气化微油与等离子点火稳然技术原理及差异性比较

摘 要：本文简要介绍了气化微油点火系统和等离子点火系统的技术原理及各自的结构特点，并从经济性和技术性上对两者进行了比较分析，对两种稳燃技术的优缺点加以探讨。

关键词：稳燃技术；原理；差异；比较

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.21.010

1 引言

随着经济的快速发展，我国已经成为继美国之后的第二大石油消费国和进口国，正面临着资源短缺特别是原油短缺的局面。开发和应用少油甚至无油的点火稳燃技术是电站锅炉发展的必然方向。

目前国内电站锅炉在应用点火稳燃技术上主要有两种，一种是气化微油点火稳然技术，一种是等离子无油点火稳然技术。这两种技术都可以实现冷炉点火并且可以在点火初期就投入电除尘，具有良好的环保效益，都可以在锅炉低负荷状态下进行稳燃。

2 气化微油技术原理及特点

2.1 气化微油技术原理

气化微油技术是用微量的油（15-100kg/h），通过专门设计的燃烧器，点燃大量的煤粉（2-12t/h）从而达到锅炉冷炉气化微油点火、低负荷稳燃的目的。它的点火燃烧系统主要由气化微油燃烧器和气化油枪两部分组成。

2.1.1 气化微油燃烧原理

气化微油燃烧是利用一次风将煤粉逐级送入，并将煤粉进行浓相和稀相分离，利用气化后的燃烧油火焰点燃前一级的煤粉，并利用燃烧煤粉的热量去点燃中、末级的煤粉，实现逐级燃烧，达到微油启动锅炉的目的，燃烧器结构如图1所示。

2.1.2 气化微油枪工作原理

燃油在喷出前由于压缩加热作用已气化，气化的射流燃油直接燃烧，提高了燃烧效率，降低了燃烧成本。燃烧火焰的刚度强，且火焰中心温度大于1800℃，燃烧充分。

2.2 微油系统

微油系统是从原锅炉炉前油系统中引出一趟管路，经过阀门回油调压后，送入燃烧器各角油枪，当油压在0.6MPa时能保持每支油枪出力在30～100kg。

2.3 控制系统

微油枪自身带有火检，可判断着火情况。 为确保系统安全，微油控制系统与DCS实现联接，控制系统图框及微油点火DCS画面如图2、图3所示。

2.4 微油辅助系统

微油系统还包括压缩空气、助燃风、一次风加热等辅助系统。压缩空气系统是从锅炉四角检修用压缩空气管道接出，一方面是用来雾化燃油，一方面供吹扫用；助燃风从一次风冷风道上接出，为微油油枪提供充分燃烧的氧量，再引入燃烧器各角微油燃烧室；为使风温满足干燥度，在一次风加装辅热旁路，由辅助蒸汽提供热源，保证锅炉能够冷态启动。

2.5 气化微油点火稳然技术特点

气化微油点火优点：节约锅炉在冷态启动、停运、正常稳燃的用油量，效率最高可达到95%（视锅炉容量及煤质情况有所变化）；煤粉燃烧初始阶段燃尽率85%以上，飞灰可燃物极低；锅炉启停阶段均可投入除尘器；气化油枪出力范围大约在30～100kg/h，对于600MW烟煤机组，在冷炉冷风下点火耗油量小于60kg/h；适应煤种范围广（褐煤、烟煤、贫煤、无烟煤）；对于四角切圆、前后墙对冲以及“W”型火焰煤粉锅炉都能实现气化微油冷炉点火需求。

微油点火存在的问题：为防止燃烧过程中积粉爆燃，热控规定 “两支微油枪同时灭火联跳磨煤机”，因此在实际应用中，应杜绝两支以上微油枪同时灭火或者失去火检；在点火初始阶段适当降低磨煤机入口风压值以满足启动风量的要求；由于气化油枪雾化的要求，油枪枪体滤网筛眼细小，对油质清洁程度要求高。

3 等离子技术原理及特点

等离子技术原理：在强磁场作用下阴阳极产生电弧放电将空气电离，并在燃烧中造成5000K以上的局部高温，点燃稀相煤粉并迅速燃烧。等离子体内含有大量活性粒子如原子（H、C、O）离子（O2-、H2、OH-、O-、H+）原子团（OH，H2和O2）和电子，这些活性物质加速热反应，促进燃料的充分燃烧。

等离子发生器由线圈、阴极、阳极组成，其中阴极材料选用高导电率的金属材料和非金属材料制成，阳极材料采用高导电率的、高导热率及抗氧化的金属材料制成。它们均采用水冷却方式以承受高温电弧冲击。其引弧原理为：当阴极前进同阳极接触后，整个系统具有抗短路的能力且电流恒定不变，当阴极缓慢离开阳极时，电弧在线圈磁力的作用下被拉出喷管外部，一定压力的空气在电弧的作用下被电离为高温等离子体。

3.1 等离子系统构成

等离子系统由燃煤、点火、控制三部分系统组成。 燃煤系统由等离子燃烧器、风粉系统（磨煤机、给粉机、暖风器系统、一次风系统、风系统）组成；点火系统由点火器、电气、空气、冷却系统组成；监控系统由壁温测量装置和图像火焰监视装置构成。

3.2 燃烧机理

等离子燃烧器采用了多级燃烧。煤粉首先经一级点燃，粉量根据燃烧器的不同在500～900kg/h之间，煤粉在一级燃烧器稳定燃烧并在出口形成二级点火源，依次逐级放大，最大可点燃12t/h的粉量。

3.3 等离子点火稳燃技术特点

等离子点火优点：燃烧器结构简单，操作控制方便，只需提供冷却水、压缩空气、交流电源和煤粉，便可实现锅炉少油或无油启停和稳燃的目的，可简化甚至不用燃油系统。

在锅炉启动阶段即可投入电除尘并可降低有害物质氮、硫氧化物等的排放量，在环保、安全方面社会效益显著；等离子点火煤粉燃烧器运行和维护费用低廉，仅是燃油的0%～15%左右。

等离子点火系统应注意的问题：为防止燃烧过程中积粉爆燃，热控规定 “两台等离子同时灭火联跳磨煤机”，所以在运行中应保证两台以上等离子燃烧器不能同时停运或失去火检。阴极寿命短（一般为20小时左右），在锅炉启停阶段稳燃需频繁更换阴极头；虽然采用了气膜防结渣，但由于等离子弧温度高，易导致燃烧室结渣。

4 气化微油点火与等离子点火系统综合比较分析

4.1 经济性比较

以某电厂为例，此电厂锅炉为SG2028/25.4超临界直流锅炉，采用四角燃烧方式；制粉系统采用中速磨煤机、直吹式制粉系统。此电厂1号锅炉采用等离子点火技术， 3号锅炉采用微油点火技术，费用如表1所示。

等离子点火与气化微油点火在点火期间消耗的费用大致相同，在初期投资成本上气化微油点火系统每套约240万元左右，等离子点火系统每套约500万元左右，比微油点火系统多投入约260万元。

4.2 技术性差异

气化微油点火技术和等离子点火技术差异比较如表2所示。

5 结论

等离子点火系统在初期经济投入上比气化微油点火系统高，在实际应用中消耗的费用大致相同，都能保证锅炉启停状态下的少油稳燃，且当燃烧器采用两层等离子的状态下能够实现无油点火。从技术性差异比较来看，由于等离子系统比气化微油点火系统复杂，维护量大于气化微油点火系统，另一方面也由于等离子阴极头寿命短，在锅炉频繁启停或者长时间低负荷稳燃状态下需要经常更换，从防止锅炉爆燃的控制逻辑设计考虑，停炉的风险性大于气化微油点火系统；从环保和节约一次能源的角度考虑，燃烧器采用两层等离子点火系统就能够实现无油点火，不需要建立庞大复杂的燃油系统，优于微油点火。

参考文献：

[1]龙立义，胡言文，何江波.气化微油点火技术在600 MW超临界机组中的应用[J].广东电力，2007：20-10.

[2]孙超凡，王公林，刘庆鑫，于文波，叶向前，陈东，郭斌.等离子点火煤粉燃烧器技术原理及其应用研究[J].广东电力，2005：18-1.

作者简介：郑立刚，男，天津宝坻人，本科，工程师，主要从事锅炉检修、金属监督工作。