等离子点火技术在国电费县发电厂的应用

唐建明

摘 要：近十几年以来，“绿色施工、节能减排”的理念越来越成为现代大型燃煤火力发电厂的建设理念，不用燃油来实现大型火力发电厂燃煤锅炉的点火启动、稳燃助燃的新技术能有效实现节能减排的理念，在国电费县发电厂2×600MW新建发电机组中通过引入锅炉等离子点火技术，不但实现了大型燃煤锅炉无油启动，还保证了锅炉的稳燃助燃，为国家节省了大量的燃油，满足了国电费县发电厂对环保节能的要求，达到了真正意义上的经济、环保。

关键词：发电厂；锅炉；等离子；点火；节油

中图分类号：TK223.23 文献标识码：A

0.引言

我国的石油资源并不丰富，但消耗量很大，原油还需要进口，石油已经成为影响我国能源安全的战略物资，而电力行业燃油的消耗占了全国消耗总量的20%以上。近十几年以来，“绿色施工、节能减排”的理念越来越成为现代大型燃煤火力发电厂的建设理念，加上由于世界原油及其价格的纷争，和国家对燃煤火力发电企业环保节能的要求，燃煤火力发电厂锅炉点火启动用的传统燃料——燃油的用量作为一项考核新建或改扩建机组的性能指标越来越受到重视，寻找一种如何少用或不用燃油来实现燃煤锅炉的点火启动、稳燃助燃的新技术作为一个新课题摆在了现代燃煤火力发电企业的面前。在以前的几十年里，小油枪点火技术、微油点火技术逐步在燃煤火力发电厂锅炉上得到应用，但由于它们并不能实现百分之百的节油目标，加上它们在同样点火能量的条件下，点火性能没有等离子体好，所以在国电费县发电厂2×600MW新建发电机组中引入了锅炉等离子点火技术，不但实现了锅炉不用燃油点火启动，还保证了锅炉的稳燃助燃，每台机组每年可为国家节省上千吨燃油，按照每吨燃油2000元计算，每台机组每年也可为国電费县发电厂节省约200万元的费用，创造了很大的社会效益和经济效益，对捍卫我国的能源安全意义重大。

1.大型燃煤火力发电厂锅炉采用等离子点火技术，点火和稳燃与采用燃油的点火技术相比有以下几大优点

1.1 社会效益大

真正实现了燃煤锅炉的无油启动，不用一滴燃油锅炉就能实现点火启动和稳燃助燃，单单一个费县发电厂两台60万kW发电机组每年就能为国家节省约2000吨的燃油，全国那么多燃煤发电厂如果都采用了等离子点火燃烧技术，那么它所节省的燃油量是相当大的，对捍卫我国的能源安全意义重大，创造了很大的社会效益。

1.2 经济效益大

采用等离子点火燃烧技术后，每台机组每年可为国电费县发电厂节省约200万元的费用，国电费县发电厂建有两台600MW发电机组，每年节省的总费用是400万元，创造了很大的经济效益。

1.3 减少了建设期投资

采用等离子点火燃烧技术后，大型燃煤火力发电厂新建工程可以取消传统的燃油泵房及燃油系统设备和管道、配套电气热控装置等等，可以减少上千万的建设期投资。

1.4节约了生产期运行维护成本

采用等离子点火燃烧技术后，电厂采用单一燃料（燃煤）运行，简化了系统，简化了运行方式，运行和维护费用仅是使用燃油点火时费用的15%～20%，节约了生产期运行维护成本。

1.5 减少了对环境的污染

采用等离子点火燃烧技术后，由于点火时不用燃油，静电除尘装置可以一点火就投入，因此，避免了油点火初期大量烟尘的排放对环境的污染；另外，电厂采用单一燃料（燃煤）后，消除了燃油的运输和储存环节，避免了燃油对大地和大气的污染，改善了电厂周围的环境。

1.6 点火性能好

采用等离子点火燃烧技术，在同样点火能量的条件下，点火性能比油点火好，由于在等离子体单位容积内，能量高度集中，能快速顺利地点燃煤粉。等离子体内还含有大量化学活性的粒子，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。

2.等离子体点火原理

等离子体是由电子、正离子和中性原子组成的对外界呈电中性的电离气体。等离子煤粉无油点火系统的等离子体发生器输入能源为电能，其产生的等离子体火炬温度可达2700℃～9000℃，本系统正是利用等离子体火炬所形成的高温和特殊化学反应条件将煤粉气流直接引燃从而实现无油点火功能。

等离子燃烧器是借助等离子发生器的电弧来点燃煤粉的煤粉燃烧器，与以往的煤粉燃烧器相比，等离子燃烧器在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用等离子弧将煤粉点燃，并将火焰在燃烧器内逐级放大，属内燃性燃烧器，可在炉膛内无火的状态下直接点燃煤粉。

3.等离子点火系统组成

国电费县电厂的2×600MW机组锅炉采用的等离子点火系统由等离子点火设备及其辅助系统组成，等离子点火设备由等离子发生器、等离子燃烧器、隔离变压器、电源柜等组成，辅助系统由载体空气系统、冷却水系统、图像火检系统、热控系统、冷风加热系统、一次风在线监测系统、燃烧器壁温监测系统等组成。

根据费县电厂锅炉的实际情况，将前墙最下层5台煤粉燃烧器改造为兼有等离子点火及稳燃功能的等离子燃烧器。在锅炉点火和稳燃期间，该燃烧器具有点火和稳燃功能；在锅炉正常运行时，该燃烧器具有主燃烧器功能，且出力及燃烧工况与原来保持一致。等离子燃烧器按照锅炉原有的煤粉燃烧器接口尺寸设计，燃烧器轴向装有等离子点火器，内部由多级燃烧室组成。

4.国电费县发电厂等离子点火系统性能

4.1 等离子发生器功率可用调节范围65kW～120kW；

4.2 可更换阴极使用寿命≥50h；

4.3 阳极使用寿命≥1000h；

4.4 冷态启动稳定着火时间≤180s；

4.5 等离子燃烧器设计出力范围同主燃烧器；

4.6 燃烧噐使用寿命不低于50000h；

4.7 在设计及校核煤种下，在冷风加热器运行参数和对应的磨煤机最低出力及通风量满足技术条件时，等离子点火及稳燃系统具备冷态无油点火启动、带负荷的性能；

4.8 在设计和校核煤种下，等离子点火及稳燃系统从锅炉吹管到带满负荷168h全过程，具有无油操作性能；

4.9 等离子点火及稳燃系统具备低负荷不投油稳燃的性能；

4.10 等离子点火系统投入2h后，锅炉飞灰含碳量≤15%；

4.11 在锅炉BMCR工况下，等离子燃烧器作为主燃烧器运行时，NOx排放浓度不大于原燃烧器投运时NOx排放浓度；

4.12 在BMCR工况下，等离子燃烧器作为主燃烧器运行，锅炉热效率不低于BMCR工况下原燃烧器投运时锅炉保证热效率；

4.13 在等离子燃烧器设计范围内，等离子點火及稳燃装置投入时，燃烧器及所对的锅炉水冷壁不结渣，燃烧器不烧损。

5.等离子点火系统安装

费县电厂锅炉燃烧器布置方式为前后墙对冲，前后墙各三层布置，每层5只燃烧器，共30只燃烧器。锅炉制粉系统为中速磨煤机、冷一次风机正压直吹式系统，配6台北京重型机械厂生产的ZGM113N型中速磨煤机和6台给煤机，其气粉混合物经每台磨煤机上部分离器及其出口的5根煤粉管道送入锅炉前后墙燃烧器供炉内燃烧。设计磨煤机为5台运行，一台备用，每台磨煤机对应供给前墙（或后墙）一层5台燃烧器，等离子燃烧器布置在炉前下数第一层主燃烧器上。安装时在地面首先将油燃烧器套管抽出把等离子燃烧器装在此位置上连同主燃烧器一起吊装到位。安装时应保证同一层燃烧器标高一致、前后水平，标高误差不大于±5mm，前后水平差一般不大于0.5°。燃烧器及一、二次风管道安装完毕后再安装等离子发生器、配套的水、电、气管路线路等。

结语

从等离子点火技术在国电费县发电厂2号机组冲管及168期间试运行情况来看，各种功能完全可以满足煤粉锅炉启动时直接点燃煤粉的要求，缩短了锅炉启动时间，简化了点火操作程序，实现了燃煤锅炉无油点火启动和稳燃助燃的目标，节省了燃油，减少了机组启动、运行、维护的费用，从而为费县电厂取得了巨大的经济效益和社会效益，对捍卫我国的能源安全意义重大。另外，直流空气等离子体作为点火源，贫煤挥发份低于（10%），原煤水分含量大于10%时，煤粉将不易被点燃。

参考文献

[1]朱杰.等离子点火技术在电厂的应用[J].科学与财富，2011（11）：153-154.