1000MW燃煤機組采用等離子點火與微油點火方案選擇對比分析

文濤

摘 要：文章以1000MW燃煤機組為例，對等離子與微油兩種點火方案進行分析對比，從兩種點火方案的工作原理出發，對點火特性、可靠性、經濟效益等方面進行了對比分析。

關鍵詞：1000WM燃煤機組；等離子點火；微油點火

1 工作原理

1.1 等離子點火技術工作原理

等離子技術的工作原理是利用高壓、高頻觸發起弧，通過磁場控制獲取功率穩定的直流空氣等離子體，通過在燃燒桶內燃燒等離子體釋放出4500℃以上的高溫，當煤粉顆粒通過該區域時，會在高溫作用下瞬間粉碎釋放出揮發物，并迅速燃燒。這一系列反應的過程都是在氣相中發生的，混合物的成份和粒級被改變，對煤粉的燃燒起到了極大的推動作用，大幅度減少引燃能量。以很小的能量點燃煤粉，從而讓燃燒進一步擴大到整個燃燒器，讓等離子弧點火實現。

1.2 微油點火技術工作原理

微油點火技術的工作原理是先將空氣進行壓縮。壓縮的空氣會產生高速射流，從而將燃料油擊碎發生霧化，進行燃燒，釋放出的熱量能夠對燃料形成加熱作用，油滴會在瞬間被蒸發，將液體燃料轉化為氣體燃料，燃燒效率和火焰的溫度都得到了大幅度提高。氣化燃燒的火焰中心溫度能達到2000℃，且傳播速度超過聲速。在高溫的作用下，進入一次室的濃相煤粉顆粒會迅速升溫、破裂、粉碎，在很短的時間內實現燃燒，然后與二次室內的稀相煤粉混合并繼續燃燒，以逐級燃燒的形式進行點火燃燒，大幅度降低引燃能量，鍋爐啟、停和低負荷穩燃的需求也能夠滿足。

2 等離子點火技術與微油點火技術的性能比較

2.1 煤種的適應性

由于煤質穩定性對點火能量要求的不同，等離子點火技術對煤質的穩定性要求較高，其點火輸入功率通常為50kW-200kW，對電器設備有一定的要求，這也對輸入功率提高造成了一定影響。

微油點火技術是采用氣化油槍代替等離子發生器。由于油熱值的關系，能夠實現功率增加和調整的目的，也正因為此，微油點火技術對煤種的適應性要相對較好，然而，當油量快速提高時，在油槍風的影響下會導致無法點燃煤粉，雖然可通過油槍配風的方式進行解決，但這依然會由于流速大于火焰傳播速度而無法實現點燃，同時還增加了燃燒器的阻力。

2.2 點火特性

（1）點火初期燃燒率。由于點火能量受到限制，等離子點火技術與微油點火技術的煤粉燃燒率也比較低。首先，煤粉初期的燃燒不會那么充分，其次，爐膛溫度是燃燒率決定的主要因素，而在點火初期，大部分煤粉在后期混合燃燒，爐膛溫度并不會很高。所以，在冷鍋爐下點火，為了提高一次風溫和爐膛溫度，必須設置冷爐啟動系統。由于氣膜風會對點火初期的燃燒器噴口穩定性造成影響，因此在點火初期盡量少開或不開周界風[1]，待點燃穩定后，隨著火焰的穩定逐步增加氣膜風，能夠有效改善等離子燃燒器的壁溫。由于1000MW機組的過熱器和再熱器吸熱較好，點火初期的升溫率較快，但為了保證過熱器氧化皮不發生脫落，在冷爐啟動要控制點火升溫率。（2）點火過程煤粉爆燃性。節油點火過程中爐膛內積存的煤粉十分容易爆燃，其產生的煙氣會導致爐膛壓力陡升。爐膛壓力一般要控制在0.5KPa以內。煤粉質量濃度為0.1-0.2kg/m3是安全燃燒的濃度，而如果1000kW機組的煤粉在180秒內沒有被點燃，爐膛內煤粉質量的濃度就可達到0.038kg/m3，當煤粉質量濃度在0.3kg/m3以上時，就非常容易發生爆燃。等離子點火技術和微油點火技術的快速點火和逐級燃燒能夠有效避免點火過程中的煤粉燃爆。

2.3 媒粉燃盡度

由于點火初期爐膛內的溫度較低，等離子點火的煤粉燃盡度較差，產生的飛灰可燃物容易導致尾部二次燃燒；而微油點火的燃燒器火焰溫度比較高，能夠讓煤粉發生熱化學反應，其燃盡度也相對較高。

2.4 點火可靠性

等離子點火技術的啟動過程相對復雜且響應時間較長。在這種情況下，各種技術層面的故障也會相應增多，在運行過程中需要加強維護和監視，提高其可靠性。微油點火技術的啟動響應較快，投運率也比較高，工況發生變化仍然不影響正常點火，運行過程的安全性和可靠性相對較高。

3 經濟性比較

3.1 初期安裝設備費用比較

以1000MW機組鍋爐安裝8個點火裝置為例，一套等離子點火裝置設備價格在約600萬元，一套微油點火系統費用在約200萬元。費用中包含了設計費、采購費及相應備件費用等。

3.2 投產后年運行費用分析

機組投產后的運行費用主要包括點火裝置的運行費用、維護費用、更換費用，以及電費等。機組運行方式為每年冷態啟動2次，18小時，熱態啟動6次，18小時。低負荷穩燃運行時間260小時，每度電的成本價按0.2元/kW·h計算。

（1）等離子點火裝置的運行費用包含電耗及陰陽極更換費用，等離子點火裝置功率200kW。

電耗費用：200kW×8只×（18h+18h+260h）×0.2元/kW·h=9.47（萬元）

陰陽極消耗費用：每個陰極頭1500元，壽命50h，每個陽極10000元，壽命500h。

（1500/50+10000/500）×8只×（18h+18h+260h）=11.84（萬元）。

年運行總費用：11.84+9.47=21.31（萬元）。

（2）微油點火系統的運行主要費用來源于燃油費，燃油價格按6000元/t，每只油槍平均出力50kg/h。

（18h+18h+260h）×8只×50kg/h×6元/kg=71.04（萬元）。

按照電力行業常用的最小年費用法對比，固定費用率取代表值0.17。

等離子點火裝置年費用：600萬元×0.17+21.31萬元=123.31（萬元）。

微油點火系統年費用：200萬元×0.17+71.04萬元=105.04（萬元）。

通過以上估算對比分析，等離子點火裝置與微油點火系統經濟性相當，因此設備費用、及燃油價格的變化都可以影響兩者擇優，建議電廠在選擇哪種助燃方式時，通過實時的設備價格、燃油價格及兩種助燃方種在其它方面的綜合對比分析獲得最優方案。

4 結束語

就目前而言，等離子點火技術和微油點火技術依舊是點火方式的主要選擇，都能夠在節油和穩定方面取得比較好的效果。技術層面，微油點火的可靠性比較高，對煤質的要求較低，系統簡單，日常維護方便；而等離子點火技術雖然系統能夠比較復雜，但其能夠實現無油點火，在用油量方面的更加具有優勢。經濟效益方面，等離子點火初期投資較微油點火大，但在正式運行后，由于等離子點火更節油，其經濟優勢更加突出。隨著油價的不斷上漲和資源的日益緊缺，等離子點火技術的優勢會越來越明顯，在未來會成為點火的首選方式。

參考文獻

[1]余長軍.微油點火技術和等離子點火技術在火電廠燃煤鍋爐上的應用[J].太原城市職業技術學院學報，2015，14（3）：194-196.

[2]張人超.等離子點火技術與微油點火技術在1000MW機組應用的技術性和經濟性比較[J].廣東電力，2013，26（3）：113-117.