田增魁

摘要 大型火电厂锅炉的点火和稳燃大多都是采用燃烧重油来实现的。随着油价的不断升高，火力发电燃油成本也越来越高。为了减少油耗，引进等离子点火技术，利用直流电将以压缩空气为介质的气体电离，产生功率稳定、定向流动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局部高温区，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。本文着重介绍等离子点火系统的构成和工作原理，以及电气设备的运行与维护。

【关键词】等离子点火器 等离子燃烧器 变压器控制柜电弧

大型火电厂锅炉的点火和稳燃大多都是采用燃烧重油来实现的。近年来，原油价格不断上涨，火力发电燃油成本也越来越高。电厂为了更好地保证自身竞争力，必须要设法减少燃油损耗，降低运营成本。而等离子点火技术则有效地解决了这一问题。河北华电石家庄鹿华热电有限公司（以下简称“鹿华热电”）采用了武汉天和技術股份有限公司生产的THPI-300/600-01型等离子点火装置，利用仪用压缩空气等离子体作为热源，实现助燃，达到节油降本目的。

1 等离子点火系统主要构成

等离子点火系统由等离子点火设备及其辅助系统组成。

等离子点火设备由等离子发生器、等离子点火燃烧器组成，辅助系统主要由压缩空气系统、冷却水系统、供配电系统（含隔离变压器、等离子电源柜、电抗器等）、图像火检系统、监控系统、控制系统、冷炉制粉系统等组成。

2 等离子点火技术介绍

2.1 点火机理

等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子、原子团、离子、电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。除此之外，等离子体还有再造挥发份的效应，可使煤粉挥发份析出量比通常情况下提高20%～80%，这对于点燃低挥发份煤粉、强化燃烧有特别的意义。

THPI-300/600-01型装置利用直流电将以压缩空气为介质的气体电离，产生功率稳定、定向流动的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的一级燃烧筒中形成温度大于4000K、梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子体“火核”受到高温作用，能在10-3秒内迅速释放出大量挥发份，同时也使煤粉颗粒破裂粉碎。挥发份迅速燃烧释放热量，从而点燃煤粉碳颗粒。

2.2 工作原理

THPI-300/600-01型等离子发生器使用双路载体风来产生高温等离子体，它由阴极、阳极、前进气室、后进气室、引弧装置、开关电源、冷却水腔等部分组成。等离子发生器采用同轴双气室结构，等离子体弧采用空气压缩形式，阳极和阴极在工作时固定不动，间距保持恒定。在阴、阳极之间加稳定的大电流，将电极空心筒体中的压缩空气电离成具有高温导电特性的等离子体。等离子体被前进气室进来的压缩空气压缩，并由后进气室进来的压缩空气吹出阳极筒体，形成连续稳定的高温等离子体流。THPI-300/600-01型等离子发生器功率在160-350KW范围内连续可调，其工作原理如图1所示。

与传统的煤粉燃烧器不同，等离子体点火燃烧器是借助等离子体发生器产生的高温等离子体来点燃煤粉的，属内燃型燃烧器。等离子体点火燃烧器在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用高温等离子体将煤粉点燃：在建立一级点火燃烧过程中，将经过浓缩的煤粉送入等离子体高温火核中心区域，高温等离子体同浓煤粉混合，伴随着热化学反应，提高煤粉的挥发份含量，强化燃烧过程;后续的煤粉在燃烧器内被分级点燃、火焰逐级放大，可在燃烧器喷嘴处形成3-5米长的火焰。

3 电气系统

等离子点火装置的电气系统主要由6kV高压开关柜、等离子主变压器、低压开关柜、等离子隔离变、直流电源控制柜、电抗器等部分组成。

供电系统取自6kVIA段的一面高压开关柜，接至等离子主变压器，通过等离子低压开关柜接至等离子隔离变压器，再接至直流柜，输出的直流电送至就地等离子体发生器为产生等离子体电弧提供电源。

6kV三相交流电源经主变压器转换为690V交流电，主变压器原边接成三角型，副边接成星型中性点接地，安装在变压器柜内。

690V三相交流电经隔离变压器隔离后引入直流电源控制柜，隔离变压器原边接成星型，副边接成三角型且中性点不接地，从而减少谐波对电源的污染。

直流电源控制柜为等离子体发生器提供直流电源及点火控制。采用西门子6RA80系列整流装置，将三相交流电源变为稳定的直流电源。控制系统采用西门子200的PLC模块，配备触摸屏便于故障查询。

平波电抗器产生足够的感抗，保证在等离子体发生器工作特别是启动过程中，电流的平稳。

4 电气设备的运行与维护

4.1 定期试验

等离子点火装置一般是在热备用状态，每月应进行一次试拉弧，每次持续时间为60s即可。

4.2 日常巡检

加强日常巡检力度，注意控制柜显示屏是否有报警以及主变压器、隔离变压器、控制柜的温度是否正常。

4.3 设备检修

结合机组检修，做好高低压开关的综保校验、绝缘测试、直阻测试，变压器实验以及长电缆的检查工作。

4.4 常见故障及处理方法

如表1所示，偶尔报401、402故障时，重新试拉弧3-5次即可。若是频繁报警，则需对阴阳极面进行清扫、打磨，并注意其使用时间。在阴极使用150h，阳极使用500h后，进行更换。

5 结语

等离子系统在火电厂锅炉点火中的应用打破了传统意义上的点火，以鹿华热电一台330MW机组锅炉为例，装设一层等离子燃烧器，安装4台等离子点火器，实现了等离子助燃点火，每次启炉可节约燃油20t左右。此外，在出现燃烧不稳定的情况时，等离子点火系统还可以进行稳燃，并且与传统的燃油助燃相比效果明显，维护简单，成本低廉。可见，利用等离子点火系统，能产生非常可观的经济效益，宜进行推广。

参考文献

[1]郭宪法，等离子技术在火电厂锅炉点火中的应用[J].黑龙江科技信息，2017 （14）.

[2]康国伟，等离子技术在火电厂的应用[Jl，黑龙江科技信息，2015 （35）.

[3] THPI-300/600-01型等离子点火装置说明书.武汉天和技术股份有限公司，2016.