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【摘要】文章介紹了等離子點(diǎn)火和微油點(diǎn)火燃燒器在燃煤機組上的工作原理和應用，并簡(jiǎn)述各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以供新建和已投產(chǎn)燃煤機組選用時(shí)參考。
【關(guān)鍵詞】等離子點(diǎn)火；微油點(diǎn)火；燃煤機組
隨著(zhù)我國經(jīng)濟又好又快發(fā)展，電力的需求迅猛。到2005年底，裝機容量已超過(guò)5億kW，其中火電占全國裝機容量的75.6％。機組的啟、停及低負荷穩燃需消耗大量的石油資源，年耗油量達到1322萬(wàn)t。到2020年，我國燃煤發(fā)電機組裝機容量將達到10億kW。
當前，國際原油價(jià)格不斷攀升，每桶已高達135美元，因此，控制鍋爐燃油消耗已成為各個(gè)燃煤電廠(chǎng)的不得不面對的現實(shí)問(wèn)題。傳統的大油槍點(diǎn)火方式已不能適應日益緊張的石油資源供應形勢，等離子點(diǎn)火、小油槍點(diǎn)火技術(shù)等各種無(wú)油或少油點(diǎn)火穩燃節油技術(shù)不斷涌現。等離子點(diǎn)火和微油點(diǎn)火穩燃節油技術(shù)既節油，又可以在點(diǎn)火期間就投運電除塵器，具有良好的環(huán)保效益，已得到廣大用戶(hù)的認可。本文將對兩種穩燃技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)加以探討和比較，以供新建機組和舊機組改造時(shí)參考。
一、等離子點(diǎn)火技術(shù)
?。ㄒ唬┑入x子點(diǎn)火系統工作原理
直流電流在一定介質(zhì)氣壓的條件下引弧，并在強磁場(chǎng)控制下獲得穩定功率的定向流動(dòng)空氣等離子體，該等離子體在點(diǎn)火燃燒器中形成T>4000K的梯度極大的局部高溫火核，煤粉顆粒通過(guò)該等離子“火核”時(shí)，迅速釋放出揮發(fā)物、再造揮發(fā)份，并使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒，達到點(diǎn)火并加速煤粉燃燒的目的。
等離子體內含有大量的化學(xué)活性粒子，如原子（C、H、O）離子（O2-、H+、OH-）和電子等。它們可加速熱化學(xué)轉換，促進(jìn)燃料完全燃燒。
等離子發(fā)生器由線(xiàn)圈、陰極、陽(yáng)極組成。其中陰極和陽(yáng)極由高導電率、高導熱率及抗氧化的特殊材料制成，以承受高溫電弧沖擊。線(xiàn)圈在高溫情況下具有抗直流高壓擊穿能力。電源采用全波整流并具有恒流性能。其發(fā)火原理為：在一定輸出電流條件下，當陰極前進(jìn)同陽(yáng)極接觸后，系統處在短路狀態(tài)，當陰極緩緩離開(kāi)陽(yáng)極時(shí)產(chǎn)生電弧，電弧在線(xiàn)圈磁場(chǎng)的作用下被拉出噴管外部。壓縮空氣在電弧的作用下，被電離為高溫等離子體，進(jìn)入燃燒器點(diǎn)煤粉。等離子燃燒器結構如下圖所示：
?。ǘ┑入x子點(diǎn)火系統構成
等離子燃燒系統由點(diǎn)火系統和輔助系統兩大部分組成。點(diǎn)火系統由等離子燃燒器、等離子發(fā)生器、電源控制柜、隔離變壓器、控制系統等組成；輔助系統由壓縮空氣系統、冷卻水系統、圖像火檢系統、一次風(fēng)在線(xiàn)測速系統等組成。
?。ㄈ┘夹g(shù)特點(diǎn)
1．陽(yáng)極與陰極使用抗氧化材料，使等離子體載體可以采用廉價(jià)易得的壓縮空氣，降低了運行成本；
2．輸出電功率可達到100KW以上，陽(yáng)極使用壽命長(cháng)（≥1000小時(shí)），適合與各種燃燒器配合；
3．燃燒器采用了分級燃燒、氣膜冷卻及濃淡分離等技術(shù)，使其適應煤種范圍寬，對煤粉細度無(wú)特殊要求，且出力大、不易結焦、耐磨損、使用壽命長(cháng)；
4．供電電源及控制主機采用了總線(xiàn)式的通訊方式，切換方便，兩臺單元式鍋爐可采用共用一套供電電源、各自使用獨立的操作界面的辦法，從而節省大量的初始投資，提高設備的利用率。
?。ㄋ模┑入x子點(diǎn)火穩燃節油技術(shù)在廣東惠來(lái)電廠(chǎng)2×600MW應用
1．惠來(lái)電廠(chǎng)2×600MW鍋爐概況?；輥?lái)電廠(chǎng)一期2×600MW機組鍋爐為東方鍋爐廠(chǎng)設計制造，超臨界壓力直流爐，一次中間再熱、前后墻對沖燃燒、中速磨煤機正壓直吹式制粉系統。設計煤種為神華東勝煤,校核煤種為晉北朔州煤。采用煙臺龍源等離子點(diǎn)火穩燃技術(shù)。
2．惠來(lái)電廠(chǎng)2×600MW節油成果。在１號機組沖管的過(guò)程中，由于采用了先進(jìn)的等離子點(diǎn)火技術(shù)，未投用一滴助燃油，節省燃油近1800噸，直接節省費用達1000萬(wàn)元。實(shí)際運行證明,等離子點(diǎn)火器一次投入成功率達99%,該系統安全可靠,試運行全過(guò)程實(shí)現了零油耗,既經(jīng)濟又環(huán)保。目前電廠(chǎng)煤源以神華東勝煤為主,山西混煙煤為輔,煤種著(zhù)火、燃盡性能良好且煤質(zhì)穩定,這是等離子點(diǎn)火和穩燃技術(shù)在惠來(lái)電廠(chǎng)取得很好成績(jì)的必要條件。
二、微油點(diǎn)火穩燃技術(shù)
?。ㄒ唬┪⒂忘c(diǎn)火燃燒器的工作原理
微油燃燒器由油燃燒室、煤粉一級燃燒室、煤粉二級燃燒室，煤粉三級燃燒室組成，該燃燒器既能保證安全、穩定地點(diǎn)燃，又能作為主燃燒器功能，保持原主燃燒器的原有性能。微油煤粉燃燒器結構示意圖：
微油燃燒器的工作原理：微油槍在微油燃燒室內氣化并點(diǎn)燃燃燒，產(chǎn)生的高強度火焰進(jìn)入到微油燃燒器的一級燃燒室，與進(jìn)入一級燃燒室的煤粉氣流混合，發(fā)生強烈的化學(xué)反應，煤粉裂解同時(shí)產(chǎn)生大量揮發(fā)分并被點(diǎn)燃，被點(diǎn)燃的煤粉火焰隨氣流進(jìn)入到二級燃燒室，在這里引燃進(jìn)入到二級燃燒室的煤粉氣流，依次類(lèi)推進(jìn)入三級燃燒室，實(shí)現分級燃燒和能量逐級放大，引燃絕大多數煤粉，在燃燒器出口產(chǎn)生約1200℃的煤粉火焰。
?。ǘ┪⒂拖到y組成
微油系統由微油點(diǎn)火系統、一次風(fēng)加熱系統和控制系統三大部分組成。
微油點(diǎn)火系統由微油進(jìn)油管路、壓縮空氣管路、微油燃燒器、微油燃燒助燃風(fēng)、以及微油點(diǎn)火、火檢、爐膛壁溫監測等組成；
直吹式制粉系統還應增加一次風(fēng)暖風(fēng)加熱系統；
控制系統主要對點(diǎn)火系統和一次風(fēng)加熱系統納入就地和遠程DCS控制，進(jìn)行就地控制操作和遠程控制操作，實(shí)現鍋爐微油點(diǎn)火和燃燒的安全保護及連鎖，確保鍋爐的安全、穩定、可靠運行。
?。ㄈ┪⒂腿紵募夹g(shù)特點(diǎn)
1．大幅度降低鍋爐啟停及低負荷穩燃時(shí)的用油量，節油率可達到95％以上；
2．點(diǎn)火初期煤粉燃盡率高，可達80%以上（煙煤），并能有效控制冷爐點(diǎn)火初期冒黑煙的現象。在鍋爐啟停階段，可投入電除塵，滿(mǎn)足環(huán)保要求；
3．煤種適應性廣，可以做到每支油槍用油＜250kg/h的微油燃燒引燃煤粉的能力。對于煙煤，基本上可控制＜80kg/h （每支油槍?zhuān)┘纯蓾M(mǎn)足600MW機組的應用；對于貧煤和無(wú)煙煤，則需要200Kg/h出力的油槍?zhuān)?/p>
4．采用高規格的耐溫、耐磨損材料，使用氣膜冷卻技術(shù)，燃燒器運行安全；
5．微油燃燒器運行參數（煤粉濃度、一次風(fēng)速）可控范圍寬,煤粉濃度0.2～0.8kg(煤粉)/kg（空氣） 一次風(fēng)速20～32m/s(煙煤)，?18～24m/s(貧煤、無(wú)煙煤)，在以上參數范圍內變化時(shí)，一次風(fēng)煤粉均能被很好引燃；
6．節油顯著(zhù)，節油率:煙煤一般在95％以上，貧煤、無(wú)煙煤在70～80％之間；
7．初投資省，系統簡(jiǎn)單，改造工程量小，投資回收率高，運行維護成本低；
8．微油系統所有熱工信號均可直接送至DCS，由DCS統一調度控制，所有操作和保護均通過(guò)DCS實(shí)現。
?。ㄋ模┪⒂忘c(diǎn)火穩燃技術(shù)在廣東汕尾電廠(chǎng)＃2爐(600MW)改造應用
1．汕尾電廠(chǎng)＃2爐概況。汕尾電廠(chǎng)2×600MW機組鍋爐為東方鍋爐廠(chǎng)設計制造，超臨界壓力直流爐，一次中間再熱、前后墻對沖燃燒、中速磨煤機正壓直吹式制粉系統。
2．改造內容。采用杭州意能節能技術(shù)有限公司微油點(diǎn)火穩燃技術(shù)，將#2爐后墻下層A磨對應的六只燃燒器改成微油點(diǎn)火煤粉燃燒器，在實(shí)現鍋爐微油冷爐啟動(dòng)和低負荷穩然的前提下，確保原主燃燒器的動(dòng)量不變以及基本性能不變，同時(shí)兼具主燃燒器的功能。
微油點(diǎn)火槍參數:工作油壓0.5～2.5MPa,單支微油槍出力30～68kg/h。
對于直吹式制粉系統，存在冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)由于熱風(fēng)溫度不夠，不能干燥制粉的問(wèn)題，通過(guò)采用蒸汽暖風(fēng)器加熱磨煤機入磨冷風(fēng)的方式來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。
2.4.3 改造成果：
?。?）在不投大油槍的情況下，鍋爐能應用微油點(diǎn)火技術(shù)實(shí)現改造后升溫升壓、汽機沖轉、帶負荷等整個(gè)冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程，同時(shí)也適用于鍋爐的低負荷穩燃。。
?。?）微油燃燒器能順利點(diǎn)燃煤粉，火焰明亮，燃燒穩定，燃燒器長(cháng)期運行壁溫正常、不結焦。同時(shí)撤出微油槍后氣化微油燃燒器作為主燃燒器運行時(shí)，在一次風(fēng)風(fēng)速正常的情況下，相應給煤量能滿(mǎn)足鍋爐帶滿(mǎn)負荷的要求，滿(mǎn)足做為主燃燒器使用的要求。
?。?）6支微油槍額定運行參數（1.5MPa）油耗才300kg/h，節油率達到90%以上。
三、等離子點(diǎn)火和微油點(diǎn)火的優(yōu)缺點(diǎn)
?。ㄒ唬┑入x子點(diǎn)火技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
1．節油率高，對于適應煤種可以做到無(wú)油啟動(dòng)。
2．具備取消油系統，建立全無(wú)油電廠(chǎng)的條件。
3．等離子電弧不需要配風(fēng)，直徑可以做到較細。
4．已有400多臺鍋爐成功應用的業(yè)績(jì)。
5．點(diǎn)火期間就可投運電除塵器，具有良好的環(huán)保效益。
?。ǘ┑入x子點(diǎn)火技術(shù)缺點(diǎn)
1．因受發(fā)生器功率限 制，煤質(zhì)適應范圍較窄，比較適用于煙煤等揮發(fā)份較高容易著(zhù)火的煤種。
2．系統較復雜，關(guān)聯(lián)因素太多(風(fēng)、水、電)，穩定性和可靠性還需進(jìn)一步提升。
3．造價(jià)高，單臺爐要400多萬(wàn)元。
4．運行維護費用大，陰極棒壽命保證為50小時(shí)，每支費用約1200元；陽(yáng)極棒壽命保證為1000小時(shí)，每支費用約10000元。
5．煤燃燒室采用氣膜冷卻，對氣膜冷卻要求高，容易導致燃燒室結渣。
?。ㄈ┥儆忘c(diǎn)火技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
1．系統簡(jiǎn)單可靠，小油槍和原大油槍系統類(lèi)似，電廠(chǎng)檢修人員容易維護，運行人員容易操作。
2．油槍出力易調節，適應多種煤種，煙煤貧煤和無(wú)煙煤都可適用，也適用于倉儲或直吹式各種制粉系統。
3．節油可達95％以上。
4．系統設備造價(jià)較低，對于已經(jīng)有油系統的鍋爐改造費用不高，不超過(guò)200萬(wàn)元。
5．煤燃燒室采用氣膜冷卻，燃燒室不容易結渣。
6．點(diǎn)火期間就可投運電除塵器，具有良好的環(huán)保效益
?。ㄋ模┥儆忘c(diǎn)火技術(shù)缺點(diǎn)
1．因小油槍流量很小，油槍噴嘴直徑很小，直徑通常只有1mm，易堵塞，可在油系統供油前部安裝燃油過(guò)濾器來(lái)解決。
2．小油槍因其結構限 制，軸向布置較困難，因此目前軸向布置一般采用普通空氣霧化油槍。
3．小油槍燃燒需要配風(fēng)，而且小油槍霧化需要一定的角度,所以小油槍燃燒室要有一定的直徑，一定程度上增加了煤粉燃燒器的阻力。
四、總結
隨著(zhù)社會(huì )對原油的不斷消耗，原油資源越來(lái)越稀缺，無(wú)論從節能或者環(huán)保方面來(lái)考慮，燃煤電廠(chǎng)必須選擇采用等離子點(diǎn)火或者微油點(diǎn)火等等少油或無(wú)油點(diǎn)火穩燃技術(shù)。
我們可以根據使用的煤種、現場(chǎng)場(chǎng)地以及費用等等實(shí)際因素來(lái)決定采用等離子或微油點(diǎn)火穩燃技術(shù)。對于進(jìn)廠(chǎng)煤種不穩定，原來(lái)已經(jīng)有輕油系統的機組，選擇微油點(diǎn)火穩燃技術(shù)比可靠經(jīng)濟。對于有可靠的煤源，煤質(zhì)穩定，而且是煙煤等揮發(fā)份較高易于燃燒的煤種，我們可以大膽取消燃油系統，一步到位，采用等離子點(diǎn)火穩燃技術(shù)。
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【作者簡(jiǎn)介】吳耀全（1971- ），男，廣東粵華發(fā)電有限責任公司工程師，研究方向：鍋爐運行和設備管理。
