蔡景春

摘? 要：等離子點(diǎn)火技術(shù)作為一種新型的燃燒技術(shù)，在電站煤粉鍋爐中應(yīng)用具有重要的意義。等離子點(diǎn)火技術(shù)的應(yīng)用可以有效降低燃油成本，減少對(duì)環(huán)境的污染，提高電站的經(jīng)濟(jì)效益。尤其是在我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型的背景下，節(jié)能降耗成為電站生產(chǎn)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。文章首先對(duì)等離子點(diǎn)火技術(shù)的原理和特性進(jìn)行分析，然后闡述了等離子點(diǎn)火技術(shù)在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)，對(duì)提高電站的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益具有重要意義。

關(guān)鍵詞：等離子點(diǎn)火;電站;煤粉鍋爐;原理

中圖分類號(hào)：TM621.2? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）05-0172-02

Abstract： As a new combustion technology， plasma ignition technology is of great significance in pulverized coal fired boilers in power plants. The application of plasma ignition technology can effectively reduce fuel cost， reduce environmental pollution and improve the economic benefits of the power plant. Especially under the background of industrial upgrading and transformation in China， energy saving and consumption reduction has become the focus of power plant production. This paper first analyzes the principle and characteristics of plasma ignition technology， and then expounds the matters needing attention in the application of plasma ignition technology， which is of great significance to improve the economic， social and ecological benefits of the power plant.

Keywords： plasma ignition; power station; pulverized coal boiler; principle

煤粉鍋爐是電站重要的動(dòng)力設(shè)備，傳統(tǒng)的煤粉鍋爐點(diǎn)火技術(shù)是通過(guò)燃燒柴油的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，不僅會(huì)消耗大量的燃油，而且不利于環(huán)保。在我國(guó)大力加強(qiáng)環(huán)保建設(shè)的背景下，要求某電廠3、4號(hào)鍋爐必須取消脫硫旁路煙道，挖掘機(jī)組的節(jié)油潛力。為了促進(jìn)電站煤粉鍋爐節(jié)能降耗的技術(shù)改造，可以采用等離子無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)，能夠確保鍋爐在無(wú)油的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)鍋爐的啟、停以及穩(wěn)燃功能，完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機(jī)組燃油系統(tǒng)。在我國(guó)能源緊缺以及倡導(dǎo)環(huán)境保護(hù)的時(shí)代背景下，在電站煤粉鍋爐中使用等離子無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)，可以大大提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。使用等離子點(diǎn)火技術(shù)的同時(shí)還可以投入電除塵，避免煙氣中的粉塵直接排放到空氣中，提高環(huán)保性。

1 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)在電站煤粉鍋爐中應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

等離子點(diǎn)火系統(tǒng)具有較多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，所以能夠在電站煤粉鍋爐中得到安全使用。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了無(wú)油點(diǎn)火，代替了傳統(tǒng)的燃油點(diǎn)火方式，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐檢驗(yàn)，該項(xiàng)技術(shù)比較成熟，能夠在煤粉鍋爐啟停和穩(wěn)燃過(guò)程中應(yīng)用;燃油點(diǎn)火在煤粉鍋爐的啟停和穩(wěn)燃中應(yīng)用，運(yùn)行成本較高，而等離子體內(nèi)的化學(xué)活性粒子較多，可大大提高燃燒效率，等離子點(diǎn)火技術(shù)代替燃油點(diǎn)火技術(shù)，大大降低了電站的運(yùn)行成本;在使用燃油點(diǎn)火技術(shù)時(shí)，可能會(huì)因?yàn)椴僮魇д`等原因而造成火災(zāi)事故，從而導(dǎo)致人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。而使用等離子點(diǎn)火技術(shù)可有效消除安全隱患，提高煤粉鍋爐啟停和穩(wěn)燃的安全性;在使用燃油點(diǎn)火技術(shù)時(shí)，除塵裝置無(wú)法投入使用，而煙囪排出的黑煙就會(huì)對(duì)大氣造成嚴(yán)重污染。在我國(guó)取消脫硫旁路的規(guī)定后，對(duì)于燃油點(diǎn)火時(shí)對(duì)脫硫漿液造成的污染是電站面臨的重要問(wèn)題。而在采用等離子點(diǎn)火技術(shù)后，在鍋爐點(diǎn)火初期就能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)油點(diǎn)火，電除塵裝置也可同步投入使用，避免煙氣粉塵排入大氣中，大大提高了電站生產(chǎn)的環(huán)保性;除此之外，等離子點(diǎn)火技術(shù)還具有運(yùn)行方式簡(jiǎn)單和較強(qiáng)的通用性和可配置性的優(yōu)點(diǎn)，在電站煤粉鍋爐啟停和穩(wěn)燃中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

2 采用等離子點(diǎn)火技術(shù)的可行性分析

在國(guó)家發(fā)改委和國(guó)家環(huán)?？偩止膭?lì)取消脫硫旁路的相關(guān)規(guī)定出臺(tái)后，大大增加了電站煤粉鍋爐的環(huán)保壓力，而采用等離子無(wú)油點(diǎn)火技術(shù)可有效解決這一問(wèn)題。采用等離子點(diǎn)火技術(shù)，鍋爐燃用煤種皆可穩(wěn)定點(diǎn)燃。對(duì)于燃盡率而言，可以通過(guò)對(duì)煤粉濃度、細(xì)度、一、二次風(fēng)速等參數(shù)的調(diào)整來(lái)提高燃盡率，合理控制風(fēng)粉配比，在冷態(tài)點(diǎn)火也能夠達(dá)到較好的燃盡率。等離子燃燒器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，主要是做好防止燃燒器結(jié)渣設(shè)計(jì)。等離子燃燒器的外形與原燃燒器基本相同，有利于燃燒器的布置以及與系統(tǒng)的接口?？傊?，等離子點(diǎn)火技術(shù)在電站煤粉鍋爐中應(yīng)用，無(wú)論是在技術(shù)層面，還是經(jīng)濟(jì)層面，都具有很強(qiáng)的可行性。

3 等離子點(diǎn)火技術(shù)的運(yùn)行原理

3.1 基本原理

了解等離子點(diǎn)火技術(shù)的基本原理，有助于進(jìn)一步提高鍋爐點(diǎn)火效率，并且能夠深入了解等離子點(diǎn)火系統(tǒng)在使用過(guò)程中的注意事項(xiàng)。在不低于0.01MPa的氣壓環(huán)境中，超過(guò)200A的直流電流，如果陽(yáng)極和陰極接觸就會(huì)產(chǎn)生電弧，在電弧周圍會(huì)產(chǎn)生功率比較穩(wěn)定的直流空氣等離子體。這部分直流空氣等離子體具有較高的溫度，在燃燒器的中心燃燒筒中可達(dá)到6000℃左右。煤粉顆粒在通過(guò)高溫區(qū)時(shí)可極速釋放出揮發(fā)物，使煤粉顆粒破裂并再造揮發(fā)分，達(dá)到迅速燃燒的效果。這一系列的反應(yīng)都是在氣相中進(jìn)行，所以混合物組分的粒級(jí)發(fā)生變化會(huì)加速煤粉的燃燒速度，可有效降低促使煤粉燃燒所需要的能量。煤粉的點(diǎn)火速度和效率與煤粉的濃度有直接關(guān)聯(lián)，所以為了獲取最佳煤粉濃度，可通過(guò)對(duì)制粉系統(tǒng)一次風(fēng)煤粉濃度以及現(xiàn)場(chǎng)一次風(fēng)管道的具體情況，采用葉柵、撞擊塊或者導(dǎo)流板等方式來(lái)提高煤粉濃度。由于煤質(zhì)條件不同，所以為了保證一次風(fēng)粉能夠最大限度的進(jìn)入點(diǎn)火區(qū)，就需要合理控制煤粉細(xì)度、一次風(fēng)氣流速度以及一次風(fēng)溫度等的參數(shù)。濃煤粉在經(jīng)過(guò)等離子體高溫區(qū)時(shí)會(huì)被迅速點(diǎn)燃，而淡煤粉在流經(jīng)高溫套筒外壁時(shí)，也會(huì)在高溫?zé)嵩吹淖饔孟轮?，從而形成一個(gè)穩(wěn)定的燃燒火炬。歸納而言，等離子點(diǎn)火技術(shù)主要是利用大功率電弧直接點(diǎn)燃煤粉，然后進(jìn)行逐級(jí)點(diǎn)火分級(jí)燃燒的過(guò)程。

3.2 燃燒機(jī)理

等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的燃燒機(jī)理為逐級(jí)點(diǎn)火分級(jí)燃燒，這主要是因?yàn)楦邷氐入x子體自身能量受限的原因，所以為了能夠提高煤粉燃燒效率，目前的等離子燃燒器一般會(huì)設(shè)計(jì)成四級(jí)式燃燒區(qū)域。第一區(qū)是等離子拉弧引燃揮發(fā)物區(qū)。第一區(qū)引弧點(diǎn)火的性能會(huì)直接影響到整個(gè)等離子燃燒系統(tǒng)的燃燒效果，根據(jù)燃燒器的容積在中心筒投入適量的煤粉，煤粉在中心筒內(nèi)穩(wěn)定燃燒，在出口的位置會(huì)形成比較穩(wěn)定的二級(jí)煤粉點(diǎn)火源，按照這個(gè)順序逐漸放大煤粉燃燒區(qū)域。為了減少對(duì)燃燒器造成燒蝕以及煤粉掛焦和貼壁流動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，在第一區(qū)的金屬壁面上會(huì)設(shè)計(jì)氣膜冷卻系統(tǒng);第二區(qū)為混合式燃燒區(qū)。在此處應(yīng)用環(huán)形濃淡燃燒器，濃煤粉會(huì)摻入到主點(diǎn)火燃燒器中燃燒，而淡煤粉則貼著高溫套筒外壁，被高溫?zé)嵩匆?。第二區(qū)的燃燒方法既能夠達(dá)到冷卻混合段壁面的效果，又能夠提高混合段的點(diǎn)火效率;第三區(qū)為強(qiáng)化燃燒區(qū)。由于煤粉在第一、二區(qū)經(jīng)過(guò)了基本燃燒，此時(shí)的燃燒性能會(huì)有所降低，所以此時(shí)主要是采用補(bǔ)氧的方式來(lái)達(dá)到強(qiáng)化燃燒的目的。為了提高噴管的初始速度，可采用增加熱焓的方式，以延長(zhǎng)火焰的長(zhǎng)度，從而提升疏松炭的燃燒率;第四區(qū)為燃盡區(qū)。在第四區(qū)的煤粉可以直接進(jìn)入爐膛，無(wú)需在燃燒室內(nèi)燃燒，可增加燃燒器適應(yīng)一次風(fēng)速的能力。此時(shí)疏松炭的燃燒率在煙氣增溫的狀態(tài)下可大大提升，從而加長(zhǎng)了火焰的長(zhǎng)度，最終完成點(diǎn)火功能。

4 等離子點(diǎn)火裝置使用中的注意事項(xiàng)

等離子點(diǎn)火技術(shù)在電站煤粉鍋爐中應(yīng)用，可提高電站的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但是在使用的過(guò)程中會(huì)因?yàn)槭艿狡渌蛩氐挠绊懚档忘c(diǎn)火系統(tǒng)的運(yùn)行效率，所以應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)等離子點(diǎn)火裝置的運(yùn)行維護(hù)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐觀察，等離子陰極頭的更換是運(yùn)行維護(hù)工作的主要內(nèi)容。陰極頭的使用壽命一般能達(dá)到80-90小時(shí)，但是在實(shí)際使用中陰極頭導(dǎo)電面的性能會(huì)有所降低，如果出現(xiàn)不拉弧、斷弧等現(xiàn)象，就需要更換陰極頭。為了保證等離子點(diǎn)火裝置的高效運(yùn)行，在使用的過(guò)程中需要注意以下事項(xiàng)。

（1）在冷爐點(diǎn)火的情況下，為了提高等離子點(diǎn)火的煤粉燃盡率，應(yīng)該合理控制風(fēng)粉的配比。在等離子點(diǎn)火初期階段，應(yīng)該對(duì)飛灰等可燃物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，然后根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)一、二次風(fēng)速、磨煤機(jī)出力、煤粉細(xì)度、點(diǎn)火功率等進(jìn)行調(diào)整，最大程度的改善燃燒狀況。如果風(fēng)粉配比不當(dāng)，在一、二次風(fēng)量較小的情況下，會(huì)導(dǎo)致可燃物在尾部受熱面沉積，從而發(fā)生尾部受熱面結(jié)焦、掉渣等現(xiàn)象的發(fā)生。如果一、二次風(fēng)量過(guò)大，則會(huì)將可燃物帶入煙道以及風(fēng)道中，致使在尾部煙道中發(fā)生二次燃燒而造成空預(yù)器的損壞。所以應(yīng)該合理控制風(fēng)粉配比，并及早投入空預(yù)器吹灰，提高燃盡率。

（2）為了保證煤粉的燃燒效率，煤種的選擇應(yīng)該盡量滿足設(shè)計(jì)煤種的需求。如果選擇的煤種為低灰熔融特性且易于著火，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)提高一次風(fēng)速，以減少在等離子燃燒器中結(jié)渣。為了提高煤粉輸送到管道后在風(fēng)速、濃度、細(xì)度上的一致性，在等離子點(diǎn)火裝置投入使用前，應(yīng)該進(jìn)行一次風(fēng)管風(fēng)速的調(diào)平。

（3）在對(duì)等離子點(diǎn)火裝置運(yùn)行維護(hù)的過(guò)程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)冷卻水壓力的檢測(cè)，尤其是在冬季氣溫較低的情況下，如果在停爐的狀態(tài)下等離子裝置中的冷卻水放水不徹底，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部水管凍裂現(xiàn)象的發(fā)生。所以在機(jī)組短期停運(yùn)的狀況下，應(yīng)該讓等離子點(diǎn)火裝置的冷卻水保持循環(huán)狀態(tài)。

（4）在對(duì)機(jī)組進(jìn)行檢修的過(guò)程中，要做好等離子陽(yáng)極組件以及等離子燃燒器噴口的清理工作，在清理工作完成后，還應(yīng)該進(jìn)行二次檢查，避免操作失誤導(dǎo)致清理不徹底。根據(jù)陰極頭的使用狀況，定期更換陰極頭。在檢查電氣回路時(shí)，緊固端子，并做好盤柜的清灰工作。

5 結(jié)束語(yǔ)

等離子點(diǎn)火技術(shù)在我國(guó)電站煤粉鍋爐中的應(yīng)用是技術(shù)水平發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，尤其是在我國(guó)倡導(dǎo)節(jié)能降耗的時(shí)代背景下，應(yīng)用等離子點(diǎn)火技術(shù)，既能夠降低企業(yè)的運(yùn)行成本，又能夠提高企業(yè)生產(chǎn)的環(huán)保性。等離子點(diǎn)火技術(shù)具有較多優(yōu)勢(shì)，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，通過(guò)技術(shù)改造還能夠進(jìn)一步提高等離子點(diǎn)火技術(shù)的性能，為促進(jìn)電站企業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。

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