張海，邱旺成

(1.湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441000；2.武漢天和技術(shù)股份有限公司，武漢 430077)

0 引言

湖北華電襄陽發(fā)電有限公司(以下簡稱襄陽電廠)#1機(jī)組(330 MW)鍋爐是某公司制造的亞臨界自然循環(huán)鍋爐，采用單爐膛四角切圓燃燒方式、配5層燃燒器。其中，將A層4只燃燒器改造為等離子燃燒器，并配置4套等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃裝置，設(shè)計(jì)燃用50%登封貧煤和50%黃陵煙煤的混合煤。

改造后的點(diǎn)火系統(tǒng)配備由武漢天和技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的第4代等離子發(fā)生器，型號(hào)為THPI-300/600，其額定功率為250 kW，最大功率可達(dá)300 kW，并能夠在160～300 kW間靈活調(diào)節(jié)，啟弧方式采用高頻非接觸式啟弧，在陰陽極壽命、熱效率和運(yùn)行穩(wěn)定性方面具有較高的可靠性。

1 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)

1.1 點(diǎn)火機(jī)理

等離子點(diǎn)火利用直流電將以壓縮空氣為介質(zhì)的氣體電離后，產(chǎn)生功率穩(wěn)定、定向流動(dòng)的直流空氣等離子體，并在燃燒器的一級(jí)燃燒筒中形成T>5 000 K、梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過等離子“火核”受到高溫作用，在10-4s內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物，使煤粉顆粒破裂粉碎，并迅速燃燒，以點(diǎn)燃煤粉。

1.2 點(diǎn)火系統(tǒng)的組成[1]

等離子點(diǎn)火系統(tǒng)主要由等離子體發(fā)生器、燃燒器組成，輔助系統(tǒng)由壓縮空氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)(含隔離變壓器、等離子電源柜、電抗器等)、圖像火檢系統(tǒng)、一次風(fēng)在線監(jiān)測系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)、冷爐制粉系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

圖1 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)

2 大功率等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的優(yōu)勢

THPI-300/600大功率等離子發(fā)生器采用壓力為0.1～0.3 MPa的雙路載體風(fēng)來產(chǎn)生高溫等離子體，與普通接觸式啟弧等離子裝置相比，這種點(diǎn)火系統(tǒng)具有眾多優(yōu)點(diǎn)。

2.1 電弧穩(wěn)定性好

由于采用高頻非接觸式啟弧，陰陽極在工作時(shí)固定不動(dòng)，間隙保持不變，啟弧成功后，在陰陽極間施加穩(wěn)定的大電流，使電極間的壓縮空氣電離得以維持，載體風(fēng)不斷從徑向和軸向進(jìn)入陰陽極放電腔室內(nèi)，形成連續(xù)穩(wěn)定的高溫等離子體流。而接觸式啟弧的等離子體裝置，陽極固定不動(dòng)，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下控制陰陽極間的距離，存在電機(jī)故障導(dǎo)致斷弧或發(fā)生器燒毀的隱患[2]。

2.2 點(diǎn)火效果佳

這種大功率等離子發(fā)生器直接置于燃燒器內(nèi)著火點(diǎn)的最前端，等離子體弧可直接接觸煤粉，將全部等離子體弧能量用于煤粉的點(diǎn)燃，幾乎沒有熱損失，大幅提高了點(diǎn)火效果。而接觸式啟弧等離子點(diǎn)火裝置，其等離子弧無法直接接觸煤粉，需要較長的“導(dǎo)引弧管”將電弧輸送至點(diǎn)火位置，造成大幅度的能量衰減，導(dǎo)致電弧熱損失較大，影響點(diǎn)火效果。

2.3 陰陽極壽命長

由于陰陽極均為空心圓柱體，兩路載體風(fēng)分別通過氣環(huán)后形成旋流，流入放電腔內(nèi)，采用2個(gè)比例控制閥使軸向和徑向載體風(fēng)風(fēng)壓周期性的波動(dòng)，使等離子引弧點(diǎn)在陰陽極腔室內(nèi)游動(dòng)，提高了可燒蝕面積；同時(shí)，陰陽極均采用環(huán)形水冷方式大面積冷卻，使陰極使用壽命≥200 h，陽極使用壽命≥1 000 h。而接觸式點(diǎn)火裝置的陰極為定點(diǎn)燒蝕，燒蝕速度快，壽命短。

2.4 適應(yīng)范圍廣

功率在160～300 kW間隨意調(diào)節(jié)，已在某電廠點(diǎn)燃空氣干燥基揮發(fā)分為12%～16%的貧煤，在襄陽電廠點(diǎn)燃貧煤與煙煤的混合煤，無需電廠特意配備好煤，對煤質(zhì)具有廣泛的適應(yīng)性。而接觸式等離子點(diǎn)火裝置由于功率小，熱損失大，對電廠的煤質(zhì)要求較高。

2.5 結(jié)構(gòu)簡單及維護(hù)方便

與接觸式等離子點(diǎn)火裝置相比，這種大功率等離子發(fā)生器沒有直流電機(jī)和線圈，發(fā)生器內(nèi)部沒有任何電子元件，陰陽極結(jié)構(gòu)簡單，拆卸和維護(hù)方便。

3 大功率等離子裝置的應(yīng)用

襄陽電廠的#1機(jī)組順利完成了等離子體點(diǎn)火技術(shù)改造，成功點(diǎn)燃混合煤，并實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行期間的零投油，節(jié)能效果顯著，將為電廠帶來十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 鍋爐試驗(yàn)

襄陽電廠#1機(jī)組配備了4臺(tái)套額定功率為250 kW的等離子點(diǎn)火裝置，廠用電價(jià)按照0.2元/(kW·h)計(jì)算；燃煤按照300元/t計(jì)算，用煤按6 000 t估算，則“168”試驗(yàn)期間[3]，等離子點(diǎn)火裝置的電費(fèi)約為3.4萬元，用煤費(fèi)用約180萬元，此期間等離子點(diǎn)火裝置總費(fèi)用則為183.4萬元。若采用燃油點(diǎn)火方式，“168”試驗(yàn)期間用油約3 000 t，按照每噸燃油5 000元估算，則總運(yùn)行費(fèi)用為1 500萬元。僅在機(jī)組改造后正式投產(chǎn)前，就可以一次性為電廠節(jié)約開支1 316.6萬元。

3.2 冷態(tài)啟動(dòng)

按照每年冷態(tài)啟爐4次，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)每次運(yùn)行8 h，煤耗按30 t/h計(jì)算，則等離子冷爐運(yùn)行總費(fèi)用為29.44萬元/年。若采用燃油點(diǎn)火方式，每次使用燃油按 150 t估算，則總費(fèi)用為300萬元/年?？梢詾殡姀S節(jié)約270.56萬元/年。

3.3 熱態(tài)啟動(dòng)

每年按照8次熱態(tài)啟動(dòng)，每次等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行4 h計(jì)算，則此期間等離子點(diǎn)火總費(fèi)用為29.44萬元/年。若采用燃油點(diǎn)火方式，每次使用燃油按照100 t計(jì)算，則總費(fèi)用為400萬元/年。在熱態(tài)啟動(dòng)期間，為電廠節(jié)省熱爐啟動(dòng)的費(fèi)用370.56萬元/年。

3.4 大修后啟動(dòng)

按照每4年進(jìn)行一次大修的情況計(jì)算，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)每次運(yùn)行16 h，則每次大修后等離子點(diǎn)火總費(fèi)用約為15萬元，折算成每年的費(fèi)用為3.75萬元/年。而采用燃油點(diǎn)火方式，按照耗費(fèi)燃油600 t估算，總費(fèi)用為300萬元，折算成每年的費(fèi)用75萬元/年。機(jī)組大修期間，折算成每年的啟爐費(fèi)用，可以為電廠節(jié)省71.25萬元/年。上述4種狀態(tài)下使用等離子點(diǎn)火與燃油點(diǎn)火的年度費(fèi)用對比如圖2所示。

圖2 點(diǎn)火方式年度費(fèi)用對比

4 結(jié)束語

襄陽電廠通過對#1機(jī)組進(jìn)行等離子點(diǎn)火技術(shù)改造后，實(shí)現(xiàn)了零投油運(yùn)行，在正式投運(yùn)前就可以一次性為電廠減少投資約1 300萬元。從長期應(yīng)用角度考慮，每年可以為電廠節(jié)約640萬元左右；機(jī)組大修時(shí)，還可以為電廠年均節(jié)約70多萬元，為電廠帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

等離子點(diǎn)火技術(shù)的使用，可以將電除塵和脫硫的投入時(shí)間提前，使電除塵器在鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷運(yùn)行期間正常投入，大量地減少污染物和粉塵的排放量，這也與“十三五”期間我國的能源政策相適應(yīng)，具有很好的社會(huì)效益。

[1]黃熾煌,陳敏生,廖曉春.等離子點(diǎn)火裝置起弧及穩(wěn)弧特性差的原因分析[J].電力安全技術(shù),2014,16(7):48-50.

[2]羅昌福.陰陽極非接觸式啟弧的等離子的特點(diǎn)及應(yīng)用[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2010(1),68-71.

[3]羅玉林.等離子點(diǎn)火系統(tǒng)在粵電靖海發(fā)電廠的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2007(2),40-42.