安正軍 楊穎 李俊琦

摘要：華能集團(tuán)上都發(fā)電公司在一期2X600MW機(jī)組中引入

DLZ-200型等離子點(diǎn)火裝置，通過運(yùn)行實(shí)踐彌補(bǔ)了國內(nèi)火電廠大機(jī)組鍋爐無油點(diǎn)火技術(shù)在應(yīng)用領(lǐng)域的空白。幾年來，此技術(shù)在節(jié)能降耗方面取得明顯效果并運(yùn)行穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：等離子 燃油 點(diǎn)火

大型工業(yè)煤粉鍋爐的點(diǎn)火和穩(wěn)燃，都通過燃燒燃料（天然氣或柴油）來實(shí)現(xiàn)。近幾年，能源匱乏已成為全球性的問題，原油價(jià)格居高不下，致使靠燃燒燃料發(fā)電的火電廠運(yùn)營成本只增不減。電廠為了控制成本消耗量，將鍋爐點(diǎn)火及穩(wěn)燃用油納入生產(chǎn)考核指標(biāo)。以往業(yè)界普遍采用提高煤粉磨細(xì)度來提高風(fēng)粉混合物及二次風(fēng)的溫度，并通過預(yù)燃室燃燒器、小油槍點(diǎn)火來控制重油（天燃?xì)猓┖牧?。這些傳統(tǒng)的方法有賴于燃油點(diǎn)火，雖有助于節(jié)省油耗，但并未真正脫離燃油時(shí)代。如果要求徹底擺脫燃油，就需要在傳統(tǒng)點(diǎn)火方法的基礎(chǔ)上研究新工藝。因此，應(yīng)用直流空氣等離子體為點(diǎn)火源的DLZ-200型等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器作為現(xiàn)代火力電廠點(diǎn)火及穩(wěn)燃的首選設(shè)備逐漸進(jìn)入公眾視野。它不用一滴燃油就能將揮發(fā)份較低（10%）的貧煤輕松點(diǎn)燃，實(shí)現(xiàn)了鍋爐冷態(tài)啟動。

1 點(diǎn)火機(jī)理

DLZ-200型等離子點(diǎn)火裝置采用直流（280～350A）在介質(zhì)汽壓0.01～0.03MPa的條件下接觸引弧，并在強(qiáng)磁場下獲得功率穩(wěn)定的直流空氣等離子體。在燃燒器的一次燃燒筒中，該等離子體形成T>5000K的局部“火核”高溫區(qū)，使得煤粉在高溫環(huán)境中釋放出揮發(fā)份快速燃燒。該反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行，因而能夠改變混合物組分的粒級，從而促進(jìn)煤粉快速而充分地燃燒，有助于減少引燃能量E。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證（E等離子=1/6E油）。

等離子體內(nèi)所含的能夠促進(jìn)熱化學(xué)能量轉(zhuǎn)換的法學(xué)活性粒子，如原子（C、H、O）、原子團(tuán)（OH、H2、O2）、離子（O2-、H2-、OH-、O-、H+）和電子等，能夠使燃料充分燃燒，而且在這種條件下等離子使煤粉釋放的揮發(fā)份比以往提高了20%～80%，由此可見，等離子體能夠再造揮發(fā)份以促進(jìn)煤粉充分燃燒。這在揮發(fā)份低的煤粉燃燒中非常實(shí)用。在鍋爐實(shí)際運(yùn)行過程中，有的鍋爐燃燒的煤質(zhì)較為復(fù)雜，利用它可以大大提高燃燒效率。

2 等離子發(fā)生器工作原理

發(fā)生器（如圖1所示）系由陰陽極和線圈構(gòu)成的磁穩(wěn)空氣載體等離子發(fā)生器。陽極為導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能良好且具有抗氧化性的金屬材料，陰極為導(dǎo)電性能良好的金屬材料或非金屬材料。陰陽兩極采用能夠承受電弧高溫沖擊的水冷方式。在250℃的運(yùn)行環(huán)境中，線圈能夠抵抗2000V直流電壓擊穿。系統(tǒng)應(yīng)用全波整流且具備恒流性的電流。拉弧原理：先對輸出電流進(jìn)行設(shè)定。陰極3前移至陽極2的位置后系統(tǒng)電流恒定，且具備了抗短路性能。當(dāng)它離開陽極時(shí)，線圈磁力作用于電弧將噴管外部拉出。一定壓力的空氣被電弧電離成能量密度為105～106W/cm2的能夠?qū)⒉煌悍N點(diǎn)燃的高溫等離子體。

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圖1 等離子發(fā)生器工作原理

3 等離子系統(tǒng)組成

等離子系統(tǒng)的構(gòu)成如下：

3.1 燃燒系統(tǒng)

通過等離子發(fā)生器的電弧對煤粉的煤粉燃燒器點(diǎn)火的等離子燃燒器（如圖2），相較于煤粉燃燒器來講，它是在煤粉進(jìn)入燃燒器的初始階段就通過等離子弧點(diǎn)燃煤粉，并在燃燒器內(nèi)促進(jìn)其燃燒，具有內(nèi)燃型燃燒器的燃燒特性。在爐膛內(nèi)無明火的條件下它可以輕松點(diǎn)火，真正的不用一滴油啟動鍋爐，且實(shí)現(xiàn)了無油低負(fù)荷穩(wěn)燃。

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圖2 等離子燃燒器示意圖

3.2 電氣系統(tǒng)

等離子發(fā)生器電源系統(tǒng)是通過三相全控橋式晶閘管整流電路，將三相交流電源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電源以維持等離子電弧穩(wěn)定的裝置。它包括電源柜、隔離變壓器兩個(gè)主要元件。電源柜內(nèi)配有由六組大功率晶閘管組成的三相全控整流橋、大功率直流調(diào)速器6RA70、直流電抗器、交流接觸器和控制PLC等。

3.3 冷卻水系統(tǒng)

冷卻水系統(tǒng)是由冷卻水泵、壓力表、冷卻水箱、管路、換熱器及閥門構(gòu)成的閉式循環(huán)系統(tǒng)，其中3臺冷卻水泵互為備用。其運(yùn)行原理是基于水冷的方式冷卻形成電弧的等離子發(fā)生器的陰極和陽極。

3.4 氣膜風(fēng)系統(tǒng)

等離子燃燒器系內(nèi)燃式燃燒器。它在運(yùn)行過程中，燃燒器內(nèi)壁承載較高的負(fù)荷，為了在不損壞燃燒器的前提下提高燃燒度，必須配裝等離子燃燒器氣膜風(fēng)。氣膜風(fēng)可以從送風(fēng)機(jī)出口處引取，也能夠從原二次風(fēng)箱取。

3.5 控制系統(tǒng)

等離子控制系統(tǒng)的兩大組成元件為觸摸屏和控制柜?？刂乒窆駜?nèi)PLC采用SIEMENS S7-300系列的可編程控制器完成。該CPU模塊中的Profibus接口能夠連接多個(gè)點(diǎn)火控制器，利用網(wǎng)絡(luò)集中操控點(diǎn)火裝置。該系統(tǒng)的操作界面為Digtal公司生產(chǎn)的GP觸摸面板，信息顯示完整、間接。

3.6 監(jiān)視系統(tǒng)

在實(shí)際工作中，我們可以通過由工業(yè)電視、圖像火檢探頭和四畫面分割器組成的監(jiān)控系統(tǒng)來監(jiān)測爐膛等離子燃燒情況。

4 小結(jié)

DLZ-200型等離子點(diǎn)火系統(tǒng)從多年前安裝調(diào)試到現(xiàn)在無重大事故產(chǎn)生，其安全性和穩(wěn)定性已在多年的運(yùn)行實(shí)踐中得到驗(yàn)證，說明這套設(shè)備在火電廠具有較好的應(yīng)用性。具體來講，DLZ-200型等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①簡單：火電廠實(shí)現(xiàn)了單一燃料運(yùn)行，輔助系統(tǒng)和運(yùn)行方式都進(jìn)一步簡化。

②安全：取消了爐前燃油系統(tǒng)，燃油可能引發(fā)的油泄漏火災(zāi)事故也因此避免，安全性有保障。

③經(jīng)濟(jì)：應(yīng)用等離子點(diǎn)火技術(shù)，運(yùn)維成本比燃油點(diǎn)火降低了15%～20%。節(jié)省的費(fèi)用可用于電廠升級改造，經(jīng)濟(jì)性自不必再說明。

④高效：等離子體內(nèi)含有大量加速熱化學(xué)轉(zhuǎn)換的化學(xué)活性的粒子，有助于燃料充分燃燒。

⑤環(huán)保：不用一滴油的點(diǎn)火方式只需在點(diǎn)火初期投入電除塵裝置，煙塵量大大減少。而且，單一的點(diǎn)火方式有助于節(jié)省燃油資源，也省去了油運(yùn)儲成本，有利于優(yōu)化調(diào)整電廠環(huán)境。

由于拉弧電流大小不一，使得陰、陽極頭損耗不一致，元件的使用時(shí)間長短不一，總體來看，陰極一般50h更換一次。鑒于此，為可在啟機(jī)等關(guān)鍵工序確保等離子點(diǎn)火系統(tǒng)時(shí)時(shí)可用，必須及時(shí)檢查調(diào)換陰、陽極頭。

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作者簡介：

楊穎（1975-），女，本科，工程師，2005年內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)，一直從事發(fā)電廠熱控系統(tǒng)檢修維護(hù)工作。

安正軍（1969-），男，本科，助理工程師，2004年內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)畢業(yè)，一直從事發(fā)電廠熱控系統(tǒng)檢修維護(hù)工作。

李俊琦（1976-），男，本科，現(xiàn)從事電廠熱工自動化工作。