氣化微油與等離子點火穩(wěn)然技術(shù)原理及差異性比較

摘 要：本文簡要介紹了氣化微油點火系統(tǒng)和等離子點火系統(tǒng)的技術(shù)原理及各自的結(jié)構(gòu)特點，并從經(jīng)濟性和技術(shù)性上對兩者進行了比較分析，對兩種穩(wěn)燃技術(shù)的優(yōu)缺點加以探討。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)燃技術(shù)；原理；差異；比較

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.010

1 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國已經(jīng)成為繼美國之后的第二大石油消費國和進口國，正面臨著資源短缺特別是原油短缺的局面。開發(fā)和應(yīng)用少油甚至無油的點火穩(wěn)燃技術(shù)是電站鍋爐發(fā)展的必然方向。

目前國內(nèi)電站鍋爐在應(yīng)用點火穩(wěn)燃技術(shù)上主要有兩種，一種是氣化微油點火穩(wěn)然技術(shù)，一種是等離子無油點火穩(wěn)然技術(shù)。這兩種技術(shù)都可以實現(xiàn)冷爐點火并且可以在點火初期就投入電除塵，具有良好的環(huán)保效益，都可以在鍋爐低負荷狀態(tài)下進行穩(wěn)燃。

2 氣化微油技術(shù)原理及特點

2.1 氣化微油技術(shù)原理

氣化微油技術(shù)是用微量的油（15-100kg/h），通過專門設(shè)計的燃燒器，點燃大量的煤粉（2-12t/h）從而達到鍋爐冷爐氣化微油點火、低負荷穩(wěn)燃的目的。它的點火燃燒系統(tǒng)主要由氣化微油燃燒器和氣化油槍兩部分組成。

2.1.1 氣化微油燃燒原理

氣化微油燃燒是利用一次風(fēng)將煤粉逐級送入，并將煤粉進行濃相和稀相分離，利用氣化后的燃燒油火焰點燃前一級的煤粉，并利用燃燒煤粉的熱量去點燃中、末級的煤粉，實現(xiàn)逐級燃燒，達到微油啟動鍋爐的目的，燃燒器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1.2 氣化微油槍工作原理

燃油在噴出前由于壓縮加熱作用已氣化，氣化的射流燃油直接燃燒，提高了燃燒效率，降低了燃燒成本。燃燒火焰的剛度強，且火焰中心溫度大于1800℃，燃燒充分。

2.2 微油系統(tǒng)

微油系統(tǒng)是從原鍋爐爐前油系統(tǒng)中引出一趟管路，經(jīng)過閥門回油調(diào)壓后，送入燃燒器各角油槍，當(dāng)油壓在0.6MPa時能保持每支油槍出力在30～100kg。

2.3 控制系統(tǒng)

微油槍自身帶有火檢，可判斷著火情況。 為確保系統(tǒng)安全，微油控制系統(tǒng)與DCS實現(xiàn)聯(lián)接，控制系統(tǒng)圖框及微油點火DCS畫面如圖2、圖3所示。

2.4 微油輔助系統(tǒng)

微油系統(tǒng)還包括壓縮空氣、助燃風(fēng)、一次風(fēng)加熱等輔助系統(tǒng)。壓縮空氣系統(tǒng)是從鍋爐四角檢修用壓縮空氣管道接出，一方面是用來霧化燃油，一方面供吹掃用；助燃風(fēng)從一次風(fēng)冷風(fēng)道上接出，為微油油槍提供充分燃燒的氧量，再引入燃燒器各角微油燃燒室；為使風(fēng)溫滿足干燥度，在一次風(fēng)加裝輔熱旁路，由輔助蒸汽提供熱源，保證鍋爐能夠冷態(tài)啟動。

2.5 氣化微油點火穩(wěn)然技術(shù)特點

氣化微油點火優(yōu)點：節(jié)約鍋爐在冷態(tài)啟動、停運、正常穩(wěn)燃的用油量，效率最高可達到95%（視鍋爐容量及煤質(zhì)情況有所變化）；煤粉燃燒初始階段燃盡率85%以上，飛灰可燃物極低；鍋爐啟停階段均可投入除塵器；氣化油槍出力范圍大約在30～100kg/h，對于600MW煙煤機組，在冷爐冷風(fēng)下點火耗油量小于60kg/h；適應(yīng)煤種范圍廣（褐煤、煙煤、貧煤、無煙煤）；對于四角切圓、前后墻對沖以及“W”型火焰煤粉鍋爐都能實現(xiàn)氣化微油冷爐點火需求。

微油點火存在的問題：為防止燃燒過程中積粉爆燃，熱控規(guī)定 “兩支微油槍同時滅火聯(lián)跳磨煤機”，因此在實際應(yīng)用中，應(yīng)杜絕兩支以上微油槍同時滅火或者失去火檢；在點火初始階段適當(dāng)降低磨煤機入口風(fēng)壓值以滿足啟動風(fēng)量的要求；由于氣化油槍霧化的要求，油槍槍體濾網(wǎng)篩眼細小，對油質(zhì)清潔程度要求高。

3 等離子技術(shù)原理及特點

等離子技術(shù)原理：在強磁場作用下陰陽極產(chǎn)生電弧放電將空氣電離，并在燃燒中造成5000K以上的局部高溫，點燃稀相煤粉并迅速燃燒。等離子體內(nèi)含有大量活性粒子如原子（H、C、O）離子（O2-、H2、OH-、O-、H+）原子團（OH，H2和O2）和電子，這些活性物質(zhì)加速熱反應(yīng)，促進燃料的充分燃燒。

等離子發(fā)生器由線圈、陰極、陽極組成，其中陰極材料選用高導(dǎo)電率的金屬材料和非金屬材料制成，陽極材料采用高導(dǎo)電率的、高導(dǎo)熱率及抗氧化的金屬材料制成。它們均采用水冷卻方式以承受高溫電弧沖擊。其引弧原理為：當(dāng)陰極前進同陽極接觸后，整個系統(tǒng)具有抗短路的能力且電流恒定不變，當(dāng)陰極緩慢離開陽極時，電弧在線圈磁力的作用下被拉出噴管外部，一定壓力的空氣在電弧的作用下被電離為高溫等離子體。

3.1 等離子系統(tǒng)構(gòu)成

等離子系統(tǒng)由燃煤、點火、控制三部分系統(tǒng)組成。 燃煤系統(tǒng)由等離子燃燒器、風(fēng)粉系統(tǒng)（磨煤機、給粉機、暖風(fēng)器系統(tǒng)、一次風(fēng)系統(tǒng)、風(fēng)系統(tǒng)）組成；點火系統(tǒng)由點火器、電氣、空氣、冷卻系統(tǒng)組成；監(jiān)控系統(tǒng)由壁溫測量裝置和圖像火焰監(jiān)視裝置構(gòu)成。

3.2 燃燒機理

等離子燃燒器采用了多級燃燒。煤粉首先經(jīng)一級點燃，粉量根據(jù)燃燒器的不同在500～900kg/h之間，煤粉在一級燃燒器穩(wěn)定燃燒并在出口形成二級點火源，依次逐級放大，最大可點燃12t/h的粉量。

3.3 等離子點火穩(wěn)燃技術(shù)特點

等離子點火優(yōu)點：燃燒器結(jié)構(gòu)簡單，操作控制方便，只需提供冷卻水、壓縮空氣、交流電源和煤粉，便可實現(xiàn)鍋爐少油或無油啟停和穩(wěn)燃的目的，可簡化甚至不用燃油系統(tǒng)。

在鍋爐啟動階段即可投入電除塵并可降低有害物質(zhì)氮、硫氧化物等的排放量，在環(huán)保、安全方面社會效益顯著；等離子點火煤粉燃燒器運行和維護費用低廉，僅是燃油的0%～15%左右。

等離子點火系統(tǒng)應(yīng)注意的問題：為防止燃燒過程中積粉爆燃，熱控規(guī)定 “兩臺等離子同時滅火聯(lián)跳磨煤機”，所以在運行中應(yīng)保證兩臺以上等離子燃燒器不能同時停運或失去火檢。陰極壽命短（一般為20小時左右），在鍋爐啟停階段穩(wěn)燃需頻繁更換陰極頭；雖然采用了氣膜防結(jié)渣，但由于等離子弧溫度高，易導(dǎo)致燃燒室結(jié)渣。

4 氣化微油點火與等離子點火系統(tǒng)綜合比較分析

4.1 經(jīng)濟性比較

以某電廠為例，此電廠鍋爐為SG2028/25.4超臨界直流鍋爐，采用四角燃燒方式；制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機、直吹式制粉系統(tǒng)。此電廠1號鍋爐采用等離子點火技術(shù)， 3號鍋爐采用微油點火技術(shù)，費用如表1所示。

等離子點火與氣化微油點火在點火期間消耗的費用大致相同，在初期投資成本上氣化微油點火系統(tǒng)每套約240萬元左右，等離子點火系統(tǒng)每套約500萬元左右，比微油點火系統(tǒng)多投入約260萬元。

4.2 技術(shù)性差異

氣化微油點火技術(shù)和等離子點火技術(shù)差異比較如表2所示。

5 結(jié)論

等離子點火系統(tǒng)在初期經(jīng)濟投入上比氣化微油點火系統(tǒng)高，在實際應(yīng)用中消耗的費用大致相同，都能保證鍋爐啟停狀態(tài)下的少油穩(wěn)燃，且當(dāng)燃燒器采用兩層等離子的狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)無油點火。從技術(shù)性差異比較來看，由于等離子系統(tǒng)比氣化微油點火系統(tǒng)復(fù)雜，維護量大于氣化微油點火系統(tǒng)，另一方面也由于等離子陰極頭壽命短，在鍋爐頻繁啟?；蛘唛L時間低負荷穩(wěn)燃狀態(tài)下需要經(jīng)常更換，從防止鍋爐爆燃的控制邏輯設(shè)計考慮，停爐的風(fēng)險性大于氣化微油點火系統(tǒng)；從環(huán)保和節(jié)約一次能源的角度考慮，燃燒器采用兩層等離子點火系統(tǒng)就能夠?qū)崿F(xiàn)無油點火，不需要建立龐大復(fù)雜的燃油系統(tǒng)，優(yōu)于微油點火。

參考文獻：

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作者簡介：鄭立剛，男，天津?qū)氎嫒耍究?，工程師，主要從事鍋爐檢修、金屬監(jiān)督工作。