等离子点火与微油点火的应用

等离子点火与微油点火的应用

一、等离子点火与微油点火的工作原理

1、等离子的点火原理是：利用直流电流在等离子载体空气中接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在专门设计的燃烧器的中心燃烧筒中形成温度T＞5000K的，温度梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在10-3秒内迅速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行，使混合物组分的粒级和成分发生变化，有助于加速煤粉的燃烧，大大地减少点燃煤粉所需要的引燃能量。这样就可以用很低的能量点燃部分煤粉。然后，以内燃，逐级放大的方式，将整个燃烧器点燃，实现用等离子弧直接点火的目的。

2、气化微油点火燃烧器的工作原理是：先利用压缩空气的高速射流将燃料油直接击碎，雾化成超细油滴进行燃烧，同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热，扩容，后期加热，在极短的时间内完成油滴的蒸发气化，使油枪在正常燃烧过程中直接燃烧气体燃料，从而大大提高燃烧效率及火焰温度。气化燃烧后的火焰刚性极强、其传播速度极快超过声速、火焰呈完全透明状（根部为蓝色，中间及尾部为透明白色），火焰中心温度高达1500～2000℃。微油气化油枪燃烧形成的高温火焰，使进入一次室的浓相煤粉颗粒温度急剧升高、破裂粉碎，并释放出大量的挥发份迅速着火燃烧，然后由已着火燃烧的浓相煤粉在二次室内与稀相煤粉混合并点燃稀相煤粉，实现了煤粉的分级燃烧，燃烧能量逐级放大，达到点火并加速煤粉燃烧的目的，大大减少煤粉燃烧所需引燃能量。满足了锅炉启、停及低负荷稳燃的需求。

二、等离子点火与微油点火的系统组成

1、等离子点火系统主要有：等离子体点火燃烧器、等离子体发生器、等离子体电源及控制系统、冷炉制粉系统、风粉在线检测系统、压缩空气系统、循环冷却水系统以及火焰检测等系统构成。

等离子燃烧器改造一般布置在下层原主燃烧器位置，将该下层燃烧器一部或全部改造为等离子燃烧器，600MW以下的锅炉，一般每台炉设2～6台等离子燃烧器，800MW以上锅炉一般设8台等离子燃烧器。

2、气化微油点火燃烧器一般安装在最下层的一层或二层主燃烧器位置，安装数量与等离子基本相同。

系统构成：由燃油系统、送粉系统、控制系统、辅助系统等部分组成。

燃油系统由燃油系统、压缩空气系统、高压风系统及气化小油枪等组成。

控制系统根据机组控制系统不同而采取不同方式，主要有就地手动控制与远程保护、PLC控制与FSSS联合保护、DCS控制与BMS（或FSSS）保护等几种。

辅助系统包括一次风速在线监测、燃烧器壁温监测、图象火焰监测、二次风等系统构成。

三、煤种适应性

1、从实际使用情况看，等离子对煤质稳定性的要求较高，主要是因为不同的煤质稳定点燃所需的点火能量不同，等离子技术的点火输入功率一般为110kW 左右（约

10kg油的发热量），容量增加时电气设备也要相应增加，较为困难，因此输入功率的提高受到一定的限制。

等离子点火技术对于Aar≤ 35％的烟煤，可以做到无油点火；对于Aar＝35～45％的烟煤，可以做到节油点火；对于，Var≤ 19％的烟煤等离子点火已经较难适应。对于Mt≤25％，Aar≤30％的褐煤，可以实现无油点火，对于Mt≤28％，Aar≤14％的褐煤,可以实现节油点火。对于Mt=40～42%的褐煤，目前点火困难，需用大油枪伴烧。对于贫煤，等离子点火技术仅在50MW机组上有运行业绩。对于无烟煤，国内等离子点火尚无业绩。

2、气化小油枪点火技术实际是借鉴了等离子点火的系统工程技术，只是将等离子发生器换为了气化油枪，同时又可适当调节和增加功率。因此，对于煤种的适应性好于等离子点火技术。它可以适应于所有烟煤，但是对于Var≤ 19％的烟煤小油枪的出力将提高到150kg/h以上。

对于贫煤和无烟煤，小油枪要完全借鉴等离子点火的技术就有较大困难。因为等离子弧不消耗氧气，小油枪点火必须消耗氧气。对于烟煤，小油枪所需油量较小，煤油抢风的问题不突出，对于贫煤和无烟煤，小油枪的油量需要达到150～300kg/h，煤油抢风造成无法将煤粉引燃的问题非常突出。为了解决煤油抢风的问题，目前通常的措施，是对小油枪配风。这又带来流速远高于火焰传播速度，无法点燃的问题。同时燃烧器的阻力也上升到系统难于满足要求的地步，以至于煤粉也难于送入燃烧器。

四、冷炉点火

冷炉点火方式有多种选择：先点燃大油枪，待炉内温度升高，热风温度可以满足制粉系统制粉后投入等离子或气化小油枪点火，再撤出大油枪；利用邻炉热风制粉或在磨煤机入口加装暖风器的方式，满足点火初期制粉的需要，直接用等离子或气化小油枪点火启动；

等离子和气化小油枪标准化设计都配有冷炉制粉系统，主要是在进行改造的燃烧器对应磨煤机的入口安装暖风器，暖风器的设计既要保证在冷炉阶段的制粉出力的要求，又不能对管道阻力造成较大影响，一些工程设计中安装旁路以减小通风阻力。

通过降低点火初期的磨煤机出力和采用管道煤粉浓缩技术保证煤粉稳定的

点燃，减小初期机组启动热负荷。冷炉点火阶段，两种点火方式均能满足锅炉冷态启动曲线的要求，但对于超临界机组，有的电厂由于担心存在过热器氧化皮脱落的问题，刚开始点火时升温速率较高（在规程要求之内），可能会造成氧化皮的脱落。为避免此种情况的发生冷炉点火时先投大油枪暖炉后再用等离子或小油枪的点火方式，这一问题的关键，是降低初始功率。

有些气化微油点火设计单位认为，启动阶段与常规油枪相比，热负荷较为集中，会造成锅炉膨胀不均，因此，建议开始启动阶段先用大油枪伴燃一段时间，以使锅炉膨胀均匀。实际上煤火焰较长，加热应当更均匀，更可能是因为磨煤机的降出力措施不力，初始投入热量无法满足启动曲线的要求所造成。

五、锅炉点火初期煤粉量

锅炉点火初期的煤粉量受两个因素影响，一是锅炉的初始燃烧率，二是磨煤机的最小出力。

根据等离子点火的测试结果，初始燃烧率不超过额定负荷的5%，对于600MW 亚临界机组燃用神华煤满负荷时总煤量在225吨左右，考虑到冷炉点火初期的燃尽率，如为85％，机组启动时的燃煤量不能超过13.2吨。

磨煤机的最小出力是直接反映锅炉刚启动时的输入热量，最小出力大于锅炉初始燃烧率时，锅炉的温升速率会提高，如HP983磨煤机燃用神华煤时设计出力最大出力是63.5t/h，最小出力一般为最大出力的25％，即15.8t/h，大于锅炉初始燃烧率。因此，为减小温升速率过高，对于大型机组必须设法进一步降低磨煤机的出力（低于磨煤机设计最小出力）。但磨煤机的最小出力受磨煤机型式，干燥、研磨、通风、基本出力、磨煤机振动的制约。等离子和气化微油点火设计厂家与运行电厂都已通过试验调整，如采取调整磨煤机加载、控制风温等方法，但各电厂进一步降低后的磨煤机最低出力差别较大，即使是同型号、同煤种的磨煤机由于控制措施的不同差别也很大，如HP983磨煤机的磨煤机的最小出力范围在7～14之间。一般出力过低时磨煤机振动较大，磨煤机安全运行受到威胁。因此，磨煤机出力的降低是有一定限度的。同时磨煤机的出力降低后由于风量不是等比降低的，造成煤粉浓度下降，在煤粉浓度低于0.20kg/kg 时对于等离子点火技术较难点燃，气化微油点火技术由于油量较大，输入热量是等离子的2倍以上，所以点燃能力较强，但为保证点火的可靠性，两种技术都采用了管道煤粉浓缩技术。因设计能力和专利的限制，各个厂家的浓缩方式和效果有所区别，等离子点火技术管道浓缩技术比较成熟，能够确保管道平均煤粉浓度在0.16～0