个角先后断弧现象。因此一般的等离子点火系统为了保证锅炉运行安全，其热工逻辑为当某一角断弧时，联锁关闭对应的磨煤机出口关断门，磨煤机继续运行；当两个角同时断弧时，磨煤机由于点火能量不满足运行条件，磨煤机跳闸。由于锅炉等离子点火初期只有一套制粉系统投运，当磨煤机跳闸时必然造成锅炉失去全部燃料而灭火，因此运行中如何减少甚至杜绝两个角断弧是至关重要的问题。为了防止此等现象的发生，运行人员监盘时应时刻注意DCS“等离子画面”中各个角的运行电压、电流及累计运行时间；特别是某个角的运行电流大幅摆动或明显增大时，须及时调整该角的运行参数，使其恢复正常运行值；另一方面，等离子阴极使用寿命只有80-100小时，当某个角的阴极材料已运行超过60小时时，经过调整此角的燃烧状态仍然不稳定，要考虑尽早更换阴极材料。

七、结语

通过对等离子点火技术的了解，可发现等离子技术确实在节约能源、环保、提高机组效益上具有显著优势，随着等离子点火技术的发展，等离子设备的可靠运行，简单易行的操作与维护，无燃油电厂必然是未来发展的趋势。■