煤粉锅炉点火技术与无油点火研究

改造者：周志权 刘 昕 陈 颉 王志刚

煤粉锅炉点火技术与无油点火研究

改造者：周志权 刘 昕 陈 颉 王志刚

煤粉锅炉属于我国电厂锅炉的主要形式，然而在煤粉锅炉应用及运行中，普遍存在着点火时间长、点火油耗高及低负荷燃烧稳定性较差等现实性问题。煤粉锅炉点火方式多采取油枪点火，然而其点火方式油耗较高，且容易出现燃烧不稳定问题，引入无油点火技术，则可以有效提高点火效率，降低点火能耗，保障煤粉锅炉而启动与低负荷燃烧的安全性及稳定性。在分析传统煤粉锅炉点火技术及少油点火技术的同时，重点对无油点火进行分析。

传统煤粉锅炉点火技术分析

在传统煤粉锅炉点火启动时，多采取油点火方式，通过进行油枪点燃，确保油在炉膛中进行一定时间燃烧，确保炉膛温度达到煤粉着火温度，通过装置将煤粉喷入到锅炉炉膛之中进行煤油混烧作业，在煤粉燃烧达到稳定状态时切除油路，完成锅炉点火作业。在这种点火方式中，多在二次风喷嘴装置中设置大油枪，大油枪燃油中约有25％的发热量与一次风对流，其点火燃稳的实际效率偏低。实践证明，采取传统煤粉锅炉点火技术，其点火时间较长，作业耗油量相对较大。以125MW机组锅炉点火作业为例，其点火过程到带满负荷运行，作业时间超出9h，燃油时间则需要近8h，锅炉点火启动一次耗油量在30t左右，如采取这种方式进行600MW机组锅炉点火，其一次耗油量将高达300t。基于此，为提高点火效率，降低能耗，煤粉锅炉点火技术不断发展，其主要表现为少油点火与无油点火技术。

煤粉锅炉少油点火技术

（一）小油枪点火技术

小油枪点火技术的实现，是于一次风喷嘴位置进行油枪设置，将油枪所有发热量应用于煤粉气流温度提升，相对二次风喷嘴中油枪，其油枪容量较小。小油枪点火技术主要应用于冷炉启动作业或低负荷稳燃环境下。小油枪煤粉燃烧器带油运行所带来的燃油热负荷相对煤粉喷嘴热负荷而言较低，不会引起燃烧器结渣或烧坏等问题。然而其技术在燃尽率与对煤种的适应性等方面存在着缺陷，在大容量机组中应用效果较差。

（二）少油煤粉燃烧器

少油点火技术是在少油煤粉燃烧器的基础上实现的，其燃烧器作业原理为：在燃烧器内部设置电弧枪、点火枪及燃烧管，进入到燃烧器中的风粉混合物部分会经过燃烧管，其余风粉混合物通过燃烧管及外壳环形通道。在进行锅炉点火作业或稳燃操作时，则可以通过点火枪装置进行燃烧管一次风点燃作业，经过燃烧管外一次风发挥冷却作用，燃烧管喷出火焰与燃烧器出口位置火焰进行混合燃烧，从而形成煤粉燃烧以提高点火效率。其燃烧器多在一般煤种及四角燃烧锅炉中应用，点火效率相对较好。

（三）新型煤粉燃烧器

为解决劣质煤问题及锅炉低负荷稳燃问题，研究出了一系列新型煤粉燃烧器，通过进行煤粉局部浓度改变方式，降低煤粉着火点，从而提高点火效率，实现点火油耗节约。新型煤粉燃烧器主要包括旋流式燃烧器与直流式燃烧器两种形式。

煤粉锅炉无油点火技术

（一）等离子体无油点火技术

物质经过电离后生产的粒子集合即等离子体，其粒子包括电子、离子、原子或分子，属于对内为良导体对外为中心的正负电荷相等的粒子体。等离子体在燃烧流中能够形成一定的局部高温区，当局部高温区内落入美芬颗粒时，受其温度影响快速升温，煤粉颗粒在升温过程中其进行挥发物释放，挥发物点燃后固定碳也会被点燃，从而实现煤粉气流连续性燃烧，生成温度性良好的煤粉火焰。等离子体发生器结构如图1所示。

图1 等离子体发生器示意图

等离子体无油点火燃烧器实现点火操作，是通过等离子发生器来实现。等离子发生器结构中设置有阴极与阳极，其两极均采取抗氧化、电导率与热导率特性突出的材料制作而成，在高温电弧冲击下可以保持正常作业。线圈设置具备高直流电压击穿抗击能力。选择全波整流式电源作为发生器电源。在接通电源进行一定电流输出时，阴极与阳极进行接触，等离子体发生器表现为短路状态，当阴极与阳极逐渐分离时则会发生电弧，在线圈磁场作业下，电弧被拉出喷嘴装置阳极外部，在电弧作用下，压缩空气被电力为高温等离子体，实现煤粉气流点燃作业。某火电厂在煤粉锅炉点火技术改造中采取等离子体无油点火技术，有效提高了点火效率与燃烧效率。然而在该点火技术应用中，仍存在着引弧不稳定、点火燃烧器结构复杂及成本较高等问题，对其大范围工业应用带来限制。

（二）感应加热无油点火技术

综合应用电磁感应原理，促使加热材料内部产生感应电流，发挥感应电流能量作用进行加热作业以实现点火操作的技术即感应加热无油点火技术。以频率高低为标准进行划分，可将感应加热划分为高频、中频及低频三种类型。在煤粉气流中实现无油点火的感应加热技术主要有两种方式，其一，进行金属管道感应加热操作，在提高金属管道壁温并达到设计温度时，引入煤粉气流以实现点火操作；其二，在加热器装置中应用感应加热，进行加热器进行煤粉气流管道加热并实现点火操作。感应加热无油点火燃烧器装置在应用中具备加热效率高、可靠性好与功率调节灵活性等特征，能够切实满足煤粉气流稳燃的运行需求。

（三）电加热无油点火技术

电加热技术相对较为成熟，能够在煤粉无油点火中获得有效应用。当前，众多科研工作者多将电加热无油点火技术作为研究的重要内容。以加热体位置差异作为标准进行电加热方式划分，可以分为中心加热与管壁加热两种形式，其中在工业生产中管壁加热方式应用较为广泛。

电加热多级无油直接点火燃烧器结构如图2所示。

图2 电加热多级无油直接点火燃烧器示意图

电加热多级无油直接点火燃烧器应用电热腔技术，其通道1属于第一级煤粉气流通道，通道2-4则属于第二级煤粉气流通道。燃烧器进行电热管壁面加热并引燃第一级煤粉气流，火焰燃烧并传播到其他通道，引燃第二级煤粉气流通道内存在的煤粉气流，从而实现多级点火操作。电加热多级无油直接点火燃烧器在设计结构上较为简单，操作可行性较好，应用成本较低，但其燃烧器在应用中受高温影响，其电阻材料及电热管内部材料容易被损坏，其工作寿命难以有效保障，其点火技术仍处于研究与试验阶段，未来前景较好。

（四）激光加热无油点火技术

随着激光加热作用的凸显，一些国家提出了应用激光加热方式进行煤粉气流无油点火操作。采取激光加热技术，可以避免与煤粉的直接接触，且激光加热性能突出，其为煤粉颗粒着火与燃烧状况研究十分有利，且应用激光加热无油点火技术，只进行煤炭颗粒自身加热操作，不进行周围环境加热操作，从而为点火工况控制提供了方便。然而激光器造价成本较高，其发射功率有限，其技术仍处于试验阶段，在短时间内无法直接应用于工业生产作业之中。

随着现代社会经济发展，能源需求与能源供应矛盾日益突出，在煤粉锅炉点火技术中，采取传统点火方式及少油点火技术其需要大量能源，相对而言，无油点火技术其能耗低，未来应用前景更为广阔，在研究无油点火技术的同时，还应切实考虑稳燃技术与燃烧效率等问题，以切实确保煤粉锅炉点火操作的稳定性，提高锅炉低负荷稳燃运行可靠性，实现技术应用的综合效益。

结语

煤粉锅炉属于我国电厂锅炉的重要形式，其在启动运行中，多存在着点火时间长、油耗量大与低负荷燃烧稳定性不足等现实性问题，为切实提高锅炉启动及运行效益，需要探索新型的煤粉锅炉的新型点火技术。在分析传统点火技术基础上，对少油点火技术进行浅析，重点从电加热多级无油直接点火燃烧器、感应加热无油点火技术、电加热无油点火技术、激光加热无油点火技术角度，对煤粉锅炉无油点火技术进行分析。无油点火技术研究与应用前景广阔，是未来煤粉锅炉启动技术的主流技术，能够有效降低能耗，保障锅炉低负荷稳燃，实现其综合效益。

周志权 刘 昕 陈 颉 王志刚

烟台龙源电力技术股份有限公司

周志权（1978-03-06）男，汉，黑龙江哈尔滨人，中级，硕士研究生，研究方向：等离子体点火技术的研究与应用；刘昕（1977-08-23），女，汉，甘肃嘉峪关人，中级，硕士研究生，研究方向：微油点火及等离子体点火技术的设计研发及应用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.16.043