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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(jī)組上的工作原理和應(yīng)用，并簡述各自的優(yōu)缺點(diǎn)，以供新建和已投產(chǎn)燃煤機(jī)組選用時參考。
【關(guān)鍵詞】等離子點(diǎn)火；微油點(diǎn)火；燃煤機(jī)組
隨著我國經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展，電力的需求迅猛。到2005年底，裝機(jī)容量已超過5億kW，其中火電占全國裝機(jī)容量的75.6％。機(jī)組的啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃需消耗大量的石油資源，年耗油量達(dá)到1322萬t。到2020年，我國燃煤發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量將達(dá)到10億kW。
當(dāng)前，國際原油價格不斷攀升，每桶已高達(dá)135美元，因此，控制鍋爐燃油消耗已成為各個燃煤電廠的不得不面對的現(xiàn)實問題。傳統(tǒng)的大油槍點(diǎn)火方式已不能適應(yīng)日益緊張的石油資源供應(yīng)形勢，等離子點(diǎn)火、小油槍點(diǎn)火技術(shù)等各種無油或少油點(diǎn)火穩(wěn)燃節(jié)油技術(shù)不斷涌現(xiàn)。等離子點(diǎn)火和微油點(diǎn)火穩(wěn)燃節(jié)油技術(shù)既節(jié)油，又可以在點(diǎn)火期間就投運(yùn)電除塵器，具有良好的環(huán)保效益，已得到廣大用戶的認(rèn)可。本文將對兩種穩(wěn)燃技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)加以探討和比較，以供新建機(jī)組和舊機(jī)組改造時參考。
一、等離子點(diǎn)火技術(shù)
?。ㄒ唬┑入x子點(diǎn)火系統(tǒng)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(qiáng)磁場控制下獲得穩(wěn)定功率的定向流動空氣等離子體，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，煤粉顆粒通過該等離子“火核”時，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(dá)到點(diǎn)火并加速煤粉燃燒的目的。
等離子體內(nèi)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(zhuǎn)換，促進(jìn)燃料完全燃燒。
等離子發(fā)生器由線圈、陰極、陽極組成。其中陰極和陽極由高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱率及抗氧化的特殊材料制成，以承受高溫電弧沖擊。線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(dāng)陰極前進(jìn)同陽極接觸后，系統(tǒng)處在短路狀態(tài)，當(dāng)陰極緩緩離開陽極時產(chǎn)生電弧，電弧在線圈磁場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(jié)構(gòu)如下圖所示：
?。ǘ┑入x子點(diǎn)火系統(tǒng)構(gòu)成
等離子燃燒系統(tǒng)由點(diǎn)火系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)兩大部分組成。點(diǎn)火系統(tǒng)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(tǒng)等組成；輔助系統(tǒng)由壓縮空氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)、一次風(fēng)在線測速系統(tǒng)等組成。
（三）技術(shù)特點(diǎn)
1．陽極與陰極使用抗氧化材料，使等離子體載體可以采用廉價易得的壓縮空氣，降低了運(yùn)行成本；
2．輸出電功率可達(dá)到100KW以上，陽極使用壽命長（≥1000小時），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(yīng)煤種范圍寬，對煤粉細(xì)度無特殊要求，且出力大、不易結(jié)焦、耐磨損、使用壽命長；
4．供電電源及控制主機(jī)采用了總線式的通訊方式，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(dú)立的操作界面的辦法，從而節(jié)省大量的初始投資，提高設(shè)備的利用率。
?。ㄋ模┑入x子點(diǎn)火穩(wěn)燃節(jié)油技術(shù)在廣東惠來電廠2×600MW應(yīng)用
1．惠來電廠2×600MW鍋爐概況?；輥黼姀S一期2×600MW機(jī)組鍋爐為東方鍋爐廠設(shè)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(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。設(shè)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(wěn)燃技術(shù)。
2．惠來電廠2×600MW節(jié)油成果。在１號機(jī)組沖管的過程中，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(jié)省燃油近1800噸，直接節(jié)省費(fèi)用達(dá)1000萬元。實際運(yùn)行證明,等離子點(diǎn)火器一次投入成功率達(dá)99%,該系統(tǒng)安全可靠,試運(yùn)行全過程實現(xiàn)了零油耗,既經(jīng)濟(jì)又環(huán)保。目前電廠煤源以神華東勝煤為主,山西混煙煤為輔,煤種著火、燃盡性能良好且煤質(zhì)穩(wěn)定,這是等離子點(diǎn)火和穩(wěn)燃技術(shù)在惠來電廠取得很好成績的必要條件。
二、微油點(diǎn)火穩(wěn)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(wěn)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(jié)構(gòu)示意圖：
微油燃燒器的工作原理：微油槍在微油燃燒室內(nèi)氣化并點(diǎn)燃燃燒，產(chǎn)生的高強(qiáng)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(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng)，煤粉裂解同時產(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，依次類推進(jìn)入三級燃燒室，實現(xiàn)分級燃燒和能量逐級放大，引燃絕大多數(shù)煤粉，在燃燒器出口產(chǎn)生約1200℃的煤粉火焰。
（二）微油系統(tǒng)組成
微油系統(tǒng)由微油點(diǎn)火系統(tǒng)、一次風(fēng)加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)三大部分組成。
微油點(diǎn)火系統(tǒng)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(jiān)測等組成；
直吹式制粉系統(tǒng)還應(yīng)增加一次風(fēng)暖風(fēng)加熱系統(tǒng)；
控制系統(tǒng)主要對點(diǎn)火系統(tǒng)和一次風(fēng)加熱系統(tǒng)納入就地和遠(yuǎn)程DCS控制，進(jìn)行就地控制操作和遠(yuǎn)程控制操作，實現(xiàn)鍋爐微油點(diǎn)火和燃燒的安全保護(hù)及連鎖，確保鍋爐的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。
（三）微油燃燒的技術(shù)特點(diǎn)
1．大幅度降低鍋爐啟停及低負(fù)荷穩(wěn)燃時的用油量，節(jié)油率可達(dá)到95％以上；
2．點(diǎn)火初期煤粉燃盡率高，可達(dá)80%以上（煙煤），并能有效控制冷爐點(diǎn)火初期冒黑煙的現(xiàn)象。在鍋爐啟停階段，可投入電除塵，滿足環(huán)保要求；
3．煤種適應(yīng)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）即可滿足600MW機(jī)組的應(yīng)用；對于貧煤和無煙煤，則需要200Kg/h出力的油槍；
4．采用高規(guī)格的耐溫、耐磨損材料，使用氣膜冷卻技術(shù)，燃燒器運(yùn)行安全；
5．微油燃燒器運(yùn)行參數(shù)（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、無煙煤)，在以上參數(shù)范圍內(nèi)變化時，一次風(fēng)煤粉均能被很好引燃；
6．節(jié)油顯著，節(jié)油率:煙煤一般在95％以上，貧煤、無煙煤在70～80％之間；
7．初投資省，系統(tǒng)簡單，改造工程量小，投資回收率高，運(yùn)行維護(hù)成本低；
8．微油系統(tǒng)所有熱工信號均可直接送至DCS，由DCS統(tǒng)一調(diào)度控制，所有操作和保護(hù)均通過DCS實現(xiàn)。
?。ㄋ模┪⒂忘c(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)在廣東汕尾電廠＃2爐(600MW)改造應(yīng)用
1．汕尾電廠＃2爐概況。汕尾電廠2×600MW機(jī)組鍋爐為東方鍋爐廠設(shè)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(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。
2．改造內(nèi)容。采用杭州意能節(jié)能技術(shù)有限公司微油點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)，將#2爐后墻下層A磨對應(yīng)的六只燃燒器改成微油點(diǎn)火煤粉燃燒器，在實現(xiàn)鍋爐微油冷爐啟動和低負(fù)荷穩(wěn)然的前提下，確保原主燃燒器的動量不變以及基本性能不變，同時兼具主燃燒器的功能。
微油點(diǎn)火槍參數(shù):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(tǒng)，存在冷態(tài)啟動時由于熱風(fēng)溫度不夠，不能干燥制粉的問題，通過采用蒸汽暖風(fēng)器加熱磨煤機(jī)入磨冷風(fēng)的方式來解決這個問題。
2.4.3 改造成果：
?。?）在不投大油槍的情況下，鍋爐能應(yīng)用微油點(diǎn)火技術(shù)實現(xiàn)改造后升溫升壓、汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、帶負(fù)荷等整個冷態(tài)啟動過程，同時也適用于鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃。。
?。?）微油燃燒器能順利點(diǎn)燃煤粉，火焰明亮，燃燒穩(wěn)定，燃燒器長期運(yùn)行壁溫正常、不結(jié)焦。同時撤出微油槍后氣化微油燃燒器作為主燃燒器運(yùn)行時，在一次風(fēng)風(fēng)速正常的情況下，相應(yīng)給煤量能滿足鍋爐帶滿負(fù)荷的要求，滿足做為主燃燒器使用的要求。
?。?）6支微油槍額定運(yùn)行參數(shù)（1.5MPa）油耗才300kg/h，節(jié)油率達(dá)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(jié)油率高，對于適應(yīng)煤種可以做到無油啟動。
2．具備取消油系統(tǒng)，建立全無油電廠的條件。
3．等離子電弧不需要配風(fēng)，直徑可以做到較細(xì)。
4．已有400多臺鍋爐成功應(yīng)用的業(yè)績。
5．點(diǎn)火期間就可投運(yùn)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(yīng)范圍較窄，比較適用于煙煤等揮發(fā)份較高容易著火的煤種。
2．系統(tǒng)較復(fù)雜，關(guān)聯(lián)因素太多(風(fēng)、水、電)，穩(wěn)定性和可靠性還需進(jìn)一步提升。
3．造價高，單臺爐要400多萬元。
4．運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用大，陰極棒壽命保證為50小時，每支費(fèi)用約1200元；陽極棒壽命保證為1000小時，每支費(fèi)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(dǎo)致燃燒室結(jié)渣。
?。ㄈ┥儆忘c(diǎn)火技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
1．系統(tǒng)簡單可靠，小油槍和原大油槍系統(tǒng)類似，電廠檢修人員容易維護(hù)，運(yùn)行人員容易操作。
2．油槍出力易調(diào)節(jié)，適應(yīng)多種煤種，煙煤貧煤和無煙煤都可適用，也適用于倉儲或直吹式各種制粉系統(tǒng)。
3．節(jié)油可達(dá)95％以上。
4．系統(tǒng)設(shè)備造價較低，對于已經(jīng)有油系統(tǒng)的鍋爐改造費(fèi)用不高，不超過200萬元。
5．煤燃燒室采用氣膜冷卻，燃燒室不容易結(jié)渣。
6．點(diǎn)火期間就可投運(yùn)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(tǒng)供油前部安裝燃油過濾器來解決。
2．小油槍因其結(jié)構(gòu)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(jié)
隨著社會對原油的不斷消耗，原油資源越來越稀缺，無論從節(jié)能或者環(huán)保方面來考慮，燃煤電廠必須選擇采用等離子點(diǎn)火或者微油點(diǎn)火等等少油或無油點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)。
我們可以根據(jù)使用的煤種、現(xiàn)場場地以及費(fèi)用等等實際因素來決定采用等離子或微油點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)。對于進(jìn)廠煤種不穩(wěn)定，原來已經(jīng)有輕油系統(tǒng)的機(jī)組，選擇微油點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)比可靠經(jīng)濟(jì)。對于有可靠的煤源，煤質(zhì)穩(wěn)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(tǒng)，一步到位，采用等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)。
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【作者簡介】吳耀全（1971- ），男，廣東粵華發(fā)電有限責(zé)任公司工程師，研究方向：鍋爐運(yùn)行和設(shè)備管理。
