等离子点火装置的原理及应用

张秀忠

摘 要：一直以来，关于锅炉的耗油问题就长期困扰着大家，特别是锅炉的燃烧启动，停止和低负荷的时候。而且根据相关部门统计燃料油消耗非常大，尤其是在2000年的时候，消耗竟然达到了1 217.2万吨[1]。面对如此严重的消耗问题，近年来为了节油也采取了一定的方法。目前来看，我国每年的耗油量达到了250万吨以上，每年的直接成本超过60亿人民币，这还是不包括工业锅炉的情况下。随着能源的越来越紧缺，电站锅炉启动时燃油的成本也越来越高，如何降低启动和低负荷稳燃的燃油量的工作迫在眉睫。该文介绍等离子点火装置的原理及调试维护要求，等离子点火装置在阚山电厂燃煤锅炉机组中的运行情况，及采用等离子点火装置带来的节能效果和经济效益。

关键词：锅炉燃烧 等离子 点火装置 等离子应用 节油

中图分类号：TKl7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）04

（a）-0033-03

该厂有2台600 MW超超临界机组锅炉，这2台机器都是由哈尔滨锅炉厂来进行制造的，这2台锅炉为超临界参数变压直流炉、具有以下特点：一次再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、半露天安置、全悬吊构造Π型锅炉等特点。在参考了兄弟单位采用等离子点火装置后的情况，该厂在A层布置了烟台龙源电力技术有限公司的DLZ-200型等离子点火装置，最大限度降低了锅炉用油量。下面简单谈谈等离子点火的原理以及在该厂应用的情况。

1 离子点火技术基本原理

1.1 等离子点火机理

DLZ-200等离子体点火装置是在中压0.01～0.03 mpa接触弧的条件下使用直流电流，并在强磁场控制下获得稳定的直流电源空气等离子体，等离子体在焚烧炉的特殊规划中构成温度T> 5 000 k，温度梯度大部分高温区，煤颗粒在高温等离子体“火核”效应，挥发物在10-3 s内释放，煤颗粒破裂，很快燃烧。因为这种反应是在气相中进行的，混合成分颗粒度发生变化，然后加速煤粉的燃烧。并大大减少燃烧粉煤燃烧所需的量。

等离子体内富含很多化学活性的粒子，如：原子（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2-、H2-、OH-、O-、H+）和电子等，这些粒子能使燃料彻底，因为这些粒子是化学反映加快的原因。

1.2 等离子发生器及工作原理

选用集开放式磁稳与机械、电磁紧缩于一体复合结构的等离子发生器，这种机器功率在50～150 kW之间接连可调。并且使用的是双拉伐尔喷管复式阳极，双拉伐尔喷管复式阳极这种可以避免煤粉的污染，并且这种制造的材料具有以下几种特色：高导热、高导电和不易氧化，使用时间在500 h以上。

阴极的高速喷嘴，加强冷却结构，资料从特殊合金和铜材料的结合，使用时间在50 h以上，容易更换。磁线圈和稳定的阳极与阳极是水冷式结构。打破了以前人们用于等离子发生器电极结构和信息，而且还成功投入使用。使用抗氧化離子的特殊合金，阳极，实现空气等离子体载体，不是专门为惰性气体维护电极，简化系统，还大大降低了运营成本的起伏。

DLZ-200型等离子发生器，空气载体等离子发生器，它的组成由线圈、阴极、阳极。阴极材料是由金属材料与高导电性、热导率高，抗氧化性能。阳极是由金属材料具有高导电率，高的热导率和抗氧化性能，而且都经过水冷冷却的。线圈有能力抵制分解的直流电压2 000 V在250 ℃的温度下。（如图1）

在满足冷却水和压缩空气这两种条件之后，设定（6）的电压为（300～400 A），当通过（5）使（2）与（1）接触时，（6）按原先设定的电流工作，当输出电流达到工作电流后，（5）推动（2）向后移动，当阴极离开阳极的刹那，电弧建立，当阴极达到指定水平时，空气动力和磁场的作用下产生稳定的电弧放电，产生等离子体。

2 等离子燃烧器的安装布置

使用等离子体点火功能主燃烧器，下层（A层）四个主燃烧器功能等离子体点火燃烧器。燃烧器在锅炉点火和稳定燃烧期间具有等离子体点火和燃烧稳定性，在锅炉的正常操作期间，燃烧器具有主燃烧器的功能。

根据原主燃烧器的结构，确定等离子发生器采用轴向插入（如图2）。

3 等离子系统的运行

3.1 启动运行方式设计

等离子燃烧器只是整个锅炉的一部分，它的使用必须满足锅炉的整体需要，而且还要由锅炉，以及整个机组及其系统的约束。为此产生以下需求。

（1）安全稳定点火，燃烧效率高，无爆燃，没有二次燃烧发生。

（2）适用于机组启动曲线，保证机组安全。

（3）不强制要求在没有油的情况下进行启动，不排除在某些情况下少量燃烧油，以满足启动曲线。

（4）准备试验，定量而不是定性确认控制参数，确保安全启动。

3.2 冷态启动

（1）建立适当的启动压力和启动流量，启动引风机、送风机、一台一次风机，投入A磨蒸汽加热器，A磨煤机暖磨。

（2）顺序启动4台等离子发生器，并调整电压、电流至最佳值。

（3）启动A磨煤机，给煤量维持18～20 t/h，等离子燃烧器投入运行，根据着火情况，调整各参数至最佳值，着火稳定后，调整给煤量至适当出力运行。

（4）根据锅炉温度，压力曲线，增加磨煤机的煤量，观察炉出口烟气温度在炉内燃烧条件下的燃烧情况，如燃烧稳定性，判断可以继续增加轧机出力，看炉出口烟气温度超速，调整上部燃烧器喷入冷空气量，完成涡轮机转速，恒速和发电机并网等工作。

（5）逐步调整煤炭磨煤，单位负荷。

（6）及时启动B磨煤机，提升载荷。

（7）实现无油稳定负荷，连续试验停止一层等离子体发生器。

（8）启动C＼D＼E＼F煤机或负荷。

3.3 停炉

（1）A、B、C磨煤机运转的时候机组要降负荷。

（2）发动4台等离子发生器的时候，要发动A层等离子燃烧器投入运转。

（3）停止运行C磨煤机。

（4）停止运行B磨煤机。

（5）机组降负荷时，A磨煤机逐渐减少使用煤量。

4 系统维护

等离子发生器具有很重要的位置，相当于这个系统的心脏。它的稳定性是否直接影响着锅炉点火质量的好坏，所以点火要小心保养。在维护工作的时候，电源必须要进行切断，因为是在三高（高电流、高电压、高热量）的狀态下进行的。

要在维护的时候注意保护和小心阴极的基础性伤害，特别是在换阴极头的时候，因为使用时间一旦过长，0#纱布导线表面就会进行氧化，以减少电源的接触电阻。每次检修时都要检查冷却水导管是否畅通，如生锈结垢严重，应更换。

阳极是主要导电元件，如果工作使用的环境不好，就会容易受到污染，在电弧过程中，阴极和阳极处于短路状态的时候，阳极喉部就容易发生燃烧和漏水的现象，因此，在每次更换阴极头时应进行维护和检修。 如果损失严重，漏水，电弧启动很困难，经常断弧，不顺畅，使用时间大大降低，观察用阴极支撑管中心的烧喉和是否有漏水现象等问题。

5 经济效益分析

5.1 直接经济效益

在锅炉测验运转的这个期间，要通过一系列的阶段，例如：锅炉吹管、整定安全阀、汽机冲车、电气实验、机组带大负荷以及机组并网运转等。这期间因为锅炉不能彻底摆脱节油的运用，所以就会消耗很多的燃料。依据电力部近来发布交通指引的规则，9 000 t是600 MW这个机组运用的规范量在测验运转期间，如果在此刻运用等离子无油点火系统的话，按估量，可以将全部试运期间的燃油消耗控制在1 000 t以内（等离子点火调试比以往燃油方法节油5 000 t计），那么对厂里来说将会产生巨大经济效益。

阚山电厂600 MW机组锅炉在168 h试运行阶段节油费用：

现在燃油报价：0.48万元/t。

节油费用：0.48×5000=2400（万元）。

机组采用等离子无油点火装置进行试运行期间所需费用：

燃油的低位发热量为41 800 kJ/kg，规划煤种低位发热量为23 000 kJ/kg，原煤报价为560元/t，则按发热量相等的原则所需的原煤费用为：

5000 t柴油相当的原煤量： t。

（1）燃煤使用的费用：9086 t×560元/t=5 088 160元=509万元。

（2）使用等离子耗电使用的费用。

等离子燃烧器煤粉规划流量8 t/h，运用等离子耗时：

=1136 h

每台等离子运转耗电为120 kWh，合计耗电：

120×1136=136 320 kWh

厂用电价格以0.2元/kWh计

耗电费用：136 320×0.2 =2.8万元

（3）应用等离子阴极消耗费用：14元/h×1136 h=15904元 =1.6万元

（4）应用等离子运行总费用：509+2.8+1.6=513.4万元。

新建机组等离子点火装置投资：450万元。

节约投资：2 400万元-513.4万元-450万元=1436.6万元。

由上述计算可得出，在尝试运行阶段的经济效益是十分显著的。因为除了能收回装置的投资外，每台还能节省1 436.6万元多为厂里。

5.2 间接经济效益和社会效益

如果按照一般的方法来进行尝试运行试验，必须在这个时期坚持长时间的低负荷状况运转，由于在这个时期锅炉焚烧时，为了防止没有焚烧完的油滴到电极上弄脏，电除尘器就没有办法正常运用投入，因此，就会导入燃烧后产生的很多烟尘直接进入到空气中，对环境造成了很严重污染。不但如此，同时燃烧后产生的粉尘也会对引风机上的叶片造成一定程度的损害，这些都会对厂里产生间接的经济损失。

如果在这一期间使用等离子无油点火系统，那么即使是在长期低负荷的状态下也能使用电除尘器，电除尘器一旦使用，就会在很大程度上减少烟尘和粉尘的排放，也不会污染环境和损害厂里经济损失的同时还会创造经济和社会效益。

参考文献

[1] 中国电力联合会.2000年电力工业统计资料汇编[M].北京：中国电力出版社，2014.