大型电站锅炉等离子点火技术的应用

安正军 杨颖 李俊琦

摘要：华能集团上都发电公司在一期2X600MW机组中引入

DLZ-200型等离子点火装置，通过运行实践弥补了国内火电厂大机组锅炉无油点火技术在应用领域的空白。几年来，此技术在节能降耗方面取得明显效果并运行稳定。

关键词：等离子 燃油 点火

大型工业煤粉锅炉的点火和稳燃，都通过燃烧燃料（天然气或柴油）来实现。近几年，能源匮乏已成为全球性的问题，原油价格居高不下，致使靠燃烧燃料发电的火电厂运营成本只增不减。电厂为了控制成本消耗量，将锅炉点火及稳燃用油纳入生产考核指标。以往业界普遍采用提高煤粉磨细度来提高风粉混合物及二次风的温度，并通过预燃室燃烧器、小油枪点火来控制重油（天燃气）耗量。这些传统的方法有赖于燃油点火，虽有助于节省油耗，但并未真正脱离燃油时代。如果要求彻底摆脱燃油，就需要在传统点火方法的基础上研究新工艺。因此，应用直流空气等离子体为点火源的DLZ-200型等离子煤粉点火燃烧器作为现代火力电厂点火及稳燃的首选设备逐渐进入公众视野。它不用一滴燃油就能将挥发份较低（10%）的贫煤轻松点燃，实现了锅炉冷态启动。

1 点火机理

DLZ-200型等离子点火装置采用直流（280～350A）在介质汽压0.01～0.03MPa的条件下接触引弧，并在强磁场下获得功率稳定的直流空气等离子体。在燃烧器的一次燃烧筒中，该等离子体形成T>5000K的局部“火核”高温区，使得煤粉在高温环境中释放出挥发份快速燃烧。该反应是在气相中进行，因而能够改变混合物组分的粒级，从而促进煤粉快速而充分地燃烧，有助于减少引燃能量E。经试验验证（E等离子=1/6E油）。

等离子体内所含的能够促进热化学能量转换的法学活性粒子，如原子（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2-、H2-、OH-、O-、H+）和电子等，能够使燃料充分燃烧，而且在这种条件下等离子使煤粉释放的挥发份比以往提高了20%～80%，由此可见，等离子体能够再造挥发份以促进煤粉充分燃烧。这在挥发份低的煤粉燃烧中非常实用。在锅炉实际运行过程中，有的锅炉燃烧的煤质较为复杂，利用它可以大大提高燃烧效率。

2 等离子发生器工作原理

发生器（如图1所示）系由阴阳极和线圈构成的磁稳空气载体等离子发生器。阳极为导电、导热性能良好且具有抗氧化性的金属材料，阴极为导电性能良好的金属材料或非金属材料。阴阳两极采用能够承受电弧高温冲击的水冷方式。在250℃的运行环境中，线圈能够抵抗2000V直流电压击穿。系统应用全波整流且具备恒流性的电流。拉弧原理：先对输出电流进行设定。阴极3前移至阳极2的位置后系统电流恒定，且具备了抗短路性能。当它离开阳极时，线圈磁力作用于电弧将喷管外部拉出。一定压力的空气被电弧电离成能量密度为105～106W/cm2的能够将不同煤种点燃的高温等离子体。

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图1 等离子发生器工作原理

3 等离子系统组成

等离子系统的构成如下：

3.1 燃烧系统

通过等离子发生器的电弧对煤粉的煤粉燃烧器点火的等离子燃烧器（如图2），相较于煤粉燃烧器来讲，它是在煤粉进入燃烧器的初始阶段就通过等离子弧点燃煤粉，并在燃烧器内促进其燃烧，具有内燃型燃烧器的燃烧特性。在炉膛内无明火的条件下它可以轻松点火，真正的不用一滴油启动锅炉，且实现了无油低负荷稳燃。

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图2 等离子燃烧器示意图

3.2 电气系统

等离子发生器电源系统是通过三相全控桥式晶闸管整流电路，将三相交流电源转换成稳定的直流电源以维持等离子电弧稳定的装置。它包括电源柜、隔离变压器两个主要元件。电源柜内配有由六组大功率晶闸管组成的三相全控整流桥、大功率直流调速器6RA70、直流电抗器、交流接触器和控制PLC等。

3.3 冷却水系统

冷却水系统是由冷却水泵、压力表、冷却水箱、管路、换热器及阀门构成的闭式循环系统，其中3台冷却水泵互为备用。其运行原理是基于水冷的方式冷却形成电弧的等离子发生器的阴极和阳极。

3.4 气膜风系统

等离子燃烧器系内燃式燃烧器。它在运行过程中，燃烧器内壁承载较高的负荷，为了在不损坏燃烧器的前提下提高燃烧度，必须配装等离子燃烧器气膜风。气膜风可以从送风机出口处引取，也能够从原二次风箱取。

3.5 控制系统

等离子控制系统的两大组成元件为触摸屏和控制柜。控制柜柜内PLC采用SIEMENS S7-300系列的可编程控制器完成。该CPU模块中的Profibus接口能够连接多个点火控制器，利用网络集中操控点火装置。该系统的操作界面为Digtal公司生产的GP触摸面板，信息显示完整、间接。

3.6 监视系统

在实际工作中，我们可以通过由工业电视、图像火检探头和四画面分割器组成的监控系统来监测炉膛等离子燃烧情况。

4 小结

DLZ-200型等离子点火系统从多年前安装调试到现在无重大事故产生，其安全性和稳定性已在多年的运行实践中得到验证，说明这套设备在火电厂具有较好的应用性。具体来讲，DLZ-200型等离子点火系统的优点主要体现在以下几个方面：

①简单：火电厂实现了单一燃料运行，辅助系统和运行方式都进一步简化。

②安全：取消了炉前燃油系统，燃油可能引发的油泄漏火灾事故也因此避免，安全性有保障。

③经济：应用等离子点火技术，运维成本比燃油点火降低了15%～20%。节省的费用可用于电厂升级改造，经济性自不必再说明。

④高效：等离子体内含有大量加速热化学转换的化学活性的粒子，有助于燃料充分燃烧。

⑤环保：不用一滴油的点火方式只需在点火初期投入电除尘装置，烟尘量大大减少。而且，单一的点火方式有助于节省燃油资源，也省去了油运储成本，有利于优化调整电厂环境。

由于拉弧电流大小不一，使得阴、阳极头损耗不一致，元件的使用时间长短不一，总体来看，阴极一般50h更换一次。鉴于此，为可在启机等关键工序确保等离子点火系统时时可用，必须及时检查调换阴、阳极头。

参考文献：

[1]芦丽君，刘士香，钱颖洁，都淑丽.等离子无油点火技术及现场应用[J].江西电力，2000（04）.36-38.

[2]毛正中.等离子点火技术的应用一例[J].热力发电，2007（02）.

[3]殷立宝，崔振东，余岳溪，温智勇，王力.等离子无油点火技术应用中存在的问题及应对措施[J].热力发电，2007（01）.

[4]田振宇.试述火电厂等离子点火控制系统[J].内蒙古石油化工，2009（14）.

[5]奚晓东，宫晖.等离子点火技术在燃油锅炉上应用的可行性[J].化工装备技术，2003（05）.

作者简介：

杨颖（1975-），女，本科，工程师，2005年内蒙古工业大学毕业，一直从事发电厂热控系统检修维护工作。

安正军（1969-），男，本科，助理工程师，2004年内蒙古工业大学毕业，一直从事发电厂热控系统检修维护工作。

李俊琦（1976-），男，本科，现从事电厂热工自动化工作。