等離子與油點(diǎn)火在準(zhǔn)大發(fā)電廠的成功應(yīng)用

郝轟宇 牛美榮

[摘 要] 本文介紹了內(nèi)蒙古國電能源投資有限公司準(zhǔn)大發(fā)電廠，等離子與油點(diǎn)火的成功應(yīng)用，對其基本原理，燃燒機(jī)理、系統(tǒng)組成、煤種適應(yīng)性、點(diǎn)火方式等進(jìn)行了闡述。幾年的運(yùn)行結(jié)果表明：等離子點(diǎn)火裝置具有節(jié)省啟動階段燃油的能力，運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低廉，結(jié)構(gòu)簡單，操作控制方便等優(yōu)點(diǎn)，有較大的推廣應(yīng)用價值。與油點(diǎn)火相結(jié)合，在提高經(jīng)濟(jì)效益的同時，也提高了機(jī)組的安全性能。

[關(guān)鍵詞] 燃燒器等離子油槍點(diǎn)火原理系統(tǒng)組成

1.概述

大型工業(yè)煤粉鍋爐的點(diǎn)火和穩(wěn)燃傳統(tǒng)上都是采用重油或者天然氣等稀有燃料來實(shí)現(xiàn)的，近年來，隨著世界性的能源緊張，原油價格不斷上漲，火力發(fā)電燃油越來越受到限制。等離子點(diǎn)火是一種新型的鍋爐啟停與穩(wěn)燃技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)煤粉鍋爐無油點(diǎn)火和低負(fù)荷燃燒。

2.等離子點(diǎn)火的組成及工作原理

2.1等離子的點(diǎn)火原理

利用直流電流在等離子載體空氣中接觸引弧，并在強(qiáng)磁場控制下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在專門設(shè)計的燃燒器的中心燃燒筒中形成溫度T＞5000K的，溫度梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過該等離子“火核”受到高溫作用，并在10-3秒內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物，使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行，使混合物組分的粒級和成分發(fā)生變化，有助于加速煤粉的燃燒，大大地減少點(diǎn)燃煤粉所需要的引燃能量。這樣就可以用很低的能量點(diǎn)燃部分煤粉。然后，以內(nèi)燃，逐級放大的方式，將整個燃燒器點(diǎn)燃，實(shí)現(xiàn)用等離子弧直接點(diǎn)火的目的。

2.2等離子點(diǎn)火系統(tǒng)組成

等離子體點(diǎn)火燃燒器、等離子體發(fā)生器、等離子體電源及控制系統(tǒng)、冷爐制粉系統(tǒng)、風(fēng)粉在線檢測系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水系統(tǒng)以及火焰檢測等系統(tǒng)構(gòu)成。

等離子燃燒器改造一般布置在下層原主燃燒器位置，將該下層燃燒器一部或全部改造為等離子燃燒器，準(zhǔn)大發(fā)電廠300MW的鍋爐，設(shè)4臺等離子燃燒器。

3.煤種適應(yīng)性

從實(shí)際使用情況看，等離子對煤質(zhì)穩(wěn)定性的要求較高，主要是因?yàn)椴煌拿嘿|(zhì)穩(wěn)定點(diǎn)燃所需的點(diǎn)火能量不同，等離子技術(shù)的點(diǎn)火輸入功率一般為110kW左右（約10kg油的發(fā)熱量），容量增加時電氣設(shè)備也要相應(yīng)增加，較為困難，因此輸入功率的提高受到一定的限制。

等離子點(diǎn)火技術(shù)對于Aar≤ 35％的煙煤，可以做到無油點(diǎn)火；對于Aar＝35～45％的煙煤，可以做到節(jié)油點(diǎn)火；對于，Var≤ 19％的煙煤等離子點(diǎn)火已經(jīng)較難適應(yīng)。對于Mt≤25％，Aar≤30％的褐煤，可以實(shí)現(xiàn)無油點(diǎn)火，對于Mt≤28％，Aar≤14％的褐煤,可以實(shí)現(xiàn)節(jié)油點(diǎn)火。對于Mt=40～42%的褐煤，目前點(diǎn)火困難，需用油槍伴燒。

氣化油槍點(diǎn)火技術(shù)實(shí)際是借鑒了等離子點(diǎn)火的系統(tǒng)工程技術(shù)，只是將等離子發(fā)生器換為了氣化油槍，同時又可適當(dāng)調(diào)節(jié)和增加功率。因此，對于煤種的適應(yīng)性好于等離子點(diǎn)火技術(shù)。它可以適應(yīng)于所有煙煤，但是對于Var≤ 19％的煙煤小油槍的出力將提高到150kg/h以上。

4.冷爐點(diǎn)火

冷爐點(diǎn)火方式有多種選擇：先點(diǎn)燃油槍，待爐內(nèi)溫度升高，熱風(fēng)溫度可以滿足制粉系統(tǒng)制粉后投入等離子點(diǎn)火，再撤出油槍；利用鄰爐熱風(fēng)制粉或在磨煤機(jī)入口加裝暖風(fēng)器的方式，滿足點(diǎn)火初期制粉的需要，直接用等離子或氣化油槍點(diǎn)火啟動；

等離子和氣化小油槍標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計都配有冷爐制粉系統(tǒng)，主要是在進(jìn)行改造的燃燒器對應(yīng)磨煤機(jī)的入口安裝暖風(fēng)器，暖風(fēng)器的設(shè)計既要保證在冷爐階段的制粉出力的要求，又不能對管道阻力造成較大影響。

通過降低點(diǎn)火初期的磨煤機(jī)出力和采用管道煤粉濃縮技術(shù)保證煤粉穩(wěn)定的點(diǎn)燃，減小初期機(jī)組啟動熱負(fù)荷。冷爐點(diǎn)火階段，兩種點(diǎn)火方式均能滿足鍋爐冷態(tài)啟動曲線的要求，為避免過熱器氧化皮脫落的問題，剛開始點(diǎn)火時升溫速率較高（在規(guī)程要求之內(nèi)），可能會造成氧化皮的脫落，冷爐點(diǎn)火時先投油槍暖爐后再用等離子或小油槍的點(diǎn)火方式，這一問題的關(guān)鍵，是降低初始功率。冷爐點(diǎn)火階段，兩種點(diǎn)火方式均能滿足鍋爐冷態(tài)啟動曲線的要求。

5.鍋爐點(diǎn)火初期煤粉量

鍋爐點(diǎn)火初期的煤粉量受兩個因素影響，一是鍋爐的初始燃燒率，二是磨煤機(jī)的最小出力。

根據(jù)等離子點(diǎn)火的測試結(jié)果，初始燃燒率不超過額定負(fù)荷的5%，對于我廠用煤滿負(fù)荷時總煤量在180噸左右，考慮到冷爐點(diǎn)火初期的燃盡率，如為85％，機(jī)組啟動時的燃煤量不能超過8噸。

磨煤機(jī)的最小出力是直接反映鍋爐剛啟動時的輸入熱量，最小出力大于鍋爐初始燃燒率時，鍋爐的溫升速率會提高，因此，為減小溫升速率過高，對于必須設(shè)法進(jìn)一步降低磨煤機(jī)的出力（低于磨煤機(jī)設(shè)計最小出力）。但磨煤機(jī)的最小出力受磨煤機(jī)型式，干燥、研磨、通風(fēng)、基本出力、磨煤機(jī)振動的制約。采取調(diào)整磨煤機(jī)加載、控制風(fēng)溫等方法，進(jìn)一步降低后的磨煤機(jī)最低出力差別較大。一般出力過低時磨煤機(jī)振動較大，磨煤機(jī)安全運(yùn)行受到威脅。因此，磨煤機(jī)出力的降低是有一定限度的。同時磨煤機(jī)的出力降低后由于風(fēng)量不是等比降低的，造成煤粉濃度下降，在煤粉濃度低于0.20kg/kg時對于等離子點(diǎn)火技術(shù)較難點(diǎn)燃，油點(diǎn)火技術(shù)由于油量較大，輸入熱量是等離子的2倍以上，所以點(diǎn)燃能力較強(qiáng)，但為保證點(diǎn)火的可靠性，兩種技術(shù)都采用了管道煤粉濃縮技術(shù)。

6.助燃效果與低負(fù)荷穩(wěn)燃性能

在鍋爐正常運(yùn)行期間，等離子和氣化油點(diǎn)火設(shè)備處于備用狀態(tài)，等離子或氣化油點(diǎn)火燃燒器作為主燃燒器使用時，穩(wěn)燃性能有所下降。當(dāng)鍋爐接近或達(dá)到最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷以下時，等離子點(diǎn)火或氣化油點(diǎn)火設(shè)備可投入穩(wěn)定負(fù)荷。

7.可靠性分析

等離子點(diǎn)火易損部件主要是陰極和陽極，一般陰極的壽命在100h左右，陽極的壽命在500～1000h之間，根據(jù)拉弧時間的長短，制造廠設(shè)計了陰陽極壽命監(jiān)測裝置，可作為更換時的參考，但因陰極的壽命相對較短，等離子裝置使用期間，運(yùn)行維護(hù)人員必須加強(qiáng)監(jiān)視和維護(hù)，以提高可靠性。

等離子點(diǎn)火斷弧，是威脅點(diǎn)火安全的主要問題，主要是需要保證載體風(fēng)的品質(zhì)，準(zhǔn)大電廠采用壓縮空氣作為等離子載體。氣化油點(diǎn)火技術(shù)最常見的故障是小油槍堵塞造成滅火。對于煙煤由于油槍出力低，霧化裝置孔徑較小，油管路稍有雜物即造成堵塞，造成燃燒器滅火，威脅點(diǎn)火的安全。油槍積炭堵塞，也是主要故障之一。因此，氣化油點(diǎn)火技術(shù)關(guān)鍵在于油管路的施工工藝，準(zhǔn)大電廠采用氬弧焊打底，電焊蓋面，油管路用蒸汽吹掃以后以后充油。并定期清理油槍濾網(wǎng)和油槍頭，以保證油的質(zhì)量、管道干凈，大大提高了可靠性。

8.結(jié)論

通過對我廠＃1 機(jī)組鍋爐安裝的等離子點(diǎn)火煤粉燃燒器的調(diào)整試驗(yàn)和運(yùn)行狀況，我們認(rèn)為：

1）等離子點(diǎn)火具有節(jié)省啟動調(diào)試階段燃油的作用，若在吹管階段即投運(yùn)，則節(jié)油更可觀。投產(chǎn)后，它還具有節(jié)省機(jī)組運(yùn)行、調(diào)峰階段助燃用油的能力，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

2）運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低廉，僅是燃油的15%～0%。

3）DLZ-200 型等離子點(diǎn)火煤粉燃燒器在環(huán)保、安全方面社會效益顯著。可降低有害物質(zhì)氮、硫氧化物等的排放量，避免了用油點(diǎn)火初期因不能投入電除塵器而排放的大量煙塵，可更早投入電除塵器，更避免了使用燃油帶來的諸多不安全隱患。

4）等離子點(diǎn)火煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)簡單，操作控制方便。只需提供冷卻水、壓縮空氣、交流電源和煤粉，便可實(shí)現(xiàn)鍋爐用較少量燃油或無油啟停和穩(wěn)燃的目的，可簡化甚至不用燃油系統(tǒng)。而油點(diǎn)火有著操作快捷，容易控制，尤其是在點(diǎn)火初期，其更能顯出燃燒穩(wěn)定，燃燒迅速的特點(diǎn)，兩者的相互配合不僅提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)型，同時也大大提高了其運(yùn)行的安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]《等離子點(diǎn)火系統(tǒng)應(yīng)用維護(hù)手冊》

[2]《燃油點(diǎn)火系統(tǒng)說明書》

[3]《準(zhǔn)大發(fā)電廠檢修規(guī)程點(diǎn)火系統(tǒng)控制部分》

作者簡介:

郝轟宇(1976年-)，男，工程師，熱工班長，主要從事發(fā)電廠熱工方面的研究。