等离子点火技术在电站煤粉锅炉中的应用分析

蔡景春

摘  要：等离子点火技术作为一种新型的燃烧技术，在电站煤粉锅炉中应用具有重要的意义。等离子点火技术的应用可以有效降低燃油成本，减少对环境的污染，提高电站的经济效益。尤其是在我国产业升级转型的背景下，节能降耗成为电站生产重点关注的问题。文章首先对等离子点火技术的原理和特性进行分析，然后阐述了等离子点火技术在应用中的注意事项，对提高电站的经济效益、社会效益和生态效益具有重要意义。

关键词：等离子点火;电站;煤粉锅炉;原理

中图分类号：TM621.2       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）05-0172-02

Abstract： As a new combustion technology， plasma ignition technology is of great significance in pulverized coal fired boilers in power plants. The application of plasma ignition technology can effectively reduce fuel cost， reduce environmental pollution and improve the economic benefits of the power plant. Especially under the background of industrial upgrading and transformation in China， energy saving and consumption reduction has become the focus of power plant production. This paper first analyzes the principle and characteristics of plasma ignition technology， and then expounds the matters needing attention in the application of plasma ignition technology， which is of great significance to improve the economic， social and ecological benefits of the power plant.

Keywords： plasma ignition; power station; pulverized coal boiler; principle

煤粉鍋炉是电站重要的动力设备，传统的煤粉锅炉点火技术是通过燃烧柴油的方式来实现点火，不仅会消耗大量的燃油，而且不利于环保。在我国大力加强环保建设的背景下，要求某电厂3、4号锅炉必须取消脱硫旁路烟道，挖掘机组的节油潜力。为了促进电站煤粉锅炉节能降耗的技术改造，可以采用等离子无油点火技术，能够确保锅炉在无油的状态下实现锅炉的启、停以及稳燃功能，完全代替传统的机组燃油系统。在我国能源紧缺以及倡导环境保护的时代背景下，在电站煤粉锅炉中使用等离子无油点火技术，可以大大提高企业的经济效益。使用等离子点火技术的同时还可以投入电除尘，避免烟气中的粉尘直接排放到空气中，提高环保性。

1 等离子点火系统在电站煤粉锅炉中应用的技术优势

等离子点火系统具有较多的技术优势，所以能够在电站煤粉锅炉中得到安全使用。等离子点火系统实现了无油点火，代替了传统的燃油点火方式，经过现场的实践检验，该项技术比较成熟，能够在煤粉锅炉启停和稳燃过程中应用;燃油点火在煤粉锅炉的启停和稳燃中应用，运行成本较高，而等离子体内的化学活性粒子较多，可大大提高燃烧效率，等离子点火技术代替燃油点火技术，大大降低了电站的运行成本;在使用燃油点火技术时，可能会因为操作失误等原因而造成火灾事故，从而导致人员伤亡和经济损失。而使用等离子点火技术可有效消除安全隐患，提高煤粉锅炉启停和稳燃的安全性;在使用燃油点火技术时，除尘装置无法投入使用，而烟囱排出的黑烟就会对大气造成严重污染。在我国取消脱硫旁路的规定后，对于燃油点火时对脱硫浆液造成的污染是电站面临的重要问题。而在采用等离子点火技术后，在锅炉点火初期就能够实现无油点火，电除尘装置也可同步投入使用，避免烟气粉尘排入大气中，大大提高了电站生产的环保性;除此之外，等离子点火技术还具有运行方式简单和较强的通用性和可配置性的优点，在电站煤粉锅炉启停和稳燃中具有较高的应用价值。

2 采用等离子点火技术的可行性分析

在国家发改委和国家环保总局鼓励取消脱硫旁路的相关规定出台后，大大增加了电站煤粉锅炉的环保压力，而采用等离子无油点火技术可有效解决这一问题。采用等离子点火技术，锅炉燃用煤种皆可稳定点燃。对于燃尽率而言，可以通过对煤粉浓度、细度、一、二次风速等参数的调整来提高燃尽率，合理控制风粉配比，在冷态点火也能够达到较好的燃尽率。等离子燃烧器的结构设计比较简单，主要是做好防止燃烧器结渣设计。等离子燃烧器的外形与原燃烧器基本相同，有利于燃烧器的布置以及与系统的接口。总之，等离子点火技术在电站煤粉锅炉中应用，无论是在技术层面，还是经济层面，都具有很强的可行性。

3 等离子点火技术的运行原理

3.1 基本原理

了解等离子点火技术的基本原理，有助于进一步提高锅炉点火效率，并且能够深入了解等离子点火系统在使用过程中的注意事项。在不低于0.01MPa的气压环境中，超过200A的直流电流，如果阳极和阴极接触就会产生电弧，在电弧周围会产生功率比较稳定的直流空气等离子体。这部分直流空气等离子体具有较高的温度，在燃烧器的中心燃烧筒中可达到6000℃左右。煤粉颗粒在通过高温区时可极速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂并再造挥发分，达到迅速燃烧的效果。这一系列的反应都是在气相中进行，所以混合物组分的粒级发生变化会加速煤粉的燃烧速度，可有效降低促使煤粉燃烧所需要的能量。煤粉的点火速度和效率与煤粉的浓度有直接关联，所以为了获取最佳煤粉浓度，可通过对制粉系统一次风煤粉浓度以及现场一次风管道的具体情况，采用叶栅、撞击块或者导流板等方式来提高煤粉浓度。由于煤质条件不同，所以为了保证一次风粉能够最大限度的进入点火区，就需要合理控制煤粉细度、一次风气流速度以及一次风温度等的参数。浓煤粉在经过等离子体高温区时会被迅速点燃，而淡煤粉在流经高温套筒外壁时，也会在高温热源的作用下着火，从而形成一个稳定的燃烧火炬。归纳而言，等离子点火技术主要是利用大功率电弧直接点燃煤粉，然后进行逐级点火分级燃烧的过程。

3.2 燃烧机理

等离子点火系统的燃烧机理为逐级点火分级燃烧，这主要是因为高温等离子体自身能量受限的原因，所以为了能够提高煤粉燃烧效率，目前的等离子燃烧器一般会设计成四级式燃烧区域。第一区是等离子拉弧引燃挥发物区。第一区引弧点火的性能会直接影响到整个等离子燃烧系统的燃烧效果，根据燃烧器的容积在中心筒投入适量的煤粉，煤粉在中心筒内稳定燃烧，在出口的位置会形成比较稳定的二级煤粉点火源，按照这个顺序逐渐放大煤粉燃烧区域。为了减少对燃烧器造成烧蚀以及煤粉挂焦和贴壁流动现象的发生，在第一区的金属壁面上会设计气膜冷却系统;第二区为混合式燃烧区。在此处应用环形浓淡燃烧器，浓煤粉会掺入到主点火燃烧器中燃烧，而淡煤粉则贴着高温套筒外壁，被高温热源引燃。第二区的燃烧方法既能够达到冷却混合段壁面的效果，又能够提高混合段的点火效率;第三区为强化燃烧区。由于煤粉在第一、二区经过了基本燃烧，此时的燃烧性能会有所降低，所以此时主要是采用补氧的方式来达到强化燃烧的目的。为了提高喷管的初始速度，可采用增加热焓的方式，以延长火焰的长度，从而提升疏松炭的燃烧率;第四区为燃尽区。在第四区的煤粉可以直接进入炉膛，无需在燃烧室内燃烧，可增加燃烧器适应一次风速的能力。此时疏松炭的燃烧率在烟气增温的状态下可大大提升，从而加长了火焰的长度，最终完成点火功能。

4 等离子点火装置使用中的注意事项

等离子点火技术在电站煤粉锅炉中应用，可提高电站的经济效益和社会效益，但是在使用的过程中会因为受到其他因素的影响而降低点火系统的运行效率，所以应该加强对等离子点火装置的运行维护。经过长期的实践观察，等离子阴极头的更换是运行维护工作的主要内容。阴极头的使用寿命一般能达到80-90小时，但是在实际使用中阴极头导电面的性能会有所降低，如果出现不拉弧、断弧等现象，就需要更换阴极头。为了保证等离子点火装置的高效运行，在使用的过程中需要注意以下事项。

（1）在冷炉点火的情况下，为了提高等离子点火的煤粉燃尽率，应该合理控制风粉的配比。在等离子点火初期阶段，应该对飞灰等可燃物进行监测，然后根据监测的数据对一、二次风速、磨煤机出力、煤粉细度、点火功率等进行调整，最大程度的改善燃烧状况。如果风粉配比不当，在一、二次风量较小的情况下，会导致可燃物在尾部受热面沉积，从而发生尾部受热面结焦、掉渣等现象的发生。如果一、二次风量过大，则会将可燃物带入烟道以及风道中，致使在尾部烟道中发生二次燃烧而造成空预器的损坏。所以应该合理控制风粉配比，并及早投入空预器吹灰，提高燃尽率。

（2）为了保证煤粉的燃烧效率，煤种的选择应该尽量满足设计煤种的需求。如果选择的煤种为低灰熔融特性且易于着火，可根据实际情况适当提高一次风速，以减少在等离子燃烧器中结渣。为了提高煤粉输送到管道后在风速、浓度、细度上的一致性，在等离子点火装置投入使用前，应该进行一次风管风速的调平。

（3）在对等离子点火装置运行维护的过程中，应该加强对冷却水压力的检测，尤其是在冬季氣温较低的情况下，如果在停炉的状态下等离子装置中的冷却水放水不彻底，就会导致内部水管冻裂现象的发生。所以在机组短期停运的状况下，应该让等离子点火装置的冷却水保持循环状态。

（4）在对机组进行检修的过程中，要做好等离子阳极组件以及等离子燃烧器喷口的清理工作，在清理工作完成后，还应该进行二次检查，避免操作失误导致清理不彻底。根据阴极头的使用状况，定期更换阴极头。在检查电气回路时，紧固端子，并做好盘柜的清灰工作。

5 结束语

等离子点火技术在我国电站煤粉锅炉中的应用是技术水平发展到一定阶段的必然产物，尤其是在我国倡导节能降耗的时代背景下，应用等离子点火技术，既能够降低企业的运行成本，又能够提高企业生产的环保性。等离子点火技术具有较多优势，在科学技术不断发展的背景下，通过技术改造还能够进一步提高等离子点火技术的性能，为促进电站企业的长久发展创造有利的条件。

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