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【摘要】文章介紹了等離子點火和微油點火燃燒器在燃煤機組上的工作原理和應(yīng)用，并簡述各自的優(yōu)缺點，以供新建和已投產(chǎn)燃煤機組選用時參考。
【關(guān)鍵詞】等離子點火；微油點火；燃煤機組
隨著我國經(jīng)濟又好又快發(fā)展，電力的需求迅猛。到2005年底，裝機容量已超過5億kW，其中火電占全國裝機容量的75.6％。機組的啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃需消耗大量的石油資源，年耗油量達(dá)到1322萬t。到2020年，我國燃煤發(fā)電機組裝機容量將達(dá)到10億kW。
當(dāng)前，國際原油價格不斷攀升，每桶已高達(dá)135美元，因此，控制鍋爐燃油消耗已成為各個燃煤電廠的不得不面對的現(xiàn)實問題。傳統(tǒng)的大油槍點火方式已不能適應(yīng)日益緊張的石油資源供應(yīng)形勢，等離子點火、小油槍點火技術(shù)等各種無油或少油點火穩(wěn)燃節(jié)油技術(shù)不斷涌現(xiàn)。等離子點火和微油點火穩(wěn)燃節(jié)油技術(shù)既節(jié)油，又可以在點火期間就投運電除塵器，具有良好的環(huán)保效益，已得到廣大用戶的認(rèn)可。本文將對兩種穩(wěn)燃技術(shù)優(yōu)缺點加以探討和比較，以供新建機組和舊機組改造時參考。
一、等離子點火技術(shù)
?。ㄒ唬┑入x子點火系統(tǒng)工作原理
直流電流在一定介質(zhì)氣壓的條件下引弧，并在強磁場控制下獲得穩(wěn)定功率的定向流動空氣等離子體，該等離子體在點火燃燒器中形成T>4000K的梯度極大的局部高溫火核，煤粉顆粒通過該等離子“火核”時，迅速釋放出揮發(fā)物、再造揮發(fā)份，并使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒，達(dá)到點火并加速煤粉燃燒的目的。
等離子體內(nèi)含有大量的化學(xué)活性粒子，如原子（C、H、O）離子（O2-、H+、OH-）和電子等。它們可加速熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，促進(jìn)燃料完全燃燒。
等離子發(fā)生器由線圈、陰極、陽極組成。其中陰極和陽極由高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱率及抗氧化的特殊材料制成，以承受高溫電弧沖擊。線圈在高溫情況下具有抗直流高壓擊穿能力。電源采用全波整流并具有恒流性能。其發(fā)火原理為：在一定輸出電流條件下，當(dāng)陰極前進(jìn)同陽極接觸后，系統(tǒng)處在短路狀態(tài)，當(dāng)陰極緩緩離開陽極時產(chǎn)生電弧，電弧在線圈磁場的作用下被拉出噴管外部。壓縮空氣在電弧的作用下，被電離為高溫等離子體，進(jìn)入燃燒器點煤粉。等離子燃燒器結(jié)構(gòu)如下圖所示：
?。ǘ┑入x子點火系統(tǒng)構(gòu)成
等離子燃燒系統(tǒng)由點火系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)兩大部分組成。點火系統(tǒng)由等離子燃燒器、等離子發(fā)生器、電源控制柜、隔離變壓器、控制系統(tǒng)等組成；輔助系統(tǒng)由壓縮空氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)、一次風(fēng)在線測速系統(tǒng)等組成。
（三）技術(shù)特點
1．陽極與陰極使用抗氧化材料，使等離子體載體可以采用廉價易得的壓縮空氣，降低了運行成本；
2．輸出電功率可達(dá)到100KW以上，陽極使用壽命長（≥1000小時），適合與各種燃燒器配合；
3．燃燒器采用了分級燃燒、氣膜冷卻及濃淡分離等技術(shù)，使其適應(yīng)煤種范圍寬，對煤粉細(xì)度無特殊要求，且出力大、不易結(jié)焦、耐磨損、使用壽命長；
4．供電電源及控制主機采用了總線式的通訊方式，切換方便，兩臺單元式鍋爐可采用共用一套供電電源、各自使用獨立的操作界面的辦法，從而節(jié)省大量的初始投資，提高設(shè)備的利用率。
?。ㄋ模┑入x子點火穩(wěn)燃節(jié)油技術(shù)在廣東惠來電廠2×600MW應(yīng)用
1．惠來電廠2×600MW鍋爐概況。惠來電廠一期2×600MW機組鍋爐為東方鍋爐廠設(shè)計制造，超臨界壓力直流爐，一次中間再熱、前后墻對沖燃燒、中速磨煤機正壓直吹式制粉系統(tǒng)。設(shè)計煤種為神華東勝煤,校核煤種為晉北朔州煤。采用煙臺龍源等離子點火穩(wěn)燃技術(shù)。
2．惠來電廠2×600MW節(jié)油成果。在１號機組沖管的過程中，由于采用了先進(jìn)的等離子點火技術(shù)，未投用一滴助燃油，節(jié)省燃油近1800噸，直接節(jié)省費用達(dá)1000萬元。實際運行證明,等離子點火器一次投入成功率達(dá)99%,該系統(tǒng)安全可靠,試運行全過程實現(xiàn)了零油耗,既經(jīng)濟又環(huán)保。目前電廠煤源以神華東勝煤為主,山西混煙煤為輔,煤種著火、燃盡性能良好且煤質(zhì)穩(wěn)定,這是等離子點火和穩(wěn)燃技術(shù)在惠來電廠取得很好成績的必要條件。
二、微油點火穩(wěn)燃技術(shù)
?。ㄒ唬┪⒂忘c火燃燒器的工作原理
微油燃燒器由油燃燒室、煤粉一級燃燒室、煤粉二級燃燒室，煤粉三級燃燒室組成，該燃燒器既能保證安全、穩(wěn)定地點燃，又能作為主燃燒器功能，保持原主燃燒器的原有性能。微油煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖：
微油燃燒器的工作原理：微油槍在微油燃燒室內(nèi)氣化并點燃燃燒，產(chǎn)生的高強度火焰進(jìn)入到微油燃燒器的一級燃燒室，與進(jìn)入一級燃燒室的煤粉氣流混合，發(fā)生強烈的化學(xué)反應(yīng)，煤粉裂解同時產(chǎn)生大量揮發(fā)分并被點燃，被點燃的煤粉火焰隨氣流進(jìn)入到二級燃燒室，在這里引燃進(jìn)入到二級燃燒室的煤粉氣流，依次類推進(jìn)入三級燃燒室，實現(xiàn)分級燃燒和能量逐級放大，引燃絕大多數(shù)煤粉，在燃燒器出口產(chǎn)生約1200℃的煤粉火焰。
?。ǘ┪⒂拖到y(tǒng)組成
微油系統(tǒng)由微油點火系統(tǒng)、一次風(fēng)加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。
微油點火系統(tǒng)由微油進(jìn)油管路、壓縮空氣管路、微油燃燒器、微油燃燒助燃風(fēng)、以及微油點火、火檢、爐膛壁溫監(jiān)測等組成；
直吹式制粉系統(tǒng)還應(yīng)增加一次風(fēng)暖風(fēng)加熱系統(tǒng)；
控制系統(tǒng)主要對點火系統(tǒng)和一次風(fēng)加熱系統(tǒng)納入就地和遠(yuǎn)程DCS控制，進(jìn)行就地控制操作和遠(yuǎn)程控制操作，實現(xiàn)鍋爐微油點火和燃燒的安全保護(hù)及連鎖，確保鍋爐的安全、穩(wěn)定、可靠運行。
?。ㄈ┪⒂腿紵募夹g(shù)特點
1．大幅度降低鍋爐啟停及低負(fù)荷穩(wěn)燃時的用油量，節(jié)油率可達(dá)到95％以上；
2．點火初期煤粉燃盡率高，可達(dá)80%以上（煙煤），并能有效控制冷爐點火初期冒黑煙的現(xiàn)象。在鍋爐啟停階段，可投入電除塵，滿足環(huán)保要求；
3．煤種適應(yīng)性廣，可以做到每支油槍用油＜250kg/h的微油燃燒引燃煤粉的能力。對于煙煤，基本上可控制＜80kg/h （每支油槍）即可滿足600MW機組的應(yīng)用；對于貧煤和無煙煤，則需要200Kg/h出力的油槍；
4．采用高規(guī)格的耐溫、耐磨損材料，使用氣膜冷卻技術(shù)，燃燒器運行安全；
5．微油燃燒器運行參數(shù)（煤粉濃度、一次風(fēng)速）可控范圍寬,煤粉濃度0.2～0.8kg(煤粉)/kg（空氣） 一次風(fēng)速20～32m/s(煙煤)，?18～24m/s(貧煤、無煙煤)，在以上參數(shù)范圍內(nèi)變化時，一次風(fēng)煤粉均能被很好引燃；
6．節(jié)油顯著，節(jié)油率:煙煤一般在95％以上，貧煤、無煙煤在70～80％之間；
7．初投資省，系統(tǒng)簡單，改造工程量小，投資回收率高，運行維護(hù)成本低；
8．微油系統(tǒng)所有熱工信號均可直接送至DCS，由DCS統(tǒng)一調(diào)度控制，所有操作和保護(hù)均通過DCS實現(xiàn)。
（四）微油點火穩(wěn)燃技術(shù)在廣東汕尾電廠＃2爐(600MW)改造應(yīng)用
1．汕尾電廠＃2爐概況。汕尾電廠2×600MW機組鍋爐為東方鍋爐廠設(shè)計制造，超臨界壓力直流爐，一次中間再熱、前后墻對沖燃燒、中速磨煤機正壓直吹式制粉系統(tǒng)。
2．改造內(nèi)容。采用杭州意能節(jié)能技術(shù)有限公司微油點火穩(wěn)燃技術(shù)，將#2爐后墻下層A磨對應(yīng)的六只燃燒器改成微油點火煤粉燃燒器，在實現(xiàn)鍋爐微油冷爐啟動和低負(fù)荷穩(wěn)然的前提下，確保原主燃燒器的動量不變以及基本性能不變，同時兼具主燃燒器的功能。
微油點火槍參數(shù):工作油壓0.5～2.5MPa,單支微油槍出力30～68kg/h。
對于直吹式制粉系統(tǒng)，存在冷態(tài)啟動時由于熱風(fēng)溫度不夠，不能干燥制粉的問題，通過采用蒸汽暖風(fēng)器加熱磨煤機入磨冷風(fēng)的方式來解決這個問題。
2.4.3 改造成果：
?。?）在不投大油槍的情況下，鍋爐能應(yīng)用微油點火技術(shù)實現(xiàn)改造后升溫升壓、汽機沖轉(zhuǎn)、帶負(fù)荷等整個冷態(tài)啟動過程，同時也適用于鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃。。
（2）微油燃燒器能順利點燃煤粉，火焰明亮，燃燒穩(wěn)定，燃燒器長期運行壁溫正常、不結(jié)焦。同時撤出微油槍后氣化微油燃燒器作為主燃燒器運行時，在一次風(fēng)風(fēng)速正常的情況下，相應(yīng)給煤量能滿足鍋爐帶滿負(fù)荷的要求，滿足做為主燃燒器使用的要求。
?。?）6支微油槍額定運行參數(shù)（1.5MPa）油耗才300kg/h，節(jié)油率達(dá)到90%以上。
三、等離子點火和微油點火的優(yōu)缺點
?。ㄒ唬┑入x子點火技術(shù)優(yōu)點
1．節(jié)油率高，對于適應(yīng)煤種可以做到無油啟動。
2．具備取消油系統(tǒng)，建立全無油電廠的條件。
3．等離子電弧不需要配風(fēng)，直徑可以做到較細(xì)。
4．已有400多臺鍋爐成功應(yīng)用的業(yè)績。
5．點火期間就可投運電除塵器，具有良好的環(huán)保效益。
?。ǘ┑入x子點火技術(shù)缺點
1．因受發(fā)生器功率限 制，煤質(zhì)適應(yīng)范圍較窄，比較適用于煙煤等揮發(fā)份較高容易著火的煤種。
2．系統(tǒng)較復(fù)雜，關(guān)聯(lián)因素太多(風(fēng)、水、電)，穩(wěn)定性和可靠性還需進(jìn)一步提升。
3．造價高，單臺爐要400多萬元。
4．運行維護(hù)費用大，陰極棒壽命保證為50小時，每支費用約1200元；陽極棒壽命保證為1000小時，每支費用約10000元。
5．煤燃燒室采用氣膜冷卻，對氣膜冷卻要求高，容易導(dǎo)致燃燒室結(jié)渣。
?。ㄈ┥儆忘c火技術(shù)優(yōu)點
1．系統(tǒng)簡單可靠，小油槍和原大油槍系統(tǒng)類似，電廠檢修人員容易維護(hù)，運行人員容易操作。
2．油槍出力易調(diào)節(jié)，適應(yīng)多種煤種，煙煤貧煤和無煙煤都可適用，也適用于倉儲或直吹式各種制粉系統(tǒng)。
3．節(jié)油可達(dá)95％以上。
4．系統(tǒng)設(shè)備造價較低，對于已經(jīng)有油系統(tǒng)的鍋爐改造費用不高，不超過200萬元。
5．煤燃燒室采用氣膜冷卻，燃燒室不容易結(jié)渣。
6．點火期間就可投運電除塵器，具有良好的環(huán)保效益
?。ㄋ模┥儆忘c火技術(shù)缺點
1．因小油槍流量很小，油槍噴嘴直徑很小，直徑通常只有1mm，易堵塞，可在油系統(tǒng)供油前部安裝燃油過濾器來解決。
2．小油槍因其結(jié)構(gòu)限 制，軸向布置較困難，因此目前軸向布置一般采用普通空氣霧化油槍。
3．小油槍燃燒需要配風(fēng)，而且小油槍霧化需要一定的角度,所以小油槍燃燒室要有一定的直徑，一定程度上增加了煤粉燃燒器的阻力。
四、總結(jié)
隨著社會對原油的不斷消耗，原油資源越來越稀缺，無論從節(jié)能或者環(huán)保方面來考慮，燃煤電廠必須選擇采用等離子點火或者微油點火等等少油或無油點火穩(wěn)燃技術(shù)。
我們可以根據(jù)使用的煤種、現(xiàn)場場地以及費用等等實際因素來決定采用等離子或微油點火穩(wěn)燃技術(shù)。對于進(jìn)廠煤種不穩(wěn)定，原來已經(jīng)有輕油系統(tǒng)的機組，選擇微油點火穩(wěn)燃技術(shù)比可靠經(jīng)濟。對于有可靠的煤源，煤質(zhì)穩(wěn)定，而且是煙煤等揮發(fā)份較高易于燃燒的煤種，我們可以大膽取消燃油系統(tǒng)，一步到位，采用等離子點火穩(wěn)燃技術(shù)。
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【作者簡介】吳耀全（1971- ），男，廣東粵華發(fā)電有限責(zé)任公司工程師，研究方向：鍋爐運行和設(shè)備管理。
