等离子点火技术在超临界燃煤直流锅炉使用浅析纪宗磊 （大唐淮南洛河发电厂）

纪宗磊

摘要：以本文介绍了烟台龙源等离子点火装置的构成及其点火机理，及以大唐淮南洛河发电厂三期2*600MW超临界燃煤直流锅炉等离子使用过程为例，阐述了中速正压直吹式制粉系统中等离子点火装置的优缺点及运行注意事项，对等离子装置改造后的节油效果进行了经济性分析。

关键词：等离子  效益  问题  解决措施

1 概述

在火力发电机组中，通过燃用柴油、重油或燃气等传统方法确保煤粉锅炉点火及低负荷稳燃。对于这种方法来说，其运行成本比较高。据统计，仅电厂锅炉点火及低负荷稳燃就消耗的燃油，全国每年高达数百万吨。大量的消耗燃油，以及采购、运输、储存、硬件设备等方面的费用，在一定程度上增加了发电厂的运营成本。同时，由于对油煤进行混烧，进一步降低了锅炉的技术指标及经济性。

据有关资料显示：锅炉在燃煤过程中，如果燃烧的燃油具有高反应性能，在这种情况下，将会降低锅炉机组的经济和环保效益，主要表现为：燃料固体未燃尽损失增加10%～15%，锅炉机组的传热效率降低2%～5%，水冷壁的高温腐蚀速度大大增加，锅炉设备的运行可靠性明显降低，在一定环境下，NOX、SOX等大气污染物排放量增加30%～40%。而且，在煤油混烧期间，不能投入电除尘器，进而产生环保及社会问题。

为了解决上述问题，需要进一步研究开发无油或少油煤粉直接点火燃烧器。20年多年前，国外就开始了煤粉锅炉等离子点火技术的研究。近年来，等离子点火技术在国内受到重视并实际应用，取得了一定的实际效益。

大唐洛河发电厂使用的烟台龙源等离子点火装置实现了点火技术与稳燃技术的有效结合。实现了锅炉启停全过程不使用柴油，使用起来经济、环保、高效。到现在为止很好地起到了无油启动和无油稳燃的作用，极大降低了大唐淮南洛河发电厂三期两台机组的启动以及稳燃成本，产生了很好的经济及环保效益。

2 等离子点火装置简介

2.1 等离子发生器工作原理

作为产生等离子体的设备，等离子发生器是在介质气压0.01～0.03MPa的条件下，利用直流电流与引弧接触，同时在强磁场控制下，进一步获得稳定功率的直流空气等离子体，在专门设计的燃烧器的中心燃烧筒中，该等离子体形成温度T>50000K、温度梯度极大的局部高温区，通过该等离子“火核”，煤粉颗粒受到高温的作用，并且在10-3秒内迅速释放出相应的挥发物，同时粉碎煤粉颗粒，从而使其迅速燃烧。由于该反应在气相中进行，进而改变了混合物组分的粒级。因而加快了煤粉的燃烧速度，加速了煤粉的燃烧。

简要的讲，等离子点火技术就是利用温度高达5000K以上的空气等离子体直接点燃煤粉，从而确保了锅炉在无燃料油或低负荷下启动和稳燃。

2.2 等离子发生器的组成

线圈、阴极、阳极等部件共同组成磁稳空气载体等离子发生器。其中，采用高导电率的金属材料或非金属材料制成阴极，通过高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成阳极，为了承受电弧高温冲击，通常情况下，采用水冷方式对它们进行处理。在高温250℃情况下，该线圈具有抗2000V的直流电压击穿能力，电源采用全波整流，同时具有恒流性能的直流电源。

2.3 等离子发生器的的启弧原理

设定输出电流，当阴极3前进同阳极2接触后，此时便会形成回路。对于整个系统来说，由于具有抗短路的能力，并且电流恒定，在这种情况下，在电机拖动下，当阴极缓缓离开阳极时，便会在阴极、阳极之间形成电弧。通过电弧后，一定压力的空气被电离为高温空气等离子体，其能量密度高达105～106W/cm2。

2.4 等离子发生器的附属装置

等离子冷却水系统、载体风系统共同组成附属装置。

2.4.1 等离子冷却水系统

对于等离子发生器来说，通常情况下，其产生的电弧弧柱温度在5000K到10000K之间，分别发送和接收电子的阴极和阳极处于高温环境，而稳定电弧的线圈长时间通电也会产生热量，因此，等离子发生器的阴极、阳极以及线圈必须冷却。该厂使用的是闭式水提供冷却水。

2.4.2 等离子载体风系统

对于等离子发生器来说，通过载体风产生等离子体的介质。等离子电弧形成后，通过线圈形成的电磁场压缩控制电弧，当载体风以一定的流速经过电弧时，被电离为空气等离子体（部分载体风也参与电弧的压缩控制）。因此，等离子发生器需要配备载体风系统。为了确保等离子体的稳定性，要求载体风是洁净无油、干燥、压力稳定的空气（或其他气体）。该厂使用的是厂用压缩空气作为载体风，同时另加了一路载体风机作为备用。

3 等离子点火存在的问题及处理措施

3.1 等离子漏水

等离子发生器采用闭式水水冷方式，由于管路老化等诸多原因，等离子经常发生漏水。漏水会影响设备安全，在需要时却不能及时启动，危及机组安全。漏水容易发生堵粉管现象并使锅炉有MFT的风险。应该说，等离子漏水已成为影响等离子正常运行的主要因素。这种情况下，我们可以采取监视等离子壁温降低及就地隔绝冷却水回路查看水压变化的方法来预防等离子漏水。

3.2 等离子不起弧

我们在正常启动或试投等离子时，有时发现不起弧，就地不动作，等离子不起弧原因很多，除了漏水外，还有就是等离子风压以及等离子间隙大原因，#6机#4角曾经就发生过因等离子间隙大，而拉不起弧;等离子的电弧是需要空气以一定流速吹出阴极头才能形成的，正常时等离子的两路风是一路截流，一路全关备用，由于等离子的两路风手动门都是90度闸阀，运行中也很容易出现关小或开大的现象，所以碰到在等離子不起弧时，到就地适当调整风压，一般就能正常拉弧。

3.3 等离子漏粉

等离子漏粉危害严重，不仅污染环境，浪费原煤，还容易引起积粉自燃，引发爆燃事故;应该说等离子漏粉基本上都是安装及正常维护的原因，这个是需要检修人员精心维护、提高回装工艺以及运行人员及时检查、联系，共同努力来避免的。

3.4 等离子装置阴、阳极达不到设备设计使用寿命

根据使用说明，阴极使用寿命（运行小时数）≥50H，阳极使用寿命（运行小时数）≥1000H，根据实际经验，在阴极头累计使用超过30H后，应加强监视等离子運行状况，加强阴阳极和线圈的温度监视，以便及时更换阴极头，防止因阴极寿命问题引起突然断弧，造成系统的意外扰动。同时应注意对阴极头的冷却水压力的监视，防止阴极头不必要的人为损耗。另外，在接近使用寿命时，为保证拉弧稳定，也可提前更换。我们在正常运行中，应根据实际情况投、退等离子，同时注意等离子阴、阳极运行时间，及时更换，及时清零。

3.5 等离子燃烧器结焦

点火时，等离子燃烧器的核心温度高达5000K，在燃烧器内部，煤粉已经开始着火，并且具有很高的着火温度，在这种情况下，容易导致等离子燃烧器中心筒出现超温、结焦现象。通过对一、二次风速进行合理的提高，同时对等离子电弧功率及燃烧器的出力进行适当的控制，并且对等离子燃烧器金属壁温加强监控，这时，等离子燃烧器结焦现象基本可以避免。

3.6 等离子冷态启动点火初期煤粉燃尽率低

等离子点火时产生的温度虽高，但热强度不够，因此会造成煤粉燃尽率低，锅炉飞灰含碳量大。可以通过调细煤粉细度、合理配置一二次风速、提高磨煤机磨后温度及炉膛温度的方法来提高燃粉率。

3.7 点火初期锅炉炉膛爆燃及尾部再燃

鉴于在冷态启动点火初期容易出现灭火、爆燃及点燃后由于飞灰可燃物含量高而引起尾部烟道二次燃烧等事故，对采用等离子点火时易出现的爆燃、再燃问题应引起重视。根据实践经验，在启动过程中采取提高煤粉浓度、加强吹灰、调整一、二次风量、磨煤机出力、煤粉细度等方法尽可能改善燃烧状况，防止风、煤配比不当，尽量避免油、煤混烧。

3.8 等离子附属设备异常

在运行中我们遇到的有等离子载体风机振动大、入口滤网堵塞，等离子管道泵振动、进出口门开度不符合要求、漏水等，要及时联系检修处理。同时要注意对备用风机及水泵的定期切换，防止需要使用时无法启动。

4 结论

总之，新技术是把双刃剑，如何合理利用技术，提高效益，降低风险，任重道远。

参考文献：

[1]烟台龙源电力技术股份有限公司等离子培训资料.

[2]李永富.等离子点火存在的问题与解决措施[D].

[3]崔凤誉，张玉周.等离子煤粉点火燃烧器工业性试验研究及应用[J].中国电力，2001，34（2）：16-20.