电站锅炉等离子体与气化微油点火技术应用研究

王永豪

（国电荥阳煤电一体化有限公司，河南 郑州 450000）

石油作为不可再生化石类能源，供应日趋紧张，同时国家对发电企业环保要求越来越高。因此，火电厂更青睐于无油等离子体点火或气化微油点火，这不仅可使火电厂产生明显节油效益，也为电厂整体环保水平的提高提供了帮助。为贯彻节能减排政策，电力行业正在积极推进多项节省点火和助燃用油的技术，主要有以下几类：等离子体点火技术、中频加热点火技术、高温空气点火技术、小油枪点火技术以及微油点火技术。市场上等离子体技术发展迅速，气化微油点火技术前期发展相对缓慢，后期受到等离子体点火技术的启发，得到迅速发展。目前气化微油点火技术，在“W”型火焰锅炉尚处于试点的阶段。

1 等离子点火技术的原理和应用情况

等离子体点火原理是：利用直流电流在等离子体载体空气中拉弧，通过强磁场控制获得稳定功率的直流空气等离子体，这些获得的等离子体在专用燃烧器的中心燃烧筒中形成温度梯度极大的局部高温区，细煤粉通过该等离子体中心受到高温炙烤作用，可以在10-3秒内迅速释放出挥发物，使细煤粉破裂粉碎，从而迅速燃烧。由于该物理反应是在载体空气中进行，使煤粉的粒级和成分发生变化，有助于加速煤粉的燃烧，大大地减少点燃煤粉所需要的引燃能量，这样就不需要高温能量点燃部分煤粉。然后，从内向外逐级放大的方式，将整个燃烧器点燃，实现用等离子体弧直接点火的目的。整个等离子体系统由等离子体燃烧器、等离子体发生器及其辅助系统、冷炉制粉系统、 电源系统、监测控制系统组成，见图1。

图1 等离子点火系统

自2000年9月该技术经过国家电力公司专家组鉴定以来，等离子体点火技术在不断完善中被广泛应用，取得了很大的经济效益和社会效益。目前，该技术已经应用到多种不同类型的电站锅炉。吉林热电厂10号、11号炉两台125MW机组自2003年便取消了炉前油系统，至今全部点火启动和低负荷稳燃都是由等离子体点火系统完成，实现了真正意义上的等离子体点火无燃油机组。2006年国电东胜2×330MW、康平2×600MW机组、新疆阜康2×150MW机组经可行性研究，采用等离子体点火系统在机组设计和基建阶段取消燃油系统。总之，等离子体点火技术在工程实践中得到各燃煤锅炉电站、电力设计院及锅炉制造厂的认可，等离子体点火技术已经相当成熟，具备了无燃油电厂试点的条件，将向无燃油电厂的方向发展。

2 气化微油点火技术的发展和应用情况

气化微油点火燃烧器的工作原理是：首先利用压缩空气巨大的内能将燃油冲碎雾化，雾化成超细油气进行燃烧，同时用燃烧产生的热量对燃料进行预热、扩容、后期加热，在极短的时间内完成油滴的气化，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。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。系统由燃油系统、送粉系统、控制系统、辅助系统等部分组成。

图2 小油量气化燃烧侧向点燃煤粉技术原理图

自1999年至今，气化微油技术取得较大发展，先后有几百台不同形式的气化微油燃烧器投入运行。节油环保效益十分显著，对于一些易于着火的煤种，节油率可达到95%以上。但在大型锅炉轴向布置点火油枪的“W炉”燃烧器（劣质贫煤和无烟煤），还有待于进一步开发改进。

3 等离子体与气化微油点火技术的比较

3.1 煤种的适应性

从实际应用效果看：对于Var≤ 17%的煤种等离子点火很难做到无油点火，可以实现节油点火。对于Mt≤25%，Aar≤30%的褐煤，可以实现无油点火。对于劣质贫煤和无烟煤，常规等离子点火在技术上有一定难度，只能采取加氧方式。

气化微油点火技术实际是依靠等离子体点火的工程技术，将等离子体发生器转换成了气化油枪，同时根据实际情况调节和增加功率。因此，气化微油点火对于煤种的适应性好于等离子体点火，它可以适应于所有烟煤。对于贫煤和无烟煤，气化完全依靠等离子体点火的技术有较大困难。

总的来说，微油点火技术在煤种的适应范围上比等离子体点火技术要广。但在大型机组特别是“W”型火焰锅炉、劣质贫煤、无烟煤的领域，尚待开发。

3.2 冷炉点火阶段

冷炉点火方式大致分为以下两种：第一种，先点燃流量大的油枪，快速提高炉内温度，待锅炉热风温度可以满足磨煤机正常运行制粉后投入等离子体或气化微油点火，等离子体或气化微油点火成功稳定后可以退出油枪；第二种，利用邻炉热风或在磨煤机入口加装暖风器的方式，达到磨煤机启动条件，此时可直接用等离子体或气化微油点火启动。

等离子体点火和气化微油点火两种技术标准设计当中都配有冷炉制粉系统，主要是在进行改造的燃烧器所对应磨煤机的入口安装暖风器。在点火初期，通过降低磨煤机出力和管道煤粉浓缩技术保证煤粉稳定被点燃，尽可能减小机组启动热负荷。锅炉冷态启动过程中，两种点火方式均能满足冷态启动曲线的要求。

3.3 燃烧器阻力

在“W”型火焰锅炉进行改造时，气化微油点火技术为解决油与煤粉之间氧量供应的问题，点火用风通过微油助燃风系统送入，风压一般在1．5～3kPa之间，且燃烧器的有限空间内着火气流整体温度很高，体积剧烈膨胀等都会导致燃烧器喷口的气流速度非常高，导致燃7烧器阻力很大。而等离子体点火技术采用电弧点火的方式，点火源不需要氧气，不会发生向煤粉抢氧的情况，因此不需送入助燃风来保证初期的着火。同时等离子体点火整体输入的热量较小，燃烧器内着火后的煤粉气流速度低于气化微油点火，一般不会造成煤粉送不进的情况。

4 结语

无论微油点火或等离子体无油点火，其本质都是以煤代油完成点火启动过程并起到稳燃作用，在没有煤粉的情况下，都不能发挥作用。

等离子体点火对于烟煤、褐煤和燃用贫煤的机组上是一项比较成熟的无油点火及稳燃技术。

气化微油点火技术煤质适用范围较广，对于烟煤也是一项比较成功的点火技术，对煤质要求宽泛一点，但对劣质贫煤和无烟煤也无能为力，特别是600MW“W炉”微油点火技术还处于起步阶段，在使用过程要严防二次燃烧等故障发生，同时不得对正常燃烧组织造成影响。为此，宜充分论证、待取得经验后再推广。

参考文献：

[1]孙公钢，池作和．大型电站锅炉节油点火技术的经济性分析[J]．中国计量学院学报，2007，18(3)：245—248。

[2]张磊．浅谈火电厂燃煤锅炉点火新技术[J]．水利电力机械，2007，29(8)：73—740．