论锅炉等离子点火与微油点火的应用

【摘 要】大容量锅炉的点火方式，对燃煤电厂经济性越发重要，已经引起足够重视。

【关键词】锅炉；点火方式；应用

0.前言

当前，大型锅炉采用等离子和气化微油点火技术都比较成熟，虽然两种点火方式性能、投资、经济性有一定差异，但在现实应用中都有广泛的市场，以下将从几个方面对二者进行对比，以期确定我公司新建机组的具体采用形式。

1.等离子点火与微油点火的工作原理

（1）等离子的点火原理是：利用直流电流在等离子载体空气中接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在专门设计的燃烧器的中心燃烧筒中形成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10-3秒内迅速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。

（2）气化微油点火燃烧器的工作原理是：先利用压缩空气的高速射流将燃料油直接击碎，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，在极短的时间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，从而大大提高燃烧效率及火焰温度。气化燃烧后的火焰刚性极强、其传播速度极快超过声速、火焰呈完全透明状（根部为蓝色，中间及尾部为透明白色），火焰中心温度高达1500～2000℃。微油气化油枪燃烧形成的高温火焰，使进入一次室的浓相煤粉颗粒温度急剧升高、破裂粉碎，并释放出大量的挥发份迅速着火燃烧，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，实现了煤粉的分级燃烧，燃烧能量逐级放大，达到点火并加速煤粉燃烧的目的，大大减少煤粉燃烧所需引燃能量。满足了锅炉启、停及低负荷稳燃的需求。

2.等离子点火与微油点火的系统组成

（1）等离子点火系统主要有：等离子体点火燃烧器、等离子体发生器、等离子体电源及控制系统、冷炉制粉系统、风粉在线检测系统、压缩空气系统、循环冷却水系统以及火焰检测等系统构成。

（2）气化微油点火燃烧器一般安装在最下层的一层或二层主燃烧器位置，安装数量与等离子基本相同。

系统构成：由燃油系统、送粉系统、控制系统、辅助系统等部分组成。

燃油系统由燃油系统、压缩空气系统、高压风系统及气化小油枪等组成。

控制系统根据机组控制系统不同而采取不同方式，主要有就地手动控制与远程保护、PLC控制与FSSS联合保护、DCS控制与BMS（或FSSS）保护等几种。

3.煤种适应性

（1）从实际使用情况看，等离子对煤质稳定性的要求较高，主要是因为不同的煤质稳定点燃所需的点火能量不同，等离子技术的点火输入功率一般为110kW左右（约10kg油的发热量），容量增加时电气设备也要相应增加，较为困难，因此输入功率的提高受到一定的限制。

（2）气化小油枪点火技术实际是借鉴了等离子点火的系统工程技术，只是将等离子发生器换为了气化油枪，同时又可适当调节和增加功率。因此，对于煤种的适应性好于等离子点火技术。它可以适应于所有烟煤，但是对于Var≤19%的烟煤小油枪的出力将提高到150kg/h以上。

对于贫煤和无烟煤，小油枪要完全借鉴等离子点火的技术就有较大困难。因为等离子弧不消耗氧气，小油枪点火必须消耗氧气。对于烟煤，小油枪所需油量较小，煤油抢风的问题不突出，对于贫煤和无烟煤，小油枪的油量需要达到150～300kg/h，煤油抢风造成无法将煤粉引燃的问题非常突出。

4.锅炉点火初期煤粉量

锅炉点火初期的煤粉量受两个因素影响，一是锅炉的初始燃烧率，二是磨煤机的最小出力。

根据等离子点火的测试结果，初始燃烧率不超过额定负荷的5%，对于600MW亚临界机组燃用神华煤满负荷时总煤量在225吨左右，考虑到冷炉点火初期的燃尽率，如为85%，机组启动时的燃煤量不能超过13.2吨。

磨煤机的最小出力是直接反映锅炉刚启动时的输入热量，最小出力大于锅炉初始燃烧率时，锅炉的温升速率会提高，如HP983磨煤机燃用神华煤时设计出力最大出力是63.5t/h，最小出力一般为最大出力的25%，即15.8t/h，大于锅炉初始燃烧率。因此，为减小温升速率过高，对于大型机组必须设法进一步降低磨煤机的出力（低于磨煤机设计最小出力）。但磨煤机的最小出力受磨煤机型式、干燥、研磨、通风、基本出力、磨煤机振动的制约。等离子和气化微油点火设计厂家与运行电厂都已通过试验调整，如采取调整磨煤机加载、控制风温等方法，但各电厂进一步降低后的磨煤机最低出力差别较大，即使是同型号、同煤种的磨煤机由于控制措施的不同差别也很大，如HP983磨煤机的磨煤机的最小出力范围在7～14之间。一般出力过低时磨煤机振动较大，磨煤机安全运行受到威胁。因此，磨煤机出力的降低是有一定限度的。同时磨煤机的出力降低后由于风量不是等比降低的，造成煤粉浓度下降，在煤粉浓度低于0.20kg/kg时对于等离子点火技术较难点燃，气化微油点火技术由于油量较大，输入热量是等离子的2倍以上，所以点燃能力较强，但为保证点火的可靠性，两种技术都采用了管道煤粉浓缩技术。因设计能力和专利的限制，各个厂家的浓缩方式和效果有所区别，等离子点火系统管道浓缩技术比较成熟，能够确保管道平均煤粉浓度在0.16～0.2kg/kg 的条件下可靠地点燃，这对于缩短磨煤机启动到点燃，确保点火时不发生爆燃有重要作用。

5.可靠性分析

等离子点火易损部件主要是阴极和阳极，一般阴极的寿命在100h左右，阳极的寿命在500～1000h之间，根据拉弧时间的长短，制造厂设计了阴阳极寿命监测装置，可作为更换时的参考，但因阴极的寿命相对较短，等离子装置使用期间，运行维护人员必须加强监视和维护，以提高可靠性。

等离子点火断弧，是威胁点火安全的主要问题，主要是需要保证载体风的品质，如采用压缩空气作为等离子载体，应采用仪用压缩空气。气化微油点火技术最常见的故障是小油枪堵塞造成灭火。对于烟煤由于油枪出力低，雾化装置孔径较小，油管路稍有杂物即造成堵塞，造成燃烧器灭火，威胁点火的安全。小油枪积炭堵塞，也是主要故障之一。小油枪主要的维护工作在于滤网和油枪头的清理，必须保证油的质量、管道干净，根据滤网压差的情况定期做一下清理，才能保证投入。综合比较，气化微油点火技术由于较等离子点火系统简单，可靠性高一些。

6.环保方面

6.1等离子点火与微油点火的粉尘排放

按照常规的试运方法，机组在试运期间要长期低负荷运行，此期间锅炉纯烧油或油煤混烧，为避免未燃尽的油滴粘污锅炉电除尘器的电极，电除尘器无法正常投入，大量烟尘直接排放到大气中，给环境带来严重的污染，同时烟气中的粉尘会对锅炉引风机叶片造成磨损。据统计，300～399MW机组每次启停烟尘排放平均为42吨，500～800 MW机组每次启停烟尘排放平均为70吨。如果机组采用没有旁路的烟气脱硫系统，点火初期的粉尘会污染吸收塔浆液。当然虽然投入电除尘器但未完全燃烧煤粉不可能全部收集，吸收塔浆液还是有一定的污染可能，根据运行情况需进行浆液部分置换。

在机组试运期间投入等离子或气化微油点火系统，电除尘器可以在锅炉启动及低负荷期间正常投入，大大减少粉尘的排放，避免环境污染和引风机磨损，给电厂带来显著的社会效益和经济效益。

6.2对NOx的影响

采用等离子和气化小油枪点火技术的主要目的是节油，降低高品质的油耗量。

等离子点火燃烧器，本身也是一种，空气和燃料深度分级的燃烧器，如果设计控制的好，在正常运行中也投入等离子发生器点火装置运行，有利于提前着火，有利于燃尽且提前进入火焰内还原区，对降低NOx有好处，但采用等离子或气化微油点火煤粉燃烧器仍需要考虑尽量不降低锅炉的热效率、不增加锅炉的NOx排放。

7.结论

从以上分析得出，等离子点火系统在诸多方面具有优势，因此建议我公司发电工程宜选用等离子点火系统，并且采取一些辅助措施，而气化微油点火做为备用方案考虑。

【参考文献】

[1]锅炉等离子点火技术的革命.

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