等离子点火技术在600MW燃煤机组中的应用

张国良

摘 要：通过等离子点火技术在大唐国际盘山电厂600MW燃煤机组中的应用，指出了等离子燃烧技术为燃煤机组在经济和环保方面提供的诸多优势。等离子点火技术的工作原理是通过采用直流空气等离子体作为点火源来点燃煤粉的，这样可以实现燃煤锅炉冷态启动中的无油点火，这项先进的技术必将成为燃煤电厂点火和稳燃的首选设备。

关键词：经济；等离子；点火；煤粉

引言

从我国目前的能源结构中分析，油资源短缺是一个不争的事实，我国每年所消耗的石油都要大量依靠进口来满足国内日益增长的需要，这是一项耗费巨额资金的经济活动。面对国内油资源短缺这一严峻事实，我们迫切需要节约燃油来减少进口。当前情况下石油已成为影响我国能源安全和经济发展的重要战略物资，通过节约和寻找燃油替代品来保证国家能源和经济安全已经被提上了重要日程。为了满足燃煤机组的无油点火，等离子燃烧技术应运而生。

随着科技的发展，等离子点火技术已经得到很大的进步，在国内很多电厂中得到使用，而且使用效果良好，可以在保证机组安全的基础上为发电企业节约部分发电成本，已经逐渐成为电厂的主流点火方式。

锅炉点火初期，用油点火时，油在燃烧的过程中会出现燃烧不完全的情况，即使当时的氧量很高，也会在烟气中形成小颗粒的油粒。如果这些油粒粘附在电除尘上，光靠机械振打无法将其除去。投用油枪的时候是坚决不能用电除尘的，而且布袋除尘对此要求的更是严格。再有就是在排烟温度低于100℃的时候，由于烟气中含有水分，液态的水不但容易在电场中发生电离，造成危险，而且，水滴与烟气中的灰分混合，也容易粘附在电场上，再经过高温的烟气烘烤，形成一层坚硬的泥巴外衣，如果振打装置无法将其去除就会造成电场无法正常工作。这些都是油点火的缺点。

等离子点火技术作为一项不同于以往燃油点火的点火技术，在基建调试、机组启停过程中，能够大量节约燃油。在机组运行期间，能够实现稳燃节能，并实现设备的安全可靠运行。

1 天津大唐盘山电厂设备简介

天津大唐国际盘山发电有限责任公司选用的是哈尔滨锅炉有限责任公司制造的HG-2023/17.6-YM4型锅炉。锅炉为亚临界压力、一次中间再热、固态排渣、单炉膛、Π型布置、全钢构架悬吊结构、半露天布置、控制循环汽包炉。采用的是三分仓回转式空气预热器，平衡通风，摆动燃烧器四角切圆燃烧。设计煤种为准格尔烟煤。并配备6套正压直吹式制粉系统，相关配置为ZGM-123型中速辊式磨煤机。锅炉的最大连续蒸发量为2023t/h，额定蒸发量为1801t/h，主蒸汽的额定温度540℃，经二级减温进入汽轮机。A、B磨层燃烧器配备了DLZ-200型等离子点火装置。相应的磨煤机已经进行了变加载改造，便于在锅炉启动阶段的煤量控制，使得在较低煤量的情况下也能让磨煤机较长时间的正常稳定运行。

2 等离子设备相关情况

2.1 等离子点火燃烧设备概述

等离子燃烧器是通过等离子发生器产生的电弧来点燃进入炉膛的煤粉。当细小的煤粉颗粒通过输粉管道进入燃烧器时，等离子电弧迅速将这些细小的煤粉点燃，并通过逐级点火与分级燃烧使炉膛内没有火焰的情况下直接点燃煤粉。

细小的煤粉颗粒通过等离子“火核”受到高温的作用，在短时间内迅速释放出大量的挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，达到速燃的效果。由于这个反应是在气相中进行的，煤粉混合物的颗粒成分也发生了变化，因而大大加快了煤粉的燃烧速度，这样也就大大地减少了促使煤粉燃烧所需要的能量E（E等=1/6E油）。

等离子燃烧器的高压电弧让等离子体内充满了诸多有较强化学活性的粒子，这样的环境下也就大大加快了热化学转换的速度，促进了燃料的快速燃烧。除了以上提到的那些作用，等离子体也使得煤粉要比通常情况下的挥发分提高了20%～80%，即我们所说的等离子体有再造挥发分的效应。以上这些优点对于点燃挥发分较低的煤粉有特别的意义。等离子燃烧器的工作原理见图1。

那么什么是等离子发生器呢？顾名思义就是用来产生高温等离子弧的装置。它的主要构成部分是阳极组件、阴极组件、线圈组件，同时还要配备相关的支撑托架来配合现场安装。阳极组件与阴极组件包括了用来形成电弧的两个金属电极即我们提到的阳极与阴极。当在阳极与阴极之间加上高电压后，阴阳极之间的空气便在高压下电离形成了具有高温导电性能的等离子体。线圈通电后产生了强大的磁场，在这个强磁场作用下使得等离子体得以压缩，并通过载体风吹出阳极，从而形成了可以用来点燃煤粉颗粒的高温电弧。

2.2 等离子系统投入及运行中的注意事项和要求

风粉速度有根据的加以调整。等离子点火燃烧器投入运行的初期，要注意观察火焰的燃烧情况、电源功率的波动情况，做好事故预想。有异常情况时，要及时处理，避免事故扩大；在投运等离子燃烧器的初期，为控制温升速度，锅炉送风的上部二次风门要适当开大。注意观察、记录温升率，防止吹管临时系统、再热器系统超温。

2.2.1 等离子点火系统投运前的检查与准备

（1）将B磨煤机分离器折向挡板调至45%，磨煤机加载力调至80mm。（2）确认等离子点火装置在正常位置，外部连接冷却水管、压缩空气管道保温完整，无泄漏。（3）确认等离子冷却水泵的出、入口手动门处于开启状态，冷却水系统所有放水门关闭。（4）检查等离子火检冷却风门在开启状态。（5）检查等离子冷却水泵、火检冷却风机具备启动条件。（6）在就地控制柜选择一台冷却水泵运行，另一台备用。（7）在就地控制柜选择一台图象火检冷却风机，另一台备用。（8）在控制屏上启动一台等离子火检冷却风机，确认风压正常。（9）在控制屏上启动一台等离子冷却水泵，检查冷却水流量正常。（10）就地检查冷却水泵运行正常，就地压力表显示冷却水出口母管压力大于0.8MPa。（11）就地检查火检冷却风机运行正常，冷却风压力大于4kPa。（12）锅炉四个角就地压力表显示冷却水压力均大于0.15-0.40MPa，压缩空气压力大于0.1-0.4MPa。（13）就地确认B磨煤机一次风暖风器疏水箱排地沟手动门开启，疏水箱入口手动门关闭。（14）开启B磨煤机一次风暖风器供汽门，开启疏水旁路门，暖管20分钟。

2.2.2 等离子点火系统投运

（1）等离子点火系统投运条件：锅炉已点火；机组低负荷运行，需助燃时；停机过程中，磨煤机少于三台运行时。（2）启动一台一次风机。（3）B磨煤机一次风暖风器暖管结束后，开启疏水箱入口手动门，关闭疏水旁路门。（当一次风温度大于140℃时，不投暖风器）。（4）暖B磨煤机。（5）当B磨入口一次风温大于140℃且出口温度大于80℃时，切换B磨煤机为“等离子模式”。（6）在控制屏上检查B磨煤机MFT保护复归后，依次四角等离子点火装置拉弧。并调整电流为340A-350A。（7）将炉膛火焰电视切换为图象火检方式。（8）调整B层燃烧器辅助风门开度至20%，调整B磨煤机入口一次风量为45km3/h，启动B磨煤机。（9）调整B磨煤机给煤量为20t/h。（10）观测着火情况，当着火正常后，将调整B层燃烧器辅助风挡板开度为40%。

2.2.3 机组正常运行中系统必须保持的状态

（1）等离子磨的运行方式选择为“正常运行模式”。（2）等离子点火装置处于拉弧停止位。（3）冷却水泵、冷却风机保持运行，冷却水压力、冷却风压力及压缩空气压力在正常范围内。

2.2.4 等离子点火装置停运

（1）按照正常停止磨煤机操作方法停止B磨煤机。（2）等离子点火装置拉弧停止。（3）将B磨煤机切换至“正常运行模式”。

2.2.5 等离子运行模式下的保护

（1）任一角等离子工作故障10s内未恢复时，B磨煤机跳闸。（2）B磨煤机跳闸，等离子点火装置跳闸。（3）任一角失去火检，B磨煤机跳闸。（4）锅炉MFT时，等离子点火装置跳闸，并闭锁启动。（5）其他保护与正常模式下相同。

2.2.6 等离子点火装置正常运行维护

（1）定期对杂用压缩空气母管进行放水，以防止杂物污染等离子点火装置。（2）冬季停炉后一定要停止等离子冷却水泵的运行并将系统内积水放尽，以防冻管。（3）检查冷却水、压缩空气系统无泄漏。（4）检查冷却水压力、冷却风压力及压缩空气压力在正常范围内。

3 等离子点火装置的多种优势分析

按传统方法，在锅炉点火时，锅炉是纯烧油或是油煤混烧。由于是投油状态，电除尘器在此期间是无法正常投入运行的，大量烟尘没有经过除尘器而直排大气，给环境污染带来严重后果。同时由于烟气中含有大量未经除去的粉尘，这也加大了对引风机叶片的磨损程度。由于环保方面更加严格的要求，现在的机组都要求取消脱硫旁路系统，点火初期产生的大量粉尘同样也会造成吸收塔浆液的污染。由此可见，燃油对设备和环境都有较大的影响。

如果在机组启动期间即投入等离子点火系统，那么在无油的情况下电除尘器是可以正常投入运行的，从而也就从根本上大大减少了烟尘的排放，避免了大量粉尘对环境造成污染以及对设备带来较大危害，给电厂带来显著的经济、环保效益。

采用等离子点火装置，与传统的投油点火相比有以下几大优点：

经济：采用等离子燃烧技术，设备运行和技术维护与传统燃油相比大大减少，特别是在当前大力提倡节能减排的趋势下，更是有着显著的优点。

环保：由于点火时不再需要用到油料，电除尘装置可以在启动阶段即可投入，因此，减少了点火初期的烟尘排放；采用单一燃料后，减少了油品运输和储存环节，这就减少了库存、节约了开支、改善了环境。

安全：取消了燃油点火系统，避免了储油、用油环节有可能造成的各种事故，毕竟燃油不如燃煤的安全系数高。

由于等离子点火燃烧技术拥有以上诸多优点，是燃油状态下无法实现的，所以应该大力推广。目前我国所面临的环保压力是很严重的，再加上油资源的短缺，这不得不让我们努力寻找燃油系统改造的替代产品，等离子点火技术作为这一替代品的佼佼者，有着广阔的发展前景。2002年国家电力公司即发布了《电站锅炉等离子点火技术应用指南》，推广等离子点火技术。

4 结束语

等离子点火装置的多次实践证明，等离子点火技术在大唐盘山电厂得到了成功应用，实现了安全经济运行。在3号、4号机组多次启动过程中，实现了零燃油；在机组正常运行期间，实现了等离子点火装置的稳燃、助燃效果。与没有采用这项技术的同类型机组相比大大降低了生产成本，不但提高了企业的经济效益，而且使企业在市场竞争日趋激烈的今天能够处于优势地位。该项技术今后乃至很长一段时期在电力、化工、钢铁等行业将是不可替代的，而且会更加完善、更加实用。

等离子煤粉点火燃烧器的等离子燃烧技术不仅在经济效益上为企业做出了重大贡献，同时为环保做出了重要贡献，大大减少了机组启动阶段由于投油对环境造成的污染。

参考文献

[1]关醒凡.等离子节能与应用[M].北京：机械出版社，2005.

[2]刘化海.等离子点火及稳燃技术[R].烟台：龙源电力技术股份有限公司.