1、等離子點(diǎn)火技術(shù)在火電廠鍋爐中的應(yīng)用 等離子點(diǎn)火技術(shù)在火電廠鍋爐中的應(yīng)用 【摘 要】本文介紹了等離子點(diǎn)火技術(shù)的原理、組成以及技術(shù)特性，采用等離子點(diǎn)火技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了真正的啟動(dòng)零耗油，同時(shí)在能夠低負(fù)荷情況下采用等離子穩(wěn)燃，實(shí)現(xiàn)環(huán)保減排，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 【關(guān)鍵詞】等離子；點(diǎn)火；節(jié)油；環(huán)保 目前，如何在電煤供給緊張的情況下降低運(yùn)行本錢，實(shí)現(xiàn)企業(yè)利潤最大化，進(jìn)一步提高企業(yè)參與市場競爭的能力，成為了各發(fā)電企業(yè)面臨的嚴(yán)峻問題。吉林省內(nèi)多家電廠煤粉鍋爐的點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃都是采用燃燒重油或輕油來實(shí)現(xiàn)的，點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)要消耗大量燃油。 隨著廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)的實(shí)施，電廠為了提高自身的競爭力，必

2、然想方設(shè)法減少燃油的耗量。等離子點(diǎn)火技術(shù)是一種新型燃燒技術(shù)，其原理是利用一定壓力的空氣做介質(zhì)，在直流電流和強(qiáng)磁場控制下獲得穩(wěn)定功率的定向流動(dòng)空氣等離子體，該等離子體在點(diǎn)火燃燒器中形成局部高溫，煤粉顆粒通過時(shí)被迅速點(diǎn)燃形成火炬噴入爐膛。在機(jī)組啟動(dòng)、滑停和低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)，燃燒穩(wěn)定，節(jié)油顯著。 1 系統(tǒng)簡介 大唐長春二熱公司一期工程裝機(jī)容量為2×220MW機(jī)組，所配鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-670/140-YM14型自然循環(huán)固態(tài)排渣煤粉爐，每臺(tái)鍋爐共有四套制粉系統(tǒng)；二、三期工程裝機(jī)容量為4×220MW機(jī)組，所配鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-670/140-YM9型自然循環(huán)固態(tài)排

3、渣煤粉爐，每臺(tái)鍋爐共有兩套制粉系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)煤種均為煙煤。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，公司自2000年以來平均年耗油696噸，燃油消耗量巨大，發(fā)電本錢仍然處于高位。 國家環(huán)保要求，3、4號(hào)鍋爐必須取消脫硫旁路煙道，同時(shí)最大限度的挖掘機(jī)組節(jié)油潛力、降低生產(chǎn)本錢、提高企業(yè)競爭能力。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，公司對3、4號(hào)鍋爐進(jìn)行等離子體無油點(diǎn)火技術(shù)改造，確保在無油狀態(tài)下完成鍋爐啟、停及穩(wěn)燃功能，將機(jī)組燃油系統(tǒng)完全退出，到達(dá)既節(jié)約燃油，又滿足環(huán)保要求。 等離子系統(tǒng)主要應(yīng)用于發(fā)電行業(yè)大型燃煤火力發(fā)電廠煤粉鍋爐的啟動(dòng)點(diǎn)火與穩(wěn)燃，也可用于其他工業(yè)領(lǐng)域類似的煤粉鍋爐的點(diǎn)火與穩(wěn)燃，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油點(diǎn)火技術(shù)，到達(dá)節(jié)能、減排和顯著提高運(yùn)行企

4、業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。等離子體點(diǎn)火時(shí)即可投入電除塵，啟動(dòng)期間顆粒物的排放可大大降低。此外，燃油屬于國家緊缺資源，在國家大力提倡節(jié)約能源、降耗減排提倡綠色能源的今天，等離子技術(shù)的應(yīng)用必將具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和普遍的社會(huì)效益。 2 等離子技術(shù) 2.1 系統(tǒng)原理 MA300B型等離子點(diǎn)火裝置是利用直流電流在空氣介質(zhì)氣壓條件下接觸引弧，獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在專門設(shè)計(jì)的燃燒器的中心燃燒筒中形成溫度T>5000K的，溫度梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過該等離子“火核受到高溫作用，并在10-3秒內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物，使煤粉顆粒破裂粉碎并再造揮發(fā)分，從而迅速燃燒。由于反響是在氣相中進(jìn)行，

5、使混合物組分的粒級(jí)發(fā)生了變化。因而使煤粉的燃燒速度加快，也有助于加速煤粉的燃燒，這樣就大大地減少促使煤粉燃燒所需要的引燃能量。等離子體內(nèi)含有大量化學(xué)活性的粒子，如原子、原子團(tuán)、離子和電子等，可加速熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，促進(jìn)燃料完全燃燒。為了獲得煤粉點(diǎn)火的最正確濃度，根據(jù)制粉系統(tǒng)一次風(fēng)煤粉濃度及現(xiàn)場一次風(fēng)管道的具體情況，可分別采用葉柵、撞擊塊或?qū)Я靼宓确绞綕饪s煤粉，使之到達(dá)點(diǎn)燃煤粉的最正確煤粉濃度。按煤質(zhì)的情況，盡可能使煤粉細(xì)度、一次風(fēng)氣流速度和一次風(fēng)溫度也在所要求范圍之內(nèi)，滿足條件的一次風(fēng)粉進(jìn)入點(diǎn)火區(qū)，濃煤粉經(jīng)過高溫的等離子體被點(diǎn)燃，在燃燒器內(nèi)部燃燒。淡煤粉流經(jīng)高溫套筒的外壁，對其起到冷卻的作用，在“環(huán)

6、形縮口的作用下被濃縮，并被已燃燒的火炬點(diǎn)燃。然后進(jìn)入混合燃燒。完成逐級(jí)點(diǎn)火分級(jí)燃燒的過程。 2.2 系統(tǒng)組成 等離子體發(fā)生器為直流非轉(zhuǎn)移型電弧等離子體發(fā)生器。等離子體炬具有溫度高、能量集中、氣氛可控等優(yōu)點(diǎn)。它由陰極、陽極等組成。其中陰、陽極材料采用具有高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱、耐氧化的金屬材料制成，它們均采用水冷方式冷卻，以承受電弧高溫沖擊。等離子體發(fā)生器所用大功率直流穩(wěn)壓電源采用國際最新科技的IGBT管高頻逆變開關(guān)直流電源，具有電流穩(wěn)定度高、體積小、效率高等特點(diǎn)。 等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)由點(diǎn)火系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)兩大局部組成。點(diǎn)火系統(tǒng)包括等離子發(fā)生器、等離子燃燒器。輔助系統(tǒng)包括電源裝置、控制系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、

7、高壓風(fēng)系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)。電源裝置直流電源柜、聯(lián)接電纜等構(gòu)成的等離子發(fā)生器的直流供電裝置。 圖1 2.3 技術(shù)特性 等離子體是除液體、固體和氣體以外的第四種物質(zhì)存在形式。它整體呈中性，內(nèi)部富含極具活性的正、負(fù)離子、電子和分子。等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的等離子體射流核心溫度高達(dá)800010000，與等離子體燃燒器結(jié)合后在其內(nèi)部形成合理的溫度場，促進(jìn)煤粉的裂解和燃燒。利用這一特點(diǎn)，煤粉鍋爐等離子體點(diǎn)火及穩(wěn)燃系統(tǒng)，可以在鍋爐啟動(dòng)和穩(wěn)燃過程中以煤粉完全替代燃油，實(shí)現(xiàn)鍋爐的無油啟動(dòng)和穩(wěn)燃。應(yīng)用等離子體點(diǎn)火技術(shù)，在鍋爐點(diǎn)火初期實(shí)現(xiàn)無油點(diǎn)火，防止了使用燃油點(diǎn)火而導(dǎo)致除塵裝置無法投運(yùn)，煙囪冒黑煙，造成大氣污染的問題

8、。國家發(fā)改委、國家環(huán)保總局鼓勵(lì)取消脫硫旁路的相關(guān)規(guī)定出臺(tái)后，燃煤電廠的環(huán)保壓力逐漸加大，由于點(diǎn)火時(shí)使用燃油就不可防止的對脫硫漿液造成嚴(yán)重污染，所以，應(yīng)用等離子體無油點(diǎn)火技術(shù)很好的解決了這個(gè)問題。 等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)擁有以下技術(shù)優(yōu)勢： 節(jié)約高品位能源：等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)可在煤粉鍋爐啟停和穩(wěn)燃過程中用燃煤替代燃油，它們又是經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)踐檢驗(yàn)的，是成熟實(shí)用的。 節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用：啟停和穩(wěn)燃的運(yùn)行本錢僅為燃油點(diǎn)火方式運(yùn)行本錢的1020%，同時(shí)等離子體內(nèi)含有大量化學(xué)活性的粒子，可加速熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，促進(jìn)燃料完全燃燒。 提供平安性：消除因使用燃油而可能引起火災(zāi)帶來人身傷亡及設(shè)備燒損事故隱患。 增強(qiáng)環(huán)保性：使用等離子體點(diǎn)

9、火期間，可以投入電除塵，防止煙氣粉塵直接排放污染環(huán)境。 運(yùn)行方式簡單化：電廠可以單一燃料運(yùn)行，簡化了系統(tǒng)，簡化了運(yùn)行方式。 通用性和可配置性：電站鍋爐等離子點(diǎn)火所有設(shè)備運(yùn)行方式均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)方式，并可與DCS系統(tǒng)接口運(yùn)行，具有很高的自動(dòng)化水平和應(yīng)用適應(yīng)能力。 3 改造實(shí)施 2021年，大唐長春二熱公司在3、4號(hào)鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)同時(shí)施工，均在一層1、3號(hào)角，二層2、4號(hào)角主燃燒器內(nèi)布置有4個(gè)MA300B型等離子點(diǎn)火器。該點(diǎn)火器是利用在強(qiáng)磁場控制下的直流接觸引弧放電，將空氣電離成等離子體。該等離子體內(nèi)含有大量活性粒子。這些粒子正負(fù)電荷數(shù)相等，對內(nèi)為良導(dǎo)體，對外顯中性，其內(nèi)部有著上萬度的高溫，該等離

10、子體射流用機(jī)械和磁壓縮的方法送至需進(jìn)行點(diǎn)火的部位，讓煤粉通過該等離子體，由于受到超高溫的強(qiáng)烈作用，煤粉顆粒在1ms內(nèi)迅速釋放出揮放份，并被破裂粉碎而再次釋放揮發(fā)份，從而迅速燃燒。 同時(shí)鍋爐的制粉系統(tǒng)不具備冷態(tài)制粉條件，無法實(shí)現(xiàn)鍋爐無油點(diǎn)火功能。為滿足上述兩個(gè)方面的要求及保障鍋爐平安可靠運(yùn)行，在13號(hào)鍋爐之間和46號(hào)鍋爐之間各加裝了一套具備雙向可控的齒索輸粉機(jī)裝置，滿足三臺(tái)鍋爐制粉系統(tǒng)之間的煤粉相互調(diào)配。 4 效益核算 2021年8月15日-9月5日，使用等離子系統(tǒng)點(diǎn)火3次，使用等離子系統(tǒng)點(diǎn)火共產(chǎn)生費(fèi)用100765.5元，折算成燃油費(fèi)用261855元，節(jié)省費(fèi)用161089.5元，由于等離子系統(tǒng)使

11、用次數(shù)少，未產(chǎn)生更換陰極和陽極費(fèi)用。正常運(yùn)行中每年燃油量按696噸計(jì)算，年節(jié)約燃油費(fèi)用約370萬元。通過實(shí)際運(yùn)行核算，等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行消消耗用只是燃油點(diǎn)火系統(tǒng)的25%左右，可為公司節(jié)約大量運(yùn)營本錢。 等離子系統(tǒng)的采用，打破了傳統(tǒng)意義上的點(diǎn)火方式，實(shí)現(xiàn)了真正的啟動(dòng)零耗油，同時(shí)在低負(fù)荷情況下采用等離子穩(wěn)燃，與燃油比擬效果更好。等離子系統(tǒng)的應(yīng)用，保證提高燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性，又可以改善火電廠的生態(tài)條件，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。 5 結(jié)論 應(yīng)用等離子體點(diǎn)火技術(shù)，不但可完全用煤粉代替燃油，降低運(yùn)行本錢，帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。此外，傳統(tǒng)燃煤電站燃油系統(tǒng)還存在一個(gè)平安隱患問題，一旦運(yùn)行不當(dāng)就會(huì)引發(fā)火災(zāi)，而使用等離子無油點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)不但平安可靠，操作也比擬簡單。投入等離子點(diǎn)火系統(tǒng)后，由于無油運(yùn)行，冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)還可以啟動(dòng)電除塵器和脫硫系統(tǒng)，既實(shí)現(xiàn)環(huán)保減排，又可