摘要：大型工业煤粉锅炉的点火和稳燃一般采用燃油或天然气来实现，等离子点火作为新的节能点火技术，采用直流空气等离子体作为点火源，实现锅炉的无油或少油冷态启动，是未来火力发电厂点火和稳燃的首选设备。本文结合等离子点火技术在600MW机组直吹式制粉系统锅炉上的应用，重点对系统的运行经验进行了分析和总结并和同类机组轻油点火系统了进行经济性比较，为同类型机组采取这一新技术提供了良好思路。
关键词：等离子点火技术；直吹式制粉系统；磨煤机；应用
1.设备概述
某项目一期工程1*600MW机组锅炉为哈尔滨锅炉有限公司设计制造的HG1900/25.4-HM2型直流炉。锅炉为对冲燃烧方式，采用直吹式制粉系统，配有7台HP1103型中速碗式磨煤机。锅炉设计煤种为霍林河褐煤，设置一层等离子，其他层为油燃烧器。
2.等离子点火与纯燃油冷态开机成本对比分析
2.1直接经济效益
使用等离子做为锅炉的点火能源同比于0号柴油做为锅炉的点火能源，其经济效益是非常可观的。有专家统计，在试运期间及投产当年投用等离子无油点火装置，可为电厂节约投资大约350万元，使用等离子点火的运行成本仅为使用燃油点火运行成本的15～20％左右。
2.2间接经济效益
锅炉纯烧油或油煤混烧时尾部二次燃烧的可能性较大，为避免未燃尽的油滴粘污电极，大量烟尘直接排放到大气中，不仅给环境带来严重污染而且对锅炉受热面和引风机叶片造成磨损。采用等离子点火燃烧系统，电除尘器可在锅炉点火初期正常投入，大大减少粉尘的排放量，避免了环境污染。同时由于无油助燃锅炉尾部二次燃烧的可能性大大减小，带来了显著的环保效益和经济效益。
3.应用中的问题与解决措施
3.1 磨煤机制粉热风的运行控制
直吹式制粉系统锅炉应用等离子点火的首要问题是锅炉启动时磨煤机的干燥出力问题。如果没有热风，磨煤机就没有足够的制粉条件，无法实现该层无油启动。在该机组设计方案中，通过在B磨煤机入口热风道上增加热风加热小炉膛，使磨煤机在锅炉冷态启动初期即可投入运行。实际运行中出现的主要问题是经小炉膛加热后一次风缺氧，而增加风量受一次风速限制，运行中表现出挥发份着火延后。通过多次试验，采取了在磨煤机启动前提前1h投入小炉膛运行，在投煤前尽量保持较高的磨煤机出口温度，磨煤机出口风温达到 65～70 ℃，以至于不会在投煤后增加油枪过多，煤粉着火后适当增加一次风量，以弥补挥发份着火所需氧量的不足。
3.2 等离子冷态启动点火初期煤粉燃尽率低
3.2.1 原因分析
等离子点火时产生的温度虽高，但热强度不够，因此会造成煤粉燃尽率低。主要原因有：
（1）等离子点火只是把煤粉中的挥发分迅速电离出来并点燃，进而引燃部分煤粉，而固定碳的完全燃烧取决于炉膛温度水平。在点火初始阶段，由于炉温较低，煤粉不能完全燃烧。
（2）磨煤机刚启动时，为满足锅炉升温、升压速率的限制及保护整个吹管阶段的再热器，炉膛烟温控制的比较低，所以初始给煤量比较低，因此煤粉浓度低，着火情况不够理想。为了防止飞灰可燃物浓度高造成的锅炉尾部烟道再燃烧或预热器、除灰设备着火等重大事故，通过分析，采取了以下措施，尽可能提高点火初期煤粉燃尽率。
3.2.2采取的措施
（1）调平一次风速
在等离子点火装置投入前，对磨煤机各一次风粉管的风速进行了调平（风速偏差小于 ±5 %），同时在热态时又对各管风速进行了微调 ，确保各管煤粉浓度基本一致。
（2）降低煤粉细度
煤粉细度对等离子煤粉点火燃烧器的着火特性有很大的影响。煤粉越细，升温越快，燃尽率越高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此在点火试运期间进行了煤粉细度的调整试验，改变磨煤机出口的分离器挡板开度，将B磨煤机分离器挡板开度从初始的50%调到30%后，煤粉细度R90降到20 %，此时煤粉着火稳定性明显提高，火焰明亮，炉瞠燃烧状况良好。由于燃煤挥发分高（Var >30 %）、容易结焦且分离器挡板关小后将导致磨煤机的出力降低，因此没有再减小分离器挡板开度。
（3）提高磨煤机出口温度
磨煤机出口温度对等离子煤粉点火燃烧器的着火特性有很大影响，一次风温度越高，煤粉着火所需要的着火热量越少，煤粉越容易燃尽。因此等离子点火装置投运时，应尽量提高磨煤机出口风粉混合物的温度。为了防止磨煤机着火，磨煤机出口温度设定为 ≤80℃，在 B磨煤机实际启动过程中，有效控制小油枪的投入支数，即可控制磨机出口温度。
采取上述各种措施后，锅炉飞灰可燃物含量大幅下降，进一步减少了因飞灰积聚而导致的锅炉尾部烟道二次燃烧、预热器和除灰设备着火等事故的发生。
3.3点火初期锅炉炉膛爆燃及尾部再燃烧
鉴于在冷态启动点火初期容易出现灭火、爆燃及点燃后由于飞灰可燃物含量高而引起尾部烟道二次燃烧等事故，对采用等离子点火时易出现的爆燃、再燃问题应引起重视。根据实践经验，在启动过程中采取以下措施，确保等离子点火过程的安全。
3.3.1 等离子点火装置点火初期对煤粉浓度要求很高。在一定的煤粉浓度下 ，才能迅速点燃煤粉。而项目所配的是 HP1103 型中速磨煤机。该磨煤机的磨辊和磨盘之间留有一定的间隙，可以空载启动，需要较长时间才能建立稳定的煤粉气流，且开始时一次风煤粉浓度较低，这些特点均不利于等离子点火燃烧器内煤粉的着火，造成着火前大量未燃煤粉进入炉膛。针对此磨煤机的运行特点，为保证等离子点火燃烧器能够迅速着火，在磨煤机启动初期，将给煤量增加到35t/ h 左右，点燃以后再将煤量减到23t/ h，以保证锅炉升温升压的速率。采用此方法可保证煤粉在2min内着火。对于直吹式系统，当任两角燃烧器在2 min 内未点燃时，应立即停止相应磨煤机的运行，大风量通风吹扫后，查明原因方可重新投入，以防止炉膛爆燃。
3.3.2 等离子点火装置初次运行时，必须就地观察着火情况，并检查燃烧器是否漏粉。而火焰一旦熄灭要立即停止投放燃料。在燃烧器着火后，应加强炉内燃烧状况监视，在燃烧恶劣时，应及时进行调整。
3.3.3 加强热控自动保护，在热控中增加等离子运行模式。在等离子运行模式下，任一角等离子断弧时，应关闭相应煤粉管的快关门，当 2 个角断弧时跳开磨煤机，防止未燃煤粉喷入炉膛，导致爆燃、爆炸。
3.3.4为防止未燃尽煤粉在锅炉尾部二次燃烧，在等离子点火过程中，空气预热器吹灰装置必须投入运行，尤其是在吹管阶段。锅炉长时间在低负荷状态下运行，煤粉燃烧不完全，飞灰可燃物含量高，容易在空气预热器和除尘器中积聚大量未燃尽煤粉，随着时间推移，排烟温度升高，会造成自燃，甚至发生爆炸。因此在低负荷状态下，空气预热器应进行连续吹灰，及时启动除灰、除渣系统，输送、清除未燃尽物质。
3.3.5 在等离子冷炉点火初期，要控制飞灰可燃物含量在25 %以内。如含量偏高，应适当调整一、二次风量、磨煤机出力、煤粉细度等，尽可能改善燃烧状况，防止风、煤配比不当，尽量避免油、煤混烧，若油、煤混烧后，沾在受热面上的油更容易附着、聚集未完全燃烧的煤粉。
四、结束语
项目应用等离子点火系统后，在整个基建调试过程中实现了吹管、冲转、定速、机组试验，使用等离子点火装置几个月内，未发现锅炉尾部出现二次燃烧及炉内灭火打炮现象，等离子点火燃烧器没有结焦现象。在锅炉启动过程中等离子点火燃烧器能够迅速满足机组启动的各项要求。而且就经济性来讲，等离子点火技术也为各火电厂燃油系统改造实现无油点火或低负荷稳燃提供了方向。相信等离子点火技术将会得到更加广泛的推广和应用。
参考文献：
[1]解志宏.等离子点火技术在达拉特发电厂旋流燃烧器中的应用[D].华北电力大学（河北）， 2007.
[2]尚玉琴， 孙新强.等离子点火技术在锅炉冷态无油启动中的应用[J].锅炉技术， 2007， 38（2）：68-72.
[3]张晔.等离子无油点火技术在火电厂中的应用研究[D].大连理工大学， 2005.
[4]潘润锋.600MW亚临界燃煤机组等离子点火技术应用[J].广东科技， 2007（s1）：294-296.
论文作者:陈博
论文发表刊物:《基层建设》2018年第17期
论文发表时间:2018/8/6
标签：等离子论文; 锅炉论文; 煤粉论文; 磨煤机论文; 炉膛论文; 尾部论文; 制粉论文; 《基层建设》2018年第17期论文;