論鍋爐等離子點(diǎn)火與微油點(diǎn)火的應(yīng)用

【摘 要】大容量鍋爐的點(diǎn)火方式，對(duì)燃煤電廠經(jīng)濟(jì)性越發(fā)重要，已經(jīng)引起足夠重視。

【關(guān)鍵詞】鍋爐；點(diǎn)火方式；應(yīng)用

0.前言

當(dāng)前，大型鍋爐采用等離子和氣化微油點(diǎn)火技術(shù)都比較成熟，雖然兩種點(diǎn)火方式性能、投資、經(jīng)濟(jì)性有一定差異，但在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中都有廣泛的市場(chǎng)，以下將從幾個(gè)方面對(duì)二者進(jìn)行對(duì)比，以期確定我公司新建機(jī)組的具體采用形式。

1.等離子點(diǎn)火與微油點(diǎn)火的工作原理

（1）等離子的點(diǎn)火原理是：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(chǎng)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(jì)的燃燒器的中心燃燒筒中形成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。

（2）氣化微油點(diǎn)火燃燒器的工作原理是：先利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎，霧化成超細(xì)油滴進(jìn)行燃燒，同時(shí)用燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)燃料進(jìn)行初期加熱，擴(kuò)容，在極短的時(shí)間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)氣化，使油槍在正常燃燒過程中直接燃燒氣體燃料，從而大大提高燃燒效率及火焰溫度。氣化燃燒后的火焰剛性極強(qiáng)、其傳播速度極快超過聲速、火焰呈完全透明狀（根部為藍(lán)色，中間及尾部為透明白色），火焰中心溫度高達(dá)1500～2000℃。微油氣化油槍燃燒形成的高溫火焰，使進(jìn)入一次室的濃相煤粉顆粒溫度急劇升高、破裂粉碎，并釋放出大量的揮發(fā)份迅速著火燃燒，然后由已著火燃燒的濃相煤粉在二次室內(nèi)與稀相煤粉混合并點(diǎn)燃稀相煤粉，實(shí)現(xiàn)了煤粉的分級(jí)燃燒，燃燒能量逐級(jí)放大，達(dá)到點(diǎn)火并加速煤粉燃燒的目的，大大減少煤粉燃燒所需引燃能量。滿足了鍋爐啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃的需求。

2.等離子點(diǎn)火與微油點(diǎn)火的系統(tǒng)組成

（1）等離子點(diǎn)火系統(tǒng)主要有：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(cè)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(cè)等系統(tǒng)構(gòu)成。

（2）氣化微油點(diǎn)火燃燒器一般安裝在最下層的一層或二層主燃燒器位置，安裝數(shù)量與等離子基本相同。

系統(tǒng)構(gòu)成：由燃油系統(tǒng)、送粉系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)等部分組成。

燃油系統(tǒng)由燃油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、高壓風(fēng)系統(tǒng)及氣化小油槍等組成。

控制系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組控制系統(tǒng)不同而采取不同方式，主要有就地手動(dòng)控制與遠(yuǎn)程保護(hù)、PLC控制與FSSS聯(lián)合保護(hù)、DCS控制與BMS（或FSSS）保護(hù)等幾種。

3.煤種適應(yīng)性

（1）從實(shí)際使用情況看，等離子對(duì)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(shí)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。

（2）氣化小油槍點(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(shí)又可適當(dāng)調(diào)節(jié)和增加功率。因此，對(duì)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(duì)于Var≤19%的煙煤小油槍的出力將提高到150kg/h以上。

對(duì)于貧煤和無(wú)煙煤，小油槍要完全借鑒等離子點(diǎn)火的技術(shù)就有較大困難。因?yàn)榈入x子弧不消耗氧氣，小油槍點(diǎn)火必須消耗氧氣。對(duì)于煙煤，小油槍所需油量較小，煤油搶風(fēng)的問題不突出，對(duì)于貧煤和無(wú)煙煤，小油槍的油量需要達(dá)到150～300kg/h，煤油搶風(fēng)造成無(wú)法將煤粉引燃的問題非常突出。

4.鍋爐點(diǎn)火初期煤粉量

鍋爐點(diǎn)火初期的煤粉量受兩個(gè)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(cè)試結(jié)果，初始燃燒率不超過額定負(fù)荷的5%，對(duì)于600MW亞臨界機(jī)組燃用神華煤滿負(fù)荷時(shí)總煤量在225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(dòng)時(shí)的燃煤量不能超過13.2噸。

磨煤機(jī)的最小出力是直接反映鍋爐剛啟動(dòng)時(shí)的輸入熱量，最小出力大于鍋爐初始燃燒率時(shí)，鍋爐的溫升速率會(huì)提高，如HP983磨煤機(jī)燃用神華煤時(shí)設(shè)計(jì)出力最大出力是63.5t/h，最小出力一般為最大出力的25%，即15.8t/h，大于鍋爐初始燃燒率。因此，為減小溫升速率過高，對(duì)于大型機(jī)組必須設(shè)法進(jìn)一步降低磨煤機(jī)的出力（低于磨煤機(jī)設(shè)計(jì)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(dòng)的制約。等離子和氣化微油點(diǎn)火設(shè)計(jì)廠家與運(yùn)行電廠都已通過試驗(yàn)調(diào)整，如采取調(diào)整磨煤機(jī)加載、控制風(fēng)溫等方法，但各電廠進(jìn)一步降低后的磨煤機(jī)最低出力差別較大，即使是同型號(hào)、同煤種的磨煤機(jī)由于控制措施的不同差別也很大，如HP983磨煤機(jī)的磨煤機(jī)的最小出力范圍在7～14之間。一般出力過低時(shí)磨煤機(jī)振動(dòng)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(shí)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(shí)對(duì)于等離子點(diǎn)火技術(shù)較難點(diǎn)燃，氣化微油點(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)。因設(shè)計(jì)能力和專利的限制，各個(gè)廠家的濃縮方式和效果有所區(qū)別，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)管道濃縮技術(shù)比較成熟，能夠確保管道平均煤粉濃度在0.16～0.2kg/kg 的條件下可靠地點(diǎn)燃，這對(duì)于縮短磨煤機(jī)啟動(dòng)到點(diǎn)燃，確保點(diǎn)火時(shí)不發(fā)生爆燃有重要作用。

5.可靠性分析

等離子點(diǎn)火易損部件主要是陰極和陽(yáng)極，一般陰極的壽命在100h左右，陽(yáng)極的壽命在500～1000h之間，根據(jù)拉弧時(shí)間的長(zhǎng)短，制造廠設(shè)計(jì)了陰陽(yáng)極壽命監(jiān)測(cè)裝置，可作為更換時(shí)的參考，但因陰極的壽命相對(duì)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)，如采用壓縮空氣作為等離子載體，應(yīng)采用儀用壓縮空氣。氣化微油點(diǎn)火技術(shù)最常見的故障是小油槍堵塞造成滅火。對(duì)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。小油槍積炭堵塞，也是主要故障之一。小油槍主要的維護(hù)工作在于濾網(wǎng)和油槍頭的清理，必須保證油的質(zhì)量、管道干凈，根據(jù)濾網(wǎng)壓差的情況定期做一下清理，才能保證投入。綜合比較，氣化微油點(diǎn)火技術(shù)由于較等離子點(diǎn)火系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可靠性高一些。

6.環(huán)保方面

6.1等離子點(diǎn)火與微油點(diǎn)火的粉塵排放

按照常規(guī)的試運(yùn)方法，機(jī)組在試運(yùn)期間要長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行，此期間鍋爐純燒油或油煤混燒，為避免未燃盡的油滴粘污鍋爐電除塵器的電極，電除塵器無(wú)法正常投入，大量煙塵直接排放到大氣中，給環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染，同時(shí)煙氣中的粉塵會(huì)對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)葉片造成磨損。據(jù)統(tǒng)計(jì)，300～399MW機(jī)組每次啟停煙塵排放平均為42噸，500～800 MW機(jī)組每次啟停煙塵排放平均為70噸。如果機(jī)組采用沒有旁路的煙氣脫硫系統(tǒng)，點(diǎn)火初期的粉塵會(huì)污染吸收塔漿液。當(dāng)然雖然投入電除塵器但未完全燃燒煤粉不可能全部收集，吸收塔漿液還是有一定的污染可能，根據(jù)運(yùn)行情況需進(jìn)行漿液部分置換。

在機(jī)組試運(yùn)期間投入等離子或氣化微油點(diǎn)火系統(tǒng)，電除塵器可以在鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷期間正常投入，大大減少粉塵的排放，避免環(huán)境污染和引風(fēng)機(jī)磨損，給電廠帶來(lái)顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

6.2對(duì)NOx的影響

采用等離子和氣化小油槍點(diǎn)火技術(shù)的主要目的是節(jié)油，降低高品質(zhì)的油耗量。

等離子點(diǎn)火燃燒器，本身也是一種，空氣和燃料深度分級(jí)的燃燒器，如果設(shè)計(jì)控制的好，在正常運(yùn)行中也投入等離子發(fā)生器點(diǎn)火裝置運(yùn)行，有利于提前著火，有利于燃盡且提前進(jìn)入火焰內(nèi)還原區(qū)，對(duì)降低NOx有好處，但采用等離子或氣化微油點(diǎn)火煤粉燃燒器仍需要考慮盡量不降低鍋爐的熱效率、不增加鍋爐的NOx排放。

7.結(jié)論

從以上分析得出，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)在諸多方面具有優(yōu)勢(shì)，因此建議我公司發(fā)電工程宜選用等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，并且采取一些輔助措施，而氣化微油點(diǎn)火做為備用方案考慮。

【參考文獻(xiàn)】

[1]鍋爐等離子點(diǎn)火技術(shù)的革命.