等离子点火技术应用分析

曹磊

摘 要： 锅炉在启炉或低负荷稳燃时耗费了大量的柴油，采用等离子点火技术可以节约大量的燃油，实现少油点火和低负荷下无油稳燃。等离子点火系统由此而产生并得到国家发改委的大力支持，进行广泛推广。

关键词： 锅炉；等离子；燃油

一、等离子点火概述

与传统的煤粉燃烧器有些不同的是，等离子燃烧器的点火模型是依靠等离子发生器产生的温度很高的等离子体来对燃煤粉进行点燃的，一般说来，产生的等离子体的温度能达到4000～12000K，等离子体燃烧器属于内燃型燃烧器，当煤粉进入到燃烧器之后，等离子燃烧器就可以利用高温等离子体来点燃煤粉。在燃烧器内，煤粉可以分级点燃，并且火焰也会逐渐增大，在燃烧器的喷嘴处可以形成一个长度为3至10米的火焰，利用等离子体进行点火时每小时一般可以点燃大约重量为5至15吨，等离子枪的功率十分低，大约为50～300KW，利用等离子体进行点火的关键就是分级点燃、使得火焰逐级放大。

二、等离子点火原理

等离子点火装置利用直流电流（280--350A）在介质气压5-15Kpa的条件下接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T>5000K的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，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行，使混合物组分的粒级发生了变化，从而加速煤粉的燃烧，大大减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量E（E等离子=1/6E燃油）。等离子体内含有大量化学活性的粒子，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。除此之外，等离子体的再造挥发份的效应可使煤粉比通常情况下提高20%～80%的挥发份，这对于点燃低挥发份煤粉有特别的意义。

三、等离子设备运行中常见问题

等离子点火器的使用，在锅炉点火及低负荷时，能很好的起到稳燃作用，而且能节约大量的燃油，起到节能降耗环保作用，平常机组正常运行时，每月定期进行拉弧试验，所以大部分时间，等离子点火装置是处于闲置状态，但是闲置不等于完好备用，所以通过日常就地巡检及与运行沟通，可以发现并解决很多故障前兆，避免等离子点火装置在需用时无法正常投用。

1、冷炉点火，等离子点火初期尽可能通过风粉配比提高煤粉燃尽率。要及早投入空预器吹灰，防止由于燃尽率不足，导致煤粉在尾部烟道二次燃烧。等离子点火初期应加强飞灰可燃物的监测，如飞灰可燃物偏高，应适当调整一、二次风速、磨煤机出力、煤粉细度、各一次风管间的流量分配、点火功率以至更换煤种等，尽可能改善燃烧情况。要防止风煤配比不当，一、二次风量过小，使可燃物进入尾部受热面内沉积；或者一、二次风量过大，使带入烟道以至风道的可燃物过多。尾部烟道二次燃烧导致空预器蓄热元件烧损事故，已在诸多电厂发生。

2、等离子点火断弧会造成严重危害，进而影响机组安全运行。等离子点火装置安装在锅炉的两个对角，也可以四角安装，一般在锅炉启动或者锅炉燃烧不稳时投入，来维持锅炉的稳定燃烧和冷态启动，如果此时有一个角的等离子断弧，将影响燃烧效果，若两个角的等离子都断弧，就会造成炉膛灭火保护动作，产生连锁反应，造成其他设备联动，影响安全生产。

3、等离子点火用煤应尽可能满足设计煤种。目前对于低挥发分煤，暂时没条件验证。因此，尽可能使用接近设计煤种的原煤。对于低灰熔融特性、易于着火的煤种，为了避免等离子燃烧器结渣，可适当提高一次风速，但不可过高，防止燃烧效率下降较多，飞灰可燃物大幅度增加。

4、机组检修期间，要对等离子阳极组件进行清理以及对等离子燃烧器喷口焦块进行清理，要防止拆除脚手架时导致焦块二次掉入等离子燃烧器喷口。根据等离子阴极头寿命周期，要合理安排时间更换。避免在机组启停、并网期间更换阴极头。

5、要定期检查电气回路，紧固端子，及时清理盘柜积灰，？加强等离子燃烧器壁温监视，如壁温异常升高，可考虑检查喷口是否结焦、吹扫风压力是否正常。

6、直吹式制粉系统锅炉应用等离子点火的首要问题是锅炉启动时磨煤机的干燥出力问题。如果没有热风，磨煤机就没有足够的制粉条件，无法实现整个机组的无油启动。在该机组设计方案中，通过在磨煤机入口热风道上增加等离子暖风器，使磨煤机在锅炉冷态启动初期即可投入运行。但暖风器在实际运行中出现的主要问题是经暖风器加热后一次风温实际只有130℃左右，远达不到设计值。

四、等离子点火系统的调试

1、压缩空气系统的调试

（1）检查压缩空气系统安装的完整性：对压缩空气系统设备、管道、阀门、压力表等进行外观检查，确认连接正确，没有安装缺陷。（2）如果供有空压机，按操作规程启动空压机（最好是空压机厂家调试人员在场的情况下）。（3）先不用软管连接等离子发生器，打开压缩空气系统母管进气手动阀，离子点火器手动球阀和电动球阀全开，对各角管路进行吹扫。（4）吹扫完毕后连接上等离子发生器，打开压缩空气系统母管进气手动阀，检查系统内各压力表指示的正确性，检查各阀门连接处有无泄漏现象。（5）压缩空气压力调整至0.02Mpa，将等离子发生器的电子发射枪手摇至中间位置后，再调整压力至0.015Mpa，用万用表检查压力开关是否闭合，，减小系统内压缩空气压力，检查压力开关的断开情况。

2、冷却水系统的调试

（1）检查并确认冷却水箱内干净、无杂物。（2）检查冷却水系统安装的完整性：对冷却水箱、水泵、换热器、管道阀门、压力表、水位表等进行外观检查，确认连接无誤，没有安装缺陷，同时确定各阀门的开关是否正确。（3）打开冷却水补水管上的阀门，给冷却水箱补化学水至半箱水位。（4）给冷却水泵控制箱送电，在就地启动一台冷却水泵进行试转，检查管路中各阀门、仪表接口处有无渗漏现象，检查系统中各压力表指示是否正确，检查水泵就地控制箱中事故按钮的动作情况，同时应注意水泵不能长时间憋压运行。（5）短接等离子发生器进、回水软管，水泵启动后，冲洗冷却水管路。（6）管道冲洗完后，停止水泵。将水箱内的存水全部放掉，重新给水箱上水至满水位。（7）正确连接等离子发生器与进、回水软管，按顺序逐一打开等离子发生器的进、回水阀，证明所有回水管均有水流出。

3、一次风系统的调试

逐一检查风粉管道、风门及控制、变频给粉装置及控制、煤粉混合装置、管道补偿装置、支吊架及风速监测系统等。

中储式等离子点火燃烧器的一次风系统的调试：（1）检查一次风系统安装的完整性：对一次风管道、等离子燃烧器等进行外观检查，确认没有安装缺陷。（2）在一次风系统具备通风条件后，检查一次风在线测量装置指示是否正确。

直吹式等离子点火燃烧器的一次风系统的调试：（1）一次风系统的冷态调试可安排在锅炉冷态通风试验过程中进行，也可安排在锅炉吹管前的试点火过程中进行。（2）检查一次风系统安装的完整性：对暖风器前后风道、暖风器、来汽及疏水管路、阀门、等离子燃烧器及风箱等进行外观检查，确认没有安装缺陷。（3）检查暖风器吊架安装情况，将弹簧吊架调整至适当位置。

五、结语

等离子点火技术是源自俄罗斯的一种新型节约能源的技术，目前等离子点火系统的改造费用比较高，对改造的点火煤粉层的改动比较大，尤其是燃烧器的摆角被固定，不能调节，对锅炉的燃烧调节造成了较大的影响，同时燃烧器的附近结焦比较严重，等离子点火阴极的使用寿命短，达不到预期。作为一种新型的能源节约技术，使用等离子点火技术可以节约燃煤的使用，也比较环保，但是应用的前景不是很乐观。等离子点火技术需要在应用中不断的改进，以真正的达到使用国内不同的煤种都能点火成功，对燃烧器的改动应该尽量的少，避免影响锅炉的原有燃烧特性，这需要国内所有等离子点火系统研究生产单位与使用单位共同协作，在使用中改进缺点保持优点，促进这项能源节约技术在中国的推广使用，达到节约能源的目的。