等离子和气化微油点火技术在火电厂的应用

【摘 要】在当前全球燃油资源紧缺、环保指标提高、发电成本增加的严峻形势下，选择何种节油技术能使大型锅炉更安全、经济地点火启动，是火电厂面临的问题。本文对等离子与气化微油点火技术进行技术性和经济性比较，供新建机组和机组改造时进行选择。

【关键词】等离子点火 气化微油点火 安全 经济

一、工作原理

等离子点火装置是利用高压、高频触发起弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体燃烧器中心燃烧筒中形成温度高于5000K且温度梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在10ms内迅速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行，使混合物组分的粒级和成分发生变化，有助于加速煤粉的燃烧，大大地减少点燃煤粉所需要的引燃能量。气化微油点火技术是利用压缩空气的高速射流将燃油直接击碎，雾化成超细油滴进行燃烧，同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热、扩容和后期加热，在极短的时问内完成油滴的蒸发气化，使油枪在正常燃烧过程中直接燃烧气体燃料，点火方式为二级点火三级燃烧，从而大大提高燃烧效率和火焰温度。微油油枪燃烧形成的高温火焰使进人一次室的浓相煤粉颗粒破裂粉碎，并释放出大量的挥发分而迅速着火燃烧，然后由已着火燃烧的浓相煤粉在二次室内与稀相煤粉混合并点燃稀相煤粉。

二、系统设备

等离子与微油点火技术的设备有很大的差别。对比某厂2台600 Mw 机组采用等离子点火与微油点火技术时所增加的设备，采用等离子点火技术的设备较多，系统较复杂。等离子点火系统主要有：点火燃烧器、等离子发生器、电源及控制系统、压缩空气系统、冷却水系统、火焰检测系统、制粉系统、监控系统等系统构成。等离子燃烧器改造一般布置在下层原燃烧器位置，将该下层燃烧器全部改造成等离子燃烧器。气化微油系统由微油点火系统、控制系统、辅助系统、制粉系统等系统组成，其中燃油系统由燃油系统、压缩空气系统、高风压系统及气化小油枪等组成，其中控制系统根据机组控制系统不同而采取不同方式，主要包括就地手动控制和远程保护、PLC控制与FSSS联合保护、DCS控制与BMS保护等几种。

（一）煤种的适应性

一般来说，等离子燃烧器对煤质要求较高，原因是不同的煤种对应不同的稳燃能力，等离子点火技术的输入功率为50～200kW，输入功率增加时电气设备也要相应增加，因此等离子点火技术输入功率的提高受到一定的限制，还不适用于贫煤、无烟煤等低挥发分煤种。因此在锅炉启动使用等离子时，一般采用高热值、低灰分煤种。等离子点火对于Aar≤35%的烟煤，可以做到无油点火；对于35%≤Aar≤45%的烟煤，可以做到节油点火；对于Var≤19%的烟煤等离子点火已经较难适应。对于Mt≤25%， Aar≤30%的褐煤，可以实现无油点火，对于Mt≤28%， Aar≤14%的褐煤，可以实现节油点火，对于40%≤Mt≤42%的褐煤，目前点火困难。

微油点火技术是将等离子发生器换作气化油枪，同时又可以适当调节功率。由于油的热值（一般为150～300 kg/h）相对较高，这样就可适当调节和增加功率，使微油点火技术对煤种的适应性优于等离子点火技术。对于烟煤，气化微油点火所需油量较小，煤抢风的问题不突出，但是对贫煤和无烟煤，气化微油点火能量增大很多，在大幅提高油量时油抢风造成无法将煤粉引燃的问题非常突出。解决油抢风问题的措施通常是对小油枪配风，但这有可能使流速远高于火焰传播速度，造成无法点燃，油配风改造也会使燃烧器的阻力有所增加。因此这两种点火技术在点火能量上都存在局限性，都对煤质提出了较高的要求。

（二）点火特性

等离子点火与微油点火初期的煤粉燃烧率低是必然的，这由点火能量决定的。一方面，煤粉不可能在燃烧初期完成较充分的燃烧；另一方面，大量的煤粉在风包粉后期混合燃烧，炉膛温度水平决定了燃烧率的高低。因此，点火过程中燃烧率的变化随着炉膛温度水平的提升而由低到高发生变化，在锅炉冷态工况下，投运节油点火装置前必须有相应的冷炉启动系统以提高一次风温及炉膛温度。一般点火初期过大的气膜风不利于燃烧器喷口着火稳定，通常在点火期间尽可能不开或者少开燃烧器的周界风。着火稳定后气膜风逐步增加，对等离子燃烧器壁温的改善较明显，同时可提高燃烧器在点火初期的稳燃特性。在锅炉启停初期，都可以投入电除尘运行，满足环保要求。

（三）可靠性

等离子点火的易损部位是阴阳极，一般阴极寿命在100H左右，阳极在500-1000H左右，维护人员一般根据等离子装置使用情况及时间，定期进行检查维护，来提高可靠性。同时等离子运行中断弧，也是影响点火的主要因素，如采用压缩空气，由于内部油水等杂质，很容易导致断弧，因此必须要设置专用的等离子载体风机。气化微油点火技术由于油枪出力低，雾化孔径比较小，油管路中稍有杂物就容易油枪堵塞，造成灭火，从而威胁点火安全，因此小油枪积炭堵塞，是气化微油点火的主要故障之一。因此气化微油点火技术安全运行关键保持油管路及孔径清洁。所以安装及运行中保持系统的清洁至关重要。

（四）燃烧器结渣情况：

由于等离子燃烧器内阴极运行时间长易烧损，造成漏水，很容易造成管道内积粉、结渣，最后造成燃烧器退出运行，因此现在普遍采用在寿命周期前，或者根据使用情况更换阴、阳极头。气化微油点火采用分级燃烧技术，煤粉气流在进入燃烧器的每一级时会产生内外气膜风，内气膜风隔离火焰对燃烧器壁面的冲刷，同时内、外气膜风对燃烧器又有冷却作用，从而能起到防结焦和烧损的功能。而且气化微油燃烧器内设壁温监测，当壁温温升过快时，可及时调整二次风对一次风管进行冷却，可防止燃烧器烧坏。

三、结束语

综上所述，对于燃用神华煤的电厂，等离子和气化微油点火技术都比较经济安全，但对于燃用煤质相对较差的话，气化微油点火由于在点燃能力方面有较大的调整空间和燃烧率，因此在煤质劣化方面有优势。所以对于新改建机组，煤质波动较大的情况下，建议优先选用气化微油点火技术。

参考文献：

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[2]蒋周进，陈华安.1025t/h锅炉气化小油枪及稳燃技术的应用与实验J，电力设备，2006，7（5）