淺談火力發電廠鍋爐等離子點火技術應用

燕小芬

中國電建集團江西省電力設計院有限公司 江西南昌 330000

1 等離子點火穩燃技術的概述

1.1 等離子燃燒機理

等離子點火裝置是利用直流電流在介質氣壓0．01-0．03MPa的條件下接觸引弧，并在強磁場控制下獲得穩定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在專門設計燃燒器的中心燃燒筒中形成溫度T＞5000°K，溫度梯度極大的局部高溫區，煤粉顆粒通過該等離子體，受到“火核”的高溫作用，在10-3秒內迅速釋放出揮發物，使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于反應是在氣相中進行，使混合物組分的粒級發生了變化。因而使煤粉的燃燒速度加快，有助于加速煤粉的燃燒，進而減少促使煤粉燃燒所需要的引燃能量[1]。

1.2 等離子燃燒器的性能

等離子點火和低負荷穩燃是通過等離子燃燒器實現的，其具備下列性能：

（1）穩定可靠地點燃煤粉，確保點火過程中不爆燃、不二次燃燒；點火過程燃燒器不結渣、不燒壞。

（2）燃燒器的出力可在一定范圍內變動，能滿足啟動曲線的要求，同時滿足作為主燃燒器時出力的要求。

（3）燃燒器的外形主要尺寸與原燃燒器相同，便于燃燒器的布置和與系統的接口。

2 氣化小油槍點火及微油（少油）冷爐點火技術

2.1 氣化小油槍點火穩燃技術

鍋爐氣化小油槍點火及穩燃技術，先利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎，霧化成超細油滴進行燃燒，同時用燃燒產生的熱量對燃料進行初期加熱，擴容，后期加熱，在極短的時間內完成油滴的蒸發氣化，使油槍在正常燃燒過程中直接燃燒氣體燃料，從而提高燃燒效率及火焰溫度、氣化燃燒后的火焰剛性極強、其傳播速度極快、火焰呈完全透明狀，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內進行直接點燃煤粉燃燒，從而實現電站鍋爐啟動、停止以及低負荷穩燃。

2.2 微油（少油）冷爐點火技術

單只油燃燒器從煤粉燃燒器的單側插入或兩只油燃燒器在煤粉燃燒器上對沖布置，點火時經過強化燃燒的油火焰將通過煤粉燃燒器的一次風粉瞬間加熱到煤粉的著火溫度，一次風粉混合物受到高溫火焰的沖擊，揮發分迅速析出同時開始燃燒，燃燒放出大量的熱，補充此間消耗的熱量，并持續對一次風粉進行加熱，將其加熱至遠高于該煤種的著火溫度，從而使煤粉中的碳顆粒開始燃燒，形成高溫火炬。由于煤粉在極短時間內迅速加熱，揮發份析出量將大大高于實際揮發份含量，進一步提高煤粉的燃燒速度，因而使煤粉燃盡率極高[2]。

3 無油電廠的設計

3.1 本工程無油電廠設計概述

（1）無油電廠定義。無油電廠是指鍋爐點火及穩燃節油裝置采用等離子技術，取消常規燃油系統及燃油貯罐，鍋爐點火和穩燃僅靠等離子裝置實現的電廠。

（2）無油電廠的優點。取消燃油系統，以煤代油符合國家戰略能源政策，經濟效益顯著，對電廠管理可消除燃油系統泄漏而時常發生的著火、設備損壞等安全隱患，減少因燃油系統引起的環境污染。從燃燒角度來講，無油電廠可杜絕煤油混燒引發的空預器著火、電除塵陰極積碳等事故發生，電站鍋爐在點火初期電除塵裝置就可投運，可減少粉塵排放，符合國家能源環保政策。

（3）國內零油耗電廠、無油電廠的應用情況。據目前已投運的采用等離子點火裝置實現無油點火及穩燃電廠的運行經驗，當電廠煤質較好、煤源穩定等相關條件適宜情況下，取消點火和穩燃用油系統是可行的。本工程煤質屬于低灰、中高全水分、高揮發分的高熱值燃煤，適于采用等離子無油點火方案。

3.2 適用條件

煤質：本工程煤質屬于低灰、中高全水分、高揮發分的高熱值燃煤。作為無油電廠的燃用煤質是適合的。

煤源：應確保煤源穩定。為保證節油點火裝置運行的有效性，無油電廠應能確保燃煤煤質穩定性，保證啟動階段的燃煤與設計煤質一致。

節油裝置的設置：節油裝置的配置應考慮備用，采用兩層或多層節油裝置，相互配合、備用，提高鍋爐點火安全系數，本工程采用最下面兩層等離子點火裝置，互為備用。

等離子燃燒器：采用四級等離子燃燒器，提高煤粉的燃盡率和鍋爐點火的安全性。

啟動汽源：本工程屬于異地新建電廠，當第一臺機組啟動或電廠機組全停后，機組需要啟動冷爐制粉汽源，則啟動鍋爐需要投運。

3.3 技術方案

點火和穩燃設備配置需要考慮備用。本工程無油電廠初步方案為在鍋爐前墻最下兩層主燃燒器位置安裝等離子體燃燒器，等離子體燃燒器布置在旋流式燃燒器的一次風筒內，原主燃燒器一次風筒中心的油槍及中心風拆除，原主燃燒器的內二次風和外二次風的結構不作修改，整個燃燒器的流場、燃燒組織和原燃燒器基本保持一致。在鍋爐點火和穩燃期間，等離子體燃燒器具有點火和穩燃功能，在鍋爐正常運行過程中，該兩層等離子體燃燒器具有主燃燒器功能[3]。

3.4 經濟性分析

建設無油電廠不僅符合我國的能源規劃戰略，與配置常規燃油系統采用大油槍點火及穩燃技術的電廠相比，也具有良好經濟效益。無油電廠：從項目建設階段初投資費用評估，可減少燃油系統的相關費用，有效降低項目初投資；項目運行階段后，由于在常規調試運行階段會耗用大量的燃油，取消常規油系統后，根據目前等離子裝置和燃油的價格水平評估，在機組正式投產前節約的燃油費用基本可回收等離子裝置的投資成本，機組正式投產后，與配置常規燃油系統的電廠相比，每次啟動節約的燃油都會產生一定的經濟效益。

4 結語

針對本工程的煤質情況和機組容量，采用單層等離子、微油點火和雙層無油等離子均是可行的方案。基于雙層無油等離子方案只比單層等離子、微油點火方案在初投資和基建期間增加費用288萬元，且本工程來煤品質較好，鍋爐點火系統推薦采用雙層等離子的無油方案，能為電廠以后的運行節約更多的燃油費用。