煤粉鍋爐點火技術與無油點火研究

改造者：周志權 劉 昕 陳 頡 王志剛

煤粉鍋爐點火技術與無油點火研究

改造者：周志權 劉 昕 陳 頡 王志剛

煤粉鍋爐屬于我國電廠鍋爐的主要形式，然而在煤粉鍋爐應用及運行中，普遍存在著點火時間長、點火油耗高及低負荷燃燒穩定性較差等現實性問題。煤粉鍋爐點火方式多采取油槍點火，然而其點火方式油耗較高，且容易出現燃燒不穩定問題，引入無油點火技術，則可以有效提高點火效率，降低點火能耗，保障煤粉鍋爐而啟動與低負荷燃燒的安全性及穩定性。在分析傳統煤粉鍋爐點火技術及少油點火技術的同時，重點對無油點火進行分析。

傳統煤粉鍋爐點火技術分析

在傳統煤粉鍋爐點火啟動時，多采取油點火方式，通過進行油槍點燃，確保油在爐膛中進行一定時間燃燒，確保爐膛溫度達到煤粉著火溫度，通過裝置將煤粉噴入到鍋爐爐膛之中進行煤油混燒作業，在煤粉燃燒達到穩定狀態時切除油路，完成鍋爐點火作業。在這種點火方式中，多在二次風噴嘴裝置中設置大油槍，大油槍燃油中約有25％的發熱量與一次風對流，其點火燃穩的實際效率偏低。實踐證明，采取傳統煤粉鍋爐點火技術，其點火時間較長，作業耗油量相對較大。以125MW機組鍋爐點火作業為例，其點火過程到帶滿負荷運行，作業時間超出9h，燃油時間則需要近8h，鍋爐點火啟動一次耗油量在30t左右，如采取這種方式進行600MW機組鍋爐點火，其一次耗油量將高達300t。基于此，為提高點火效率，降低能耗，煤粉鍋爐點火技術不斷發展，其主要表現為少油點火與無油點火技術。

煤粉鍋爐少油點火技術

（一）小油槍點火技術

小油槍點火技術的實現，是于一次風噴嘴位置進行油槍設置，將油槍所有發熱量應用于煤粉氣流溫度提升，相對二次風噴嘴中油槍，其油槍容量較小。小油槍點火技術主要應用于冷爐啟動作業或低負荷穩燃環境下。小油槍煤粉燃燒器帶油運行所帶來的燃油熱負荷相對煤粉噴嘴熱負荷而言較低，不會引起燃燒器結渣或燒壞等問題。然而其技術在燃盡率與對煤種的適應性等方面存在著缺陷，在大容量機組中應用效果較差。

（二）少油煤粉燃燒器

少油點火技術是在少油煤粉燃燒器的基礎上實現的，其燃燒器作業原理為：在燃燒器內部設置電弧槍、點火槍及燃燒管，進入到燃燒器中的風粉混合物部分會經過燃燒管，其余風粉混合物通過燃燒管及外殼環形通道。在進行鍋爐點火作業或穩燃操作時，則可以通過點火槍裝置進行燃燒管一次風點燃作業，經過燃燒管外一次風發揮冷卻作用，燃燒管噴出火焰與燃燒器出口位置火焰進行混合燃燒，從而形成煤粉燃燒以提高點火效率。其燃燒器多在一般煤種及四角燃燒鍋爐中應用，點火效率相對較好。

（三）新型煤粉燃燒器

為解決劣質煤問題及鍋爐低負荷穩燃問題，研究出了一系列新型煤粉燃燒器，通過進行煤粉局部濃度改變方式，降低煤粉著火點，從而提高點火效率，實現點火油耗節約。新型煤粉燃燒器主要包括旋流式燃燒器與直流式燃燒器兩種形式。

煤粉鍋爐無油點火技術

（一）等離子體無油點火技術

物質經過電離后生產的粒子集合即等離子體，其粒子包括電子、離子、原子或分子，屬于對內為良導體對外為中心的正負電荷相等的粒子體。等離子體在燃燒流中能夠形成一定的局部高溫區，當局部高溫區內落入美芬顆粒時，受其溫度影響快速升溫，煤粉顆粒在升溫過程中其進行揮發物釋放，揮發物點燃后固定碳也會被點燃，從而實現煤粉氣流連續性燃燒，生成溫度性良好的煤粉火焰。等離子體發生器結構如圖1所示。

圖1 等離子體發生器示意圖

等離子體無油點火燃燒器實現點火操作，是通過等離子發生器來實現。等離子發生器結構中設置有陰極與陽極，其兩極均采取抗氧化、電導率與熱導率特性突出的材料制作而成，在高溫電弧沖擊下可以保持正常作業。線圈設置具備高直流電壓擊穿抗擊能力。選擇全波整流式電源作為發生器電源。在接通電源進行一定電流輸出時，陰極與陽極進行接觸，等離子體發生器表現為短路狀態，當陰極與陽極逐漸分離時則會發生電弧，在線圈磁場作業下，電弧被拉出噴嘴裝置陽極外部，在電弧作用下，壓縮空氣被電力為高溫等離子體，實現煤粉氣流點燃作業。某火電廠在煤粉鍋爐點火技術改造中采取等離子體無油點火技術，有效提高了點火效率與燃燒效率。然而在該點火技術應用中，仍存在著引弧不穩定、點火燃燒器結構復雜及成本較高等問題，對其大范圍工業應用帶來限制。

（二）感應加熱無油點火技術

綜合應用電磁感應原理，促使加熱材料內部產生感應電流，發揮感應電流能量作用進行加熱作業以實現點火操作的技術即感應加熱無油點火技術。以頻率高低為標準進行劃分，可將感應加熱劃分為高頻、中頻及低頻三種類型。在煤粉氣流中實現無油點火的感應加熱技術主要有兩種方式，其一，進行金屬管道感應加熱操作，在提高金屬管道壁溫并達到設計溫度時，引入煤粉氣流以實現點火操作；其二，在加熱器裝置中應用感應加熱，進行加熱器進行煤粉氣流管道加熱并實現點火操作。感應加熱無油點火燃燒器裝置在應用中具備加熱效率高、可靠性好與功率調節靈活性等特征，能夠切實滿足煤粉氣流穩燃的運行需求。

（三）電加熱無油點火技術

電加熱技術相對較為成熟，能夠在煤粉無油點火中獲得有效應用。當前，眾多科研工作者多將電加熱無油點火技術作為研究的重要內容。以加熱體位置差異作為標準進行電加熱方式劃分，可以分為中心加熱與管壁加熱兩種形式，其中在工業生產中管壁加熱方式應用較為廣泛。

電加熱多級無油直接點火燃燒器結構如圖2所示。

圖2 電加熱多級無油直接點火燃燒器示意圖

電加熱多級無油直接點火燃燒器應用電熱腔技術，其通道1屬于第一級煤粉氣流通道，通道2-4則屬于第二級煤粉氣流通道。燃燒器進行電熱管壁面加熱并引燃第一級煤粉氣流，火焰燃燒并傳播到其他通道，引燃第二級煤粉氣流通道內存在的煤粉氣流，從而實現多級點火操作。電加熱多級無油直接點火燃燒器在設計結構上較為簡單，操作可行性較好，應用成本較低，但其燃燒器在應用中受高溫影響，其電阻材料及電熱管內部材料容易被損壞，其工作壽命難以有效保障，其點火技術仍處于研究與試驗階段，未來前景較好。

（四）激光加熱無油點火技術

隨著激光加熱作用的凸顯，一些國家提出了應用激光加熱方式進行煤粉氣流無油點火操作。采取激光加熱技術，可以避免與煤粉的直接接觸，且激光加熱性能突出，其為煤粉顆粒著火與燃燒狀況研究十分有利，且應用激光加熱無油點火技術，只進行煤炭顆粒自身加熱操作，不進行周圍環境加熱操作，從而為點火工況控制提供了方便。然而激光器造價成本較高，其發射功率有限，其技術仍處于試驗階段，在短時間內無法直接應用于工業生產作業之中。

隨著現代社會經濟發展，能源需求與能源供應矛盾日益突出，在煤粉鍋爐點火技術中，采取傳統點火方式及少油點火技術其需要大量能源，相對而言，無油點火技術其能耗低，未來應用前景更為廣闊，在研究無油點火技術的同時，還應切實考慮穩燃技術與燃燒效率等問題，以切實確保煤粉鍋爐點火操作的穩定性，提高鍋爐低負荷穩燃運行可靠性，實現技術應用的綜合效益。

結語

煤粉鍋爐屬于我國電廠鍋爐的重要形式，其在啟動運行中，多存在著點火時間長、油耗量大與低負荷燃燒穩定性不足等現實性問題，為切實提高鍋爐啟動及運行效益，需要探索新型的煤粉鍋爐的新型點火技術。在分析傳統點火技術基礎上，對少油點火技術進行淺析，重點從電加熱多級無油直接點火燃燒器、感應加熱無油點火技術、電加熱無油點火技術、激光加熱無油點火技術角度，對煤粉鍋爐無油點火技術進行分析。無油點火技術研究與應用前景廣闊，是未來煤粉鍋爐啟動技術的主流技術，能夠有效降低能耗，保障鍋爐低負荷穩燃，實現其綜合效益。

周志權 劉 昕 陳 頡 王志剛

煙臺龍源電力技術股份有限公司

周志權（1978-03-06）男，漢，黑龍江哈爾濱人，中級，碩士研究生，研究方向：等離子體點火技術的研究與應用；劉昕（1977-08-23），女，漢，甘肅嘉峪關人，中級，碩士研究生，研究方向：微油點火及等離子體點火技術的設計研發及應用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.16.043