等離子點火技術應用分析

曹磊

摘 要： 鍋爐在啟爐或低負荷穩(wěn)燃時耗費了大量的柴油，采用等離子點火技術可以節(jié)約大量的燃油，實現(xiàn)少油點火和低負荷下無油穩(wěn)燃。等離子點火系統(tǒng)由此而產(chǎn)生并得到國家發(fā)改委的大力支持，進行廣泛推廣。

關鍵詞： 鍋爐；等離子；燃油

一、等離子點火概述

與傳統(tǒng)的煤粉燃燒器有些不同的是，等離子燃燒器的點火模型是依靠等離子發(fā)生器產(chǎn)生的溫度很高的等離子體來對燃煤粉進行點燃的，一般說來，產(chǎn)生的等離子體的溫度能達到4000～12000K，等離子體燃燒器屬于內(nèi)燃型燃燒器，當煤粉進入到燃燒器之后，等離子燃燒器就可以利用高溫等離子體來點燃煤粉。在燃燒器內(nèi)，煤粉可以分級點燃，并且火焰也會逐漸增大，在燃燒器的噴嘴處可以形成一個長度為3至10米的火焰，利用等離子體進行點火時每小時一般可以點燃大約重量為5至15噸，等離子槍的功率十分低，大約為50～300KW，利用等離子體進行點火的關鍵就是分級點燃、使得火焰逐級放大。

二、等離子點火原理

等離子點火裝置利用直流電流（280--350A）在介質(zhì)氣壓5-15Kpa的條件下接觸引弧，并在強磁場下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的一次燃燒筒中形成T>5000K的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，并使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于反應是在氣相中進行，使混合物組分的粒級發(fā)生了變化，從而加速煤粉的燃燒，大大減少促使煤粉燃燒所需要的引燃能量E（E等離子=1/6E燃油）。等離子體內(nèi)含有大量化學活性的粒子，可加速熱化學轉(zhuǎn)換，促進燃料完全燃燒。除此之外，等離子體的再造揮發(fā)份的效應可使煤粉比通常情況下提高20%～80%的揮發(fā)份，這對于點燃低揮發(fā)份煤粉有特別的意義。

三、等離子設備運行中常見問題

等離子點火器的使用，在鍋爐點火及低負荷時，能很好的起到穩(wěn)燃作用，而且能節(jié)約大量的燃油，起到節(jié)能降耗環(huán)保作用，平常機組正常運行時，每月定期進行拉弧試驗，所以大部分時間，等離子點火裝置是處于閑置狀態(tài)，但是閑置不等于完好備用，所以通過日常就地巡檢及與運行溝通，可以發(fā)現(xiàn)并解決很多故障前兆，避免等離子點火裝置在需用時無法正常投用。

1、冷爐點火，等離子點火初期盡可能通過風粉配比提高煤粉燃盡率。要及早投入空預器吹灰，防止由于燃盡率不足，導致煤粉在尾部煙道二次燃燒。等離子點火初期應加強飛灰可燃物的監(jiān)測，如飛灰可燃物偏高，應適當調(diào)整一、二次風速、磨煤機出力、煤粉細度、各一次風管間的流量分配、點火功率以至更換煤種等，盡可能改善燃燒情況。要防止風煤配比不當，一、二次風量過小，使可燃物進入尾部受熱面內(nèi)沉積；或者一、二次風量過大，使帶入煙道以至風道的可燃物過多。尾部煙道二次燃燒導致空預器蓄熱元件燒損事故，已在諸多電廠發(fā)生。

2、等離子點火斷弧會造成嚴重危害，進而影響機組安全運行。等離子點火裝置安裝在鍋爐的兩個對角，也可以四角安裝，一般在鍋爐啟動或者鍋爐燃燒不穩(wěn)時投入，來維持鍋爐的穩(wěn)定燃燒和冷態(tài)啟動，如果此時有一個角的等離子斷弧，將影響燃燒效果，若兩個角的等離子都斷弧，就會造成爐膛滅火保護動作，產(chǎn)生連鎖反應，造成其他設備聯(lián)動，影響安全生產(chǎn)。

3、等離子點火用煤應盡可能滿足設計煤種。目前對于低揮發(fā)分煤，暫時沒條件驗證。因此，盡可能使用接近設計煤種的原煤。對于低灰熔融特性、易于著火的煤種，為了避免等離子燃燒器結渣，可適當提高一次風速，但不可過高，防止燃燒效率下降較多，飛灰可燃物大幅度增加。

4、機組檢修期間，要對等離子陽極組件進行清理以及對等離子燃燒器噴口焦塊進行清理，要防止拆除腳手架時導致焦塊二次掉入等離子燃燒器噴口。根據(jù)等離子陰極頭壽命周期，要合理安排時間更換。避免在機組啟停、并網(wǎng)期間更換陰極頭。

5、要定期檢查電氣回路，緊固端子，及時清理盤柜積灰，？加強等離子燃燒器壁溫監(jiān)視，如壁溫異常升高，可考慮檢查噴口是否結焦、吹掃風壓力是否正常。

6、直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐應用等離子點火的首要問題是鍋爐啟動時磨煤機的干燥出力問題。如果沒有熱風，磨煤機就沒有足夠的制粉條件，無法實現(xiàn)整個機組的無油啟動。在該機組設計方案中，通過在磨煤機入口熱風道上增加等離子暖風器，使磨煤機在鍋爐冷態(tài)啟動初期即可投入運行。但暖風器在實際運行中出現(xiàn)的主要問題是經(jīng)暖風器加熱后一次風溫實際只有130℃左右，遠達不到設計值。

四、等離子點火系統(tǒng)的調(diào)試

1、壓縮空氣系統(tǒng)的調(diào)試

（1）檢查壓縮空氣系統(tǒng)安裝的完整性：對壓縮空氣系統(tǒng)設備、管道、閥門、壓力表等進行外觀檢查，確認連接正確，沒有安裝缺陷。（2）如果供有空壓機，按操作規(guī)程啟動空壓機（最好是空壓機廠家調(diào)試人員在場的情況下）。（3）先不用軟管連接等離子發(fā)生器，打開壓縮空氣系統(tǒng)母管進氣手動閥，離子點火器手動球閥和電動球閥全開，對各角管路進行吹掃。（4）吹掃完畢后連接上等離子發(fā)生器，打開壓縮空氣系統(tǒng)母管進氣手動閥，檢查系統(tǒng)內(nèi)各壓力表指示的正確性，檢查各閥門連接處有無泄漏現(xiàn)象。（5）壓縮空氣壓力調(diào)整至0.02Mpa，將等離子發(fā)生器的電子發(fā)射槍手搖至中間位置后，再調(diào)整壓力至0.015Mpa，用萬用表檢查壓力開關是否閉合，，減小系統(tǒng)內(nèi)壓縮空氣壓力，檢查壓力開關的斷開情況。

2、冷卻水系統(tǒng)的調(diào)試

（1）檢查并確認冷卻水箱內(nèi)干凈、無雜物。（2）檢查冷卻水系統(tǒng)安裝的完整性：對冷卻水箱、水泵、換熱器、管道閥門、壓力表、水位表等進行外觀檢查，確認連接無誤，沒有安裝缺陷，同時確定各閥門的開關是否正確。（3）打開冷卻水補水管上的閥門，給冷卻水箱補化學水至半箱水位。（4）給冷卻水泵控制箱送電，在就地啟動一臺冷卻水泵進行試轉(zhuǎn)，檢查管路中各閥門、儀表接口處有無滲漏現(xiàn)象，檢查系統(tǒng)中各壓力表指示是否正確，檢查水泵就地控制箱中事故按鈕的動作情況，同時應注意水泵不能長時間憋壓運行。（5）短接等離子發(fā)生器進、回水軟管，水泵啟動后，沖洗冷卻水管路。（6）管道沖洗完后，停止水泵。將水箱內(nèi)的存水全部放掉，重新給水箱上水至滿水位。（7）正確連接等離子發(fā)生器與進、回水軟管，按順序逐一打開等離子發(fā)生器的進、回水閥，證明所有回水管均有水流出。

3、一次風系統(tǒng)的調(diào)試

逐一檢查風粉管道、風門及控制、變頻給粉裝置及控制、煤粉混合裝置、管道補償裝置、支吊架及風速監(jiān)測系統(tǒng)等。

中儲式等離子點火燃燒器的一次風系統(tǒng)的調(diào)試：（1）檢查一次風系統(tǒng)安裝的完整性：對一次風管道、等離子燃燒器等進行外觀檢查，確認沒有安裝缺陷。（2）在一次風系統(tǒng)具備通風條件后，檢查一次風在線測量裝置指示是否正確。

直吹式等離子點火燃燒器的一次風系統(tǒng)的調(diào)試：（1）一次風系統(tǒng)的冷態(tài)調(diào)試可安排在鍋爐冷態(tài)通風試驗過程中進行，也可安排在鍋爐吹管前的試點火過程中進行。（2）檢查一次風系統(tǒng)安裝的完整性：對暖風器前后風道、暖風器、來汽及疏水管路、閥門、等離子燃燒器及風箱等進行外觀檢查，確認沒有安裝缺陷。（3）檢查暖風器吊架安裝情況，將彈簧吊架調(diào)整至適當位置。

五、結語

等離子點火技術是源自俄羅斯的一種新型節(jié)約能源的技術，目前等離子點火系統(tǒng)的改造費用比較高，對改造的點火煤粉層的改動比較大，尤其是燃燒器的擺角被固定，不能調(diào)節(jié)，對鍋爐的燃燒調(diào)節(jié)造成了較大的影響，同時燃燒器的附近結焦比較嚴重，等離子點火陰極的使用壽命短，達不到預期。作為一種新型的能源節(jié)約技術，使用等離子點火技術可以節(jié)約燃煤的使用，也比較環(huán)保，但是應用的前景不是很樂觀。等離子點火技術需要在應用中不斷的改進，以真正的達到使用國內(nèi)不同的煤種都能點火成功，對燃燒器的改動應該盡量的少，避免影響鍋爐的原有燃燒特性，這需要國內(nèi)所有等離子點火系統(tǒng)研究生產(chǎn)單位與使用單位共同協(xié)作，在使用中改進缺點保持優(yōu)點，促進這項能源節(jié)約技術在中國的推廣使用，達到節(jié)約能源的目的。