等離子點火技術在國電費縣發電廠的應用

唐建明

摘 要：近十幾年以來，“綠色施工、節能減排”的理念越來越成為現代大型燃煤火力發電廠的建設理念，不用燃油來實現大型火力發電廠燃煤鍋爐的點火啟動、穩燃助燃的新技術能有效實現節能減排的理念，在國電費縣發電廠2×600MW新建發電機組中通過引入鍋爐等離子點火技術，不但實現了大型燃煤鍋爐無油啟動，還保證了鍋爐的穩燃助燃，為國家節省了大量的燃油，滿足了國電費縣發電廠對環保節能的要求，達到了真正意義上的經濟、環保。

關鍵詞：發電廠；鍋爐；等離子；點火；節油

中圖分類號：TK223.23 文獻標識碼：A

0.引言

我國的石油資源并不豐富，但消耗量很大，原油還需要進口，石油已經成為影響我國能源安全的戰略物資，而電力行業燃油的消耗占了全國消耗總量的20%以上。近十幾年以來，“綠色施工、節能減排”的理念越來越成為現代大型燃煤火力發電廠的建設理念，加上由于世界原油及其價格的紛爭，和國家對燃煤火力發電企業環保節能的要求，燃煤火力發電廠鍋爐點火啟動用的傳統燃料——燃油的用量作為一項考核新建或改擴建機組的性能指標越來越受到重視，尋找一種如何少用或不用燃油來實現燃煤鍋爐的點火啟動、穩燃助燃的新技術作為一個新課題擺在了現代燃煤火力發電企業的面前。在以前的幾十年里，小油槍點火技術、微油點火技術逐步在燃煤火力發電廠鍋爐上得到應用，但由于它們并不能實現百分之百的節油目標，加上它們在同樣點火能量的條件下，點火性能沒有等離子體好，所以在國電費縣發電廠2×600MW新建發電機組中引入了鍋爐等離子點火技術，不但實現了鍋爐不用燃油點火啟動，還保證了鍋爐的穩燃助燃，每臺機組每年可為國家節省上千噸燃油，按照每噸燃油2000元計算，每臺機組每年也可為國電費縣發電廠節省約200萬元的費用，創造了很大的社會效益和經濟效益，對捍衛我國的能源安全意義重大。

1.大型燃煤火力發電廠鍋爐采用等離子點火技術，點火和穩燃與采用燃油的點火技術相比有以下幾大優點

1.1 社會效益大

真正實現了燃煤鍋爐的無油啟動，不用一滴燃油鍋爐就能實現點火啟動和穩燃助燃，單單一個費縣發電廠兩臺60萬kW發電機組每年就能為國家節省約2000噸的燃油，全國那么多燃煤發電廠如果都采用了等離子點火燃燒技術，那么它所節省的燃油量是相當大的，對捍衛我國的能源安全意義重大，創造了很大的社會效益。

1.2 經濟效益大

采用等離子點火燃燒技術后，每臺機組每年可為國電費縣發電廠節省約200萬元的費用，國電費縣發電廠建有兩臺600MW發電機組，每年節省的總費用是400萬元，創造了很大的經濟效益。

1.3 減少了建設期投資

采用等離子點火燃燒技術后，大型燃煤火力發電廠新建工程可以取消傳統的燃油泵房及燃油系統設備和管道、配套電氣熱控裝置等等，可以減少上千萬的建設期投資。

1.4節約了生產期運行維護成本

采用等離子點火燃燒技術后，電廠采用單一燃料（燃煤）運行，簡化了系統，簡化了運行方式，運行和維護費用僅是使用燃油點火時費用的15%～20%，節約了生產期運行維護成本。

1.5 減少了對環境的污染

采用等離子點火燃燒技術后，由于點火時不用燃油，靜電除塵裝置可以一點火就投入，因此，避免了油點火初期大量煙塵的排放對環境的污染；另外，電廠采用單一燃料（燃煤）后，消除了燃油的運輸和儲存環節，避免了燃油對大地和大氣的污染，改善了電廠周圍的環境。

1.6 點火性能好

采用等離子點火燃燒技術，在同樣點火能量的條件下，點火性能比油點火好，由于在等離子體單位容積內，能量高度集中，能快速順利地點燃煤粉。等離子體內還含有大量化學活性的粒子，可加速熱化學轉換，促進燃料完全燃燒。

2.等離子體點火原理

等離子體是由電子、正離子和中性原子組成的對外界呈電中性的電離氣體。等離子煤粉無油點火系統的等離子體發生器輸入能源為電能，其產生的等離子體火炬溫度可達2700℃～9000℃，本系統正是利用等離子體火炬所形成的高溫和特殊化學反應條件將煤粉氣流直接引燃從而實現無油點火功能。

等離子燃燒器是借助等離子發生器的電弧來點燃煤粉的煤粉燃燒器，與以往的煤粉燃燒器相比，等離子燃燒器在煤粉進入燃燒器的初始階段就用等離子弧將煤粉點燃，并將火焰在燃燒器內逐級放大，屬內燃性燃燒器，可在爐膛內無火的狀態下直接點燃煤粉。

3.等離子點火系統組成

國電費縣電廠的2×600MW機組鍋爐采用的等離子點火系統由等離子點火設備及其輔助系統組成，等離子點火設備由等離子發生器、等離子燃燒器、隔離變壓器、電源柜等組成，輔助系統由載體空氣系統、冷卻水系統、圖像火檢系統、熱控系統、冷風加熱系統、一次風在線監測系統、燃燒器壁溫監測系統等組成。

根據費縣電廠鍋爐的實際情況，將前墻最下層5臺煤粉燃燒器改造為兼有等離子點火及穩燃功能的等離子燃燒器。在鍋爐點火和穩燃期間，該燃燒器具有點火和穩燃功能；在鍋爐正常運行時，該燃燒器具有主燃燒器功能，且出力及燃燒工況與原來保持一致。等離子燃燒器按照鍋爐原有的煤粉燃燒器接口尺寸設計，燃燒器軸向裝有等離子點火器，內部由多級燃燒室組成。

4.國電費縣發電廠等離子點火系統性能

4.1 等離子發生器功率可用調節范圍65kW～120kW；

4.2 可更換陰極使用壽命≥50h；

4.3 陽極使用壽命≥1000h；

4.4 冷態啟動穩定著火時間≤180s；

4.5 等離子燃燒器設計出力范圍同主燃燒器；

4.6 燃燒噐使用壽命不低于50000h；

4.7 在設計及校核煤種下，在冷風加熱器運行參數和對應的磨煤機最低出力及通風量滿足技術條件時，等離子點火及穩燃系統具備冷態無油點火啟動、帶負荷的性能；

4.8 在設計和校核煤種下，等離子點火及穩燃系統從鍋爐吹管到帶滿負荷168h全過程，具有無油操作性能；

4.9 等離子點火及穩燃系統具備低負荷不投油穩燃的性能；

4.10 等離子點火系統投入2h后，鍋爐飛灰含碳量≤15%；

4.11 在鍋爐BMCR工況下，等離子燃燒器作為主燃燒器運行時，NOx排放濃度不大于原燃燒器投運時NOx排放濃度；

4.12 在BMCR工況下，等離子燃燒器作為主燃燒器運行，鍋爐熱效率不低于BMCR工況下原燃燒器投運時鍋爐保證熱效率；

4.13 在等離子燃燒器設計范圍內，等離子點火及穩燃裝置投入時，燃燒器及所對的鍋爐水冷壁不結渣，燃燒器不燒損。

5.等離子點火系統安裝

費縣電廠鍋爐燃燒器布置方式為前后墻對沖，前后墻各三層布置，每層5只燃燒器，共30只燃燒器。鍋爐制粉系統為中速磨煤機、冷一次風機正壓直吹式系統，配6臺北京重型機械廠生產的ZGM113N型中速磨煤機和6臺給煤機，其氣粉混合物經每臺磨煤機上部分離器及其出口的5根煤粉管道送入鍋爐前后墻燃燒器供爐內燃燒。設計磨煤機為5臺運行，一臺備用，每臺磨煤機對應供給前墻（或后墻）一層5臺燃燒器，等離子燃燒器布置在爐前下數第一層主燃燒器上。安裝時在地面首先將油燃燒器套管抽出把等離子燃燒器裝在此位置上連同主燃燒器一起吊裝到位。安裝時應保證同一層燃燒器標高一致、前后水平，標高誤差不大于±5mm，前后水平差一般不大于0.5°。燃燒器及一、二次風管道安裝完畢后再安裝等離子發生器、配套的水、電、氣管路線路等。

結語

從等離子點火技術在國電費縣發電廠2號機組沖管及168期間試運行情況來看，各種功能完全可以滿足煤粉鍋爐啟動時直接點燃煤粉的要求，縮短了鍋爐啟動時間，簡化了點火操作程序，實現了燃煤鍋爐無油點火啟動和穩燃助燃的目標，節省了燃油，減少了機組啟動、運行、維護的費用，從而為費縣電廠取得了巨大的經濟效益和社會效益，對捍衛我國的能源安全意義重大。另外，直流空氣等離子體作為點火源，貧煤揮發份低于（10%），原煤水分含量大于10%時，煤粉將不易被點燃。

參考文獻

[1]朱杰.等離子點火技術在電廠的應用[J].科學與財富，2011（11）：153-154.