电站煤粉锅炉无油点火技术分析

乔固

【摘 要】 电站煤粉锅炉是目前在火力发电中提供煤炭燃烧的位置，传统的煤炭燃烧过程中，常常会采用石油进行点火，这样会导致环境污染。基于此原因，本文重点对无油点火的技术特征有优势以及点火技术进行了详细的分析，供相关技术人员参考。

【关键词】 煤粉锅炉；无油点火；技术

一、前言

随着我国对于能源利用的重视，因此对于煤炭的充分燃烧受到了广泛的关注，而能源的利用和环境之间存在直接的联系，对于电站而言，采用无油点火对于电站煤粉锅炉的利用优势较大。

二、无油点火方式概述

目前电站煤粉锅炉采用了轻油、微油和等离子三种点火方式进行点火。轻油点火方式在电站锅炉中早已应用，是传统的点火方式；微油点火方式是近十年来研发出来的一种新的技术；轻油点火方式和微油点火方式都是利用装在燃煤粉燃烧器内的高能点火器引燃其轻油系统油枪喷出的轻质柴油，通过柴油燃烧再点燃煤粉燃烧器喷咀喷出的煤粉着火燃烧。两者设备系统大致相同，其主要区别于点火所需油量的不同，微油点火方式比轻油点火方式可以节省点火用油达70%以上。

等离子点火技术也是近十年来我国研发出来的一种新型点火技术。它比微油点火技术更早地应用于电站锅炉点火，从点火燃烧技术原理来说，两种基本同类，都是内燃式燃烧器，采用浓淡技术，内浓外淡，分级燃烧，集中点燃煤粉并逐级放大来完成煤粉引燃过程。两者的不同点是：微油点火技术是通过高能点火器引燃其轻油系统油枪喷出的轻质柴油作为煤粉点火源；而等离子点火技术点火源为等离子发生器（拉电弧），两者设备系统下属的各功能子系统也差别较大。目前电力行业广泛普及应用的主要是等离子点火和小油枪微油点火技术。锅炉拟采用超超临界参数变压直流炉，四角切圆燃烧、二次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架塔式锅炉。锅炉的最大连续蒸发量2700t/h。

三、等离子系统简介

1、系统原理

MA300B型等離子点火装置是利用直流电流在空气介质气压条件下接触引弧，获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在专门设计的燃烧器的中心燃烧筒中形成温度T>5000K的，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，迅速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎并再造挥发分，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发生了变化。因而使煤粉的燃烧速度加快，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2-、H2-、OH-、O-、H+）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。为了获得煤粉点火的最佳浓度，根据制粉系统一次风煤粉浓度及现场一次风管道的具体情况，可分别采用叶栅、撞击块或导流板等方式浓缩煤粉，使之达到点燃煤粉的最佳煤粉浓度。按煤质的情况，尽可能使煤粉细度、一次风气流速度和一次风温度也在所要求范围之内，满足条件的一次风粉进入点火区，浓煤粉经过高温的等离子体被点燃，在燃烧器内部燃烧。淡煤粉流经高温套筒的外壁，对其起到冷却的作用，在“环形缩口”的作用下被浓缩，并被已燃烧的火炬点燃。然后进入混合燃烧，完成逐级点火分级燃烧的过程。

2、系统组成

等离子体发生器为直流非转移型电弧等离子体发生器。等离子体炬具有温度高、能量集中、气氛可控等优点。由阴极、阳极等组成。材料采用具有高导电率、高导热、耐氧化的金属材料制成，采用水冷方式冷却，以承受电弧高温冲击。等离子体发生器所用直流稳压电源采用国际最新科技的IGBT管高频逆变开关直流电源，具有电流稳定度高、体积小、效率高等特点。等离子点火燃烧系统由点火系统和辅助系统两部分组成。点火系统包括发生器、燃烧器。辅助系统包括电源装置、控制系统、冷却水系统、高压风系统、图像火检系统。电源装置由直流电源柜、联接电缆等构成的直流供电装置。

3、技术特性

等离子体是除液体、固体和气体以外的第四种物质存在形式。它整体呈中性，内部富含极具活性的正、负离子、电子和分子。等离子体发生器产生的等离子体射流核心温度高达4000～10000℃，与等离子体燃烧器结合后在其内部形成合理的温度场，促进煤粉的裂解和燃烧。利用其特点，可在锅炉启动和稳燃过程中以煤粉完全替代燃油，实现无油启动和稳燃。

4、燃烧器特点

燃烧器的外形主要尺寸与原燃烧器相同，便于燃烧器的布置和与系统的接口。稳定可靠地点燃煤粉，确保点火过程中不爆燃、不二次燃烧；点火过程燃烧器不结渣、不烧坏。

达到主燃烧器的技术性能。首先是燃烧器出口气流的动量矩基本不变和燃烧器出口流场不变，否则在正常运行中可能引起结渣、超温、燃烧效率下降等问题；第二是燃烧器结构必须简单，阻力不能太大，满足各燃烧器之间阻力匹配的要求；第三是燃烧器耐烧、耐磨，满足运行检修维护的要求。

燃烧器的出力可以在一定的范围内变动，能满足启动曲线的要求，同时满足作为主燃烧器时出力的要求。从最大限度的节约燃油的角度考虑，在设计上该燃烧器能满足在锅炉冷态点火时投入，并满足锅炉升温升压速率要求。

四、采用等离子点火可行性分析

工程燃用煤种为易着火煤种，无论采用等离子点火技术，还是采用微油点火技术，均可确保煤粉稳定高效点燃，即使在锅炉冷态点火也能保持较高的燃尽水平。

工程设计和校核煤种的燃尽性能都属于易。可以通过调整煤粉细度，煤粉浓度，一、二次风速，煤粉/空气混合物温度等措施，来保证锅炉启动时，顺利点燃煤粉。根据其它工程的经验，对于该煤质，只要控制好燃烧器的出力及适当的风粉浓度，即使在冷态点火，也可以保证良好的燃烧效率。

在等离子体燃烧器的设计中对防止燃烧器结渣应给予充分的重视，等离子体发生器需轴向布置，避免在燃烧器内部存在回流区，等离子体燃烧器的设计出力适当、不宜太高，壁温监测及图像火焰监视装置等监测手段应保证。通过采取上述措施，从其它已运行工程情况分析，可以避免燃烧器结渣现象的发生。

当采用切圆燃烧方式时，底层油枪的出力大约相当于单层煤粉燃烧器额定出力的30%～50%。采用等离子点火装置以后，底层燃烧器可以直接用等离子点火，并且在燃烧器内筒开始燃烧，按照燃烧效率80%计算，底层燃烧器提供的热量大于油枪的出力，能点燃相邻层的燃烧器，用等离子进行稳燃完全可行。

五、无油电厂的方案设计

1、无油电厂概述

无油电厂是指锅炉点火及稳燃节油装置采用等离子技术，取消常规燃油系统及燃油贮罐，锅炉点火和稳燃仅靠等离子装置实现的电厂。

取消燃油系统，以煤代油符合国家战略能源政策，不仅经济效益显著，对电厂管理可以消除燃油系统泄漏而时常发生的着火、设备损坏等安全隐患，减少设备的维护量、取消因燃油系统而设置的消防设施、含油废水处理装置等设备，减少因燃油系统引起的环境污染。同时，也节约了燃油系统大循环热备用消耗的大量电能。

从燃烧角度来讲，无油电厂可以杜绝煤油混烧引发的空预器着火、电除尘阴极积碳等事故的发生，电站锅炉在点火初期电除尘装置就可以投运，可减少粉尘排放，符合国家能源环保政策。

2、建设无油电厂的可行性

现阶段只有取消常规燃油系统，采用等离子点火装置的电厂才有可能实现真正意义的无油电厂。

3、燃煤电厂用油问题

燃煤电厂燃油除用于锅炉运行期间的点火及助燃外，通常还用于柴油发电机、机组建设和检修期间的烘炉、（煮炉）、冲管、调试等。要取消常规燃油系统，就需要解决常规的所有用油点的用油问题。

锅炉正式运行之前，需进行化学清洗。化学清洗的介质热源来自启动锅炉或其它机组的辅助蒸汽，可以不用燃油。

通常，锅炉冲管采用燃油运行，冲管和调试是电厂耗油量较大的阶段。根据目前等离子点火装置应用的实际经验，在600MW及以下容量烟煤锅炉的各类燃烧方式（直流燃烧器切圆燃烧、旋流燃烧器墙式燃燒、直吹式制粉系统、中储式制粉系统等）中，等离子点火均已取得了成功的业绩，并实现了冷炉制粉、点火冲管、启动至整套试运（168或72h）完成的无油运行记录。

六、结束语

综上所述，本文重点对煤粉锅炉的等离子点火技术进行了详细的分析，随着我国火力发电技术的发展，采用等离子无油点火技术会成为我国火力发电的最主要的点火方式。

参考文献：

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