歐陽凱

蘭州電力學(xué)校，甘肅蘭州 730070

0 引言

等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)是一項(xiàng)煤粉鍋爐點(diǎn)火及穩(wěn)燃過程中以煤代油的新技術(shù)，經(jīng)過近幾年的不斷改進(jìn)和應(yīng)用技術(shù)已趨于成熟，已配套于國產(chǎn)各大爐型，省內(nèi)三大系列煙煤（華亭、哈密、靖遠(yuǎn)、窯街），不同種內(nèi)型中速磨煤機(jī)及中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)，完成機(jī)組不同狀態(tài)啟動(dòng)應(yīng)用，從目前電站的應(yīng)用中等離子無油點(diǎn)火系統(tǒng)已基本替代了鍋爐燃油點(diǎn)火的主導(dǎo)作用。

1 等離子點(diǎn)火煤粉燃燒器工作原理

等離子點(diǎn)火裝置是利用直流電流在一定介質(zhì)氣壓的條件下接觸引弧，并在強(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。等離子發(fā)生器是以壓縮空氣作為等離子的載體，用直流接觸引弧的方法，生成功率達(dá)50kW～200kW的空氣等離子體，其能流密度高達(dá)105W/cm2～106W/cm2，同時(shí)利用機(jī)械、電磁復(fù)合壓縮的方法制造等離子體射流，將該射流等離子體輸送至需要進(jìn)行點(diǎn)火的部位，由于高溫等離子體能量有限不可能點(diǎn)燃無限的煤粉量為了克服點(diǎn)火能量與實(shí)際應(yīng)用中磨煤機(jī)最低煤粉量及媒質(zhì)的多變性的匹配，引用了多級送粉燃燒技術(shù)。

等離子燃燒器采用內(nèi)燃方式，為三級送粉，由等離子發(fā)生器、風(fēng)粉管、外套管、噴口、濃淡塊、主燃燒器等組成。在一級燃燒室內(nèi)點(diǎn)燃少量煤粉，隨火焰的傳播和二次風(fēng)的補(bǔ)給引燃剩余煤粉，逐級燃燒，完成持續(xù)穩(wěn)定的點(diǎn)火和穩(wěn)燃。

2 等離子發(fā)生器功率的煤粉點(diǎn)火能量及煤種適應(yīng)性設(shè)計(jì)

從點(diǎn)火燃燒理論分析，一定量的煤粉氣流進(jìn)入等離子體后，被點(diǎn)燃的煤粉首先是揮發(fā)分的著火，進(jìn)而使碳著火燃燒。也只有碳著火燃燒后，才可能形成穩(wěn)定的燃燒。等離子發(fā)生器功率的大小是等離子點(diǎn)火裝置中很主要的參數(shù)，從設(shè)計(jì)的角度，在50kW～200kW的功率范圍內(nèi)，電源最大消耗功率250kVA，電流工作范圍200A～375A，電壓工作范圍250V～400V，等離子發(fā)生器電源460VDC。單支發(fā)生器200kW功率相當(dāng)于約18kg/h輕柴油的熱功率，煤粉著火能量約是主燃燒器熱功率的1.5%左右， 但由于等離子體溫度高；有熱沖擊作用和電離反應(yīng)；煤粉中揮發(fā)分析出快；提高了等離子體點(diǎn)火性能。從等離子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中提高煤種適應(yīng)性主要途徑有兩個(gè)方面：一是發(fā)生器點(diǎn)火功率的提高；二是分級燃燒器著火能量的提高（等離子燃燒器設(shè)計(jì)）。

目前煤質(zhì)對等離子點(diǎn)火適應(yīng)性，主要表現(xiàn)在煤質(zhì)的發(fā)熱量、原煤水份、原煤揮發(fā)份，對等離子點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)中等離子發(fā)生器、燃燒器、暖風(fēng)器的設(shè)計(jì)。在實(shí)際運(yùn)行中50kW～100kW功率等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的應(yīng)用情況看，電站設(shè)計(jì)煤種范圍內(nèi)（Qnet.ar:>19MJ/kg,Wt:<13%,Vdaf:>34%），可滿足對點(diǎn)火能量的要求，由于等離子燃燒器的設(shè)計(jì)對煤種有針對性，應(yīng)避免選擇煤質(zhì)中（Qnet.ar,Wt,Vdaf）偏離設(shè)計(jì)煤種變化較大的原煤作為等離子點(diǎn)火用煤。在制吹式制粉系統(tǒng)中等離子點(diǎn)火過程中給煤量的限制有3個(gè)方面：1）等離子點(diǎn)火能量；2）磨煤機(jī)最小出力；3）鍋爐升溫升壓曲線，從點(diǎn)火安全性考慮直吹式系統(tǒng)易采用獨(dú)立的點(diǎn)火原煤。由于等離子發(fā)生器在50kW～100kW連續(xù)可調(diào)的功率范圍內(nèi)，等離子體的形狀基本固定。

3 等離子點(diǎn)火燃燒器燃燒率

爐膛溫度水平的建立是等離子點(diǎn)火裝置燃燒率變化的前提。在鍋爐冷態(tài)工況下投運(yùn)等離子點(diǎn)火裝置，從點(diǎn)火初期爐膛溫度水平100℃提高到400℃，在通常的點(diǎn)火煤量下需要3h～4h，當(dāng)爐膛出口煙氣溫度大于400℃時(shí)，爐膛火焰充滿度，火焰中心逐漸明亮度，燃燒器噴口火焰穩(wěn)定，煤粉燃燒較好。這時(shí)等離子點(diǎn)火燃燒率逐步提高到較高的水平85%以上。等離子燃燒器在鍋爐點(diǎn)火初期，一次風(fēng)管道煤粉濃度變化較好的適用范圍：煤粉濃度0.31kg/kg～0.38kg/kg。等離子冷態(tài)點(diǎn)火過程煤粉的燃燒率的變化以點(diǎn)火后3h～4h為分界點(diǎn)：煤粉粒徑中分布越是趨于一致，而且平均粒徑越小，爐膛溫度水平越高，煤質(zhì)中揮發(fā)份越大，煤粉燃燒率越高。

4 點(diǎn)火過程煤粉爆燃性

鍋爐等離子點(diǎn)火過程中爐膛內(nèi)部煤粉積存易引起爆燃，爆燃使煙氣容積突然增大，爐膛來不及排出這部分煙氣容積而使?fàn)t膛壓力突升，通常等離子點(diǎn)火爐膛壓力的變化小于0.5kPa，當(dāng)爆燃造成爐壓保護(hù)動(dòng)作（大于2.5kPa）時(shí)，爐膛的尖峰壓力通常大于4kPa，甚至更高。在煤粉爆燃濃度方面分析，磨煤機(jī)初始出力15t/h左右（250kg/min=4.17kg/s），初步估算，假定120s之內(nèi)煤粉沒有點(diǎn)燃，而進(jìn)入爐膛的煤粉沒能被引風(fēng)機(jī)排出。由于爐膛容積為8156m3，此時(shí)按全爐膛可燃混合物積存容積的爐膛內(nèi)煤粉濃度為（120×4.17）/8156=0.061。即使將爐膛有效容積按爐膛容積的一半可燃混合物積存容積計(jì)算，爐膛內(nèi)煤粉濃度為0.122，即使將爐膛有效容積按爐膛容積的1/3可燃混合物積存容積計(jì)算，爐膛內(nèi)煤粉濃度為0.18，當(dāng)爐膛煤粉空氣混合物的濃度在0.3kg/m3～0.6kg/m3，（煙煤），我們稱其濃度為易發(fā)生爆燃濃度；安全的煤粉濃度為0.1kg/m3～0.2 kg/m3，爐膛負(fù)壓、點(diǎn)火煤量、點(diǎn)火成功時(shí)間、爐膛溫度水平是構(gòu)成煤粉爆炸的主要因素。假定爆燃過程是定容絕熱過程，我們可以根據(jù)以下公式：

p1：爐膛出壓，p2：爐膛爆燃后壓力，QT：原煤發(fā)熱量，T1：爐膛溫度，Cv：爐內(nèi)介質(zhì)定容比熱?？晒浪惚贾蟮臓t膛壓力。

5 結(jié)論

煙煤性燃燒器對省內(nèi)主要煤種點(diǎn)火試驗(yàn)，著火性能較好，DLZ-200系列功率發(fā)生器完全可滿足鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火要求，但考慮到電站煤質(zhì)的多變性及鍋冷態(tài)點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃的可靠性，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)采用相對獨(dú)立的原煤或相對穩(wěn)定可靠煤源。

煤粉在爐膛的爆燃性，依靠FSSS邏輯設(shè)計(jì)及圖象火檢是完全可控，鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃作用可完全替代燃油；對煤粉的助燃作用相對燃油弱，其前提是等離子點(diǎn)火燃燒穩(wěn)定，間接穩(wěn)定因素爐內(nèi)燃燒工況穩(wěn)定 ，而燃油穩(wěn)燃具有直接性且有燃料的替代作用，穩(wěn)定燃燒作用較等離子可靠性較高。

[1]岑可法，等.鍋爐和熱交換器的積灰、結(jié)渣、磨損和腐蝕的原理與計(jì)算，1994，6.

[2]黃少鶚，等.國外電站鍋爐運(yùn)用煤粉無油點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，2005，3.