摘要：本文介绍了无燃油等离子煤粉点火技术。以陕西商洛2×660MW超超临界机组为依托，提出并分析了无燃油技术在超超临界机组中应用的关键问题及对策，为660MW超超临界机组无燃油技术的推广和应用提供了有价值的借鉴意义。
关键词：等离子点火；660MW；超超临界；无燃油技术
引言
我国是以煤为主要燃料的国家，为了提高燃料利用效率，国内新建的大型燃煤发电机组均采用了超临界、超超临界技术，机组循环效率大幅度提高。大型工业煤粉锅炉的点火和稳燃，传统上都是采用燃烧重油或天然气等稀有燃料来实现的。近年来，随着世界性的能源紧张，火力发电燃油愈来愈受到限制。因此锅炉点火和稳燃用油被作为一项重要的指标来考核，为了减少重油（天然气）的耗量，传统的做法是提高煤粉的磨细度，提高风粉混合物和二次风的预热温度，采用预燃室燃烧器，选用小油枪点火等。随着石油价格的不断升高，传统的燃油点火方式，由于其耗油量大，经济性差，环保性差等特点已基本被等离子点火方式和微油点火方式取代。其中等离子体煤粉点火方式，由于其节能降耗明显，运行维护简单，经济效益显著等优点，已成为大型煤粉锅炉启动时的主要点火方式。
1无燃油等离子煤粉点火技术
1.1无燃油等离子煤粉点火技术简介
传统的煤粉锅炉点火方式是将煤粉喷入炉膛后被相邻的油枪火焰点燃，点火期间需要消耗大量的燃油。等离子点火技术是煤粉燃烧领域中的新技术，可利用高温的等离子体在燃烧器内部直接点燃煤粉，替代点火所需的燃油。
等离子燃烧器后端弯头装有等离子发生器，该发生器在一定介质气压的条件下接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的定向流动空气等离子体。产生的等离子体温度可达4000K以上，并通过输送装置送到煤粉燃烧器的中心位置。锅炉一次风中的煤粉进入燃烧器中心位置后与高温等离子体相遇，煤粉颗粒会迅速破裂并释放出挥发物，然后开始猛烈地燃烧。当所有煤粉在燃烧器内部被点燃并形成稳定的火焰之后，再进入炉膛继续燃烧。
1.2陕西商洛2×660MW超超临界机组无燃油技术简介
1.2.1陕西商洛2×660MW超超临界机组等离子系统组成
陕西商洛2×660MW超超临界机组等离子装置由等离子体发生器、等离子体燃烧器、直流电源组成。正常运行还需配有电气系统、控制系统、冷却水系统、压缩空气系统、图像火检系统、壁温在线监测系统、风粉在线检测系统、冷炉制粉等辅助系统。
1.2.2采用等离子体燃烧器，点火和稳燃与传统的燃油相比有以下几大优点
（1）经济：采用等离子点火运行和技术维护费仅是使用重油点火时费用的15%～20%，对于新建电厂，可以节约上千万的初投资和试运行费用。
（2）环保：由于点火时不燃用油品，电除尘装置可以在点火初期投入，因此，减少了点火初期排放大量烟尘对环境的污染；另外，电厂采用单一燃料后，减少了油品的运输和储存环节，亦改善了电厂的环境。
（3）高效：等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2-、H2-、OH-、O-、H+）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。
（4）简单：电厂可以单一燃料运行，简化了系统，简化了运行方式。
（5）安全：取消炉前燃油系统，也自然避免了经常由于燃油系统造成的各种。
2无燃油等离子煤粉点火技术的关键问题及对策
目前，等离子点火技术在亚临界、超临界机组中已有众多的应用业绩，超超临界机组在国内应用一般。在超超临界机组中应用是否会产生新的问题，曾引起锅炉厂、火电站等各方的置疑。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆根据超超临界机组的特点，各方关注的问题主要有以下几个方面：
2.1是否会引起水冷壁管束温度偏差超标或超温
由于等离子燃烧器一般布置在最下层，超临界和超超临界锅炉进行等离子点火技术改造后，是否会造成水冷壁管束间的温差过大曾是各方普遍关心的问题。但仔细分析可以发现，油枪和煤粉燃烧的特性存在很大不同。油燃烧器的火焰行程短，热负荷集中，其热量主要被燃烧器周围的水冷壁吸收，容易造成油燃烧器区域的水冷壁管圈对应的水冷壁管出口超温。当采用等离子煤粉燃烧器点火时，由于煤粉燃烧速度远低于轻油，火焰长度较长，在炉膛内的扩散范围较大，锅炉启动期间热负荷集中的问题能得到较大缓解，更有利于解决水冷壁管出口超温的问题。
通过对商洛电厂多次启动参数分析发现，锅炉采用等离子煤粉燃烧器启动过程中，炉膛各水冷壁管束间温度偏差比较小。与同类型机组采用油枪点火启动相比，采用等离子燃煤方式启动时水冷壁的热偏差要小得多。在启动中没有水冷壁超温现象而且温升率也在可控、易控。
2.2是否会加重高温受热面氧化皮的产生
对于超临界和超超临界机组，由于蒸汽的温度、压力参数较高，高温的水蒸汽会对奥氏体不锈钢表面产生氧化，生成氧化皮。由于奥氏体不锈钢的氧化皮与母材结合得不够紧密，当受热面温度发生骤变时氧化皮会发生脱落现象，脱落的氧化皮会在受热面局部聚集，产生堵管的问题。从世界范围来看，奥氏体钢的高温氧化是一个共性的问题，至今没有彻底解决的措施，目前可采用的主要防治方法之一是控制机组启停速率，防止氧化皮在非受控状态下脱落。
采用等离子点火技术后曾有电厂担心，等离子点火初期燃料量过大，升温速度太快会造成过热器奥斯体钢氧化皮生成及迅速脱落。而在实际运行过程中，等离子点火装置可以保证在浓度0.2kg/kg条件下可靠地点燃煤粉，并且已经开发了一整套磨煤机降低初始出力的技术，这样可以保证锅炉在等离子点火初期燃料量低于5%BMCR，从而保证锅炉温升速率完全满足机组启动曲线的要求，在这种条件下是不会造成氧化皮脱落的。
商洛电厂采用纯等离子点火，至今未发现氧化皮脱落加快的现象。而采用同类型机组的沁北电厂未进行等离子点火技术改造，其高温受热面氧化皮问题却比较严重。发现问题后沁北电厂将停炉方式改进为闷炉方式，较大地减缓了停炉速度，氧化皮脱落堵管的问题得到了很大缓解。最近，沁北电厂采用了微油点火技术，冷态条件下直接启动磨煤机，锅炉启动方式与等离子无油点火类似，经过观察锅炉氧化皮的问题并未因此而加剧。由此看来，影响氧化皮脱落的主要原因是停炉速度，等离子点火只要满足启动曲线的要求，是不会加速氧化皮脱落的。
2.3等离子点火装置及制粉系统的问题
当燃油系统完全取消时，必须考虑在部分等离子点火装置或对应的磨煤机出现故障时的机组启动问题。因此，对于无燃油系统电厂，推荐将两台或两台以上的磨煤机对应的燃烧器改造为等离子燃烧器，这样即可实现等离子点火装置和磨煤机的100%备用。当一台磨煤机在检修状态时，只要煤质在正常范围内，启动另外的一台磨煤机可以完成锅炉的冷态启动。
商洛电厂在最下层两台燃烧器均采用等离子燃烧器，提高了点火系统的可靠性，在最下层两台磨煤机入口一次风道上增加蒸汽加热器，在冷态启动时用蒸汽将热风加热至原煤干燥所需的温度，提高了等离子点火时着火稳定性。
3结论
目前，燃煤发电机组仍是我国发电行业的主力，还有众多的超临界、超超临界机组正在规划建设之中。与此同时，随着等离子煤粉点火技术不断发展进步，在技术上已完全具备了替代锅炉油枪点火设备的条件。如果在采用等离子点火技术的基础上完全取消电厂的燃油系统，可以为用户节约大量的建设费用，同时简化了电厂燃料系统，消除了传统火电厂存在的一大安全隐患，使电厂的运行更加安全、高效。
如果在现有超超临界发电技术的基础上进一步采用等离子点火技术，可以建成以煤为单一燃料的无燃油系统电站，将在经济性、安全性方面远远超越传统的燃煤电站，实现经济、环保、高效、安全的目标，这将是未来火力发电技术的发展方向。陕西商洛2×660MW超超临界机组采用了这一先进理念，在设计阶段选择了无燃油的等离子点火技术。它将为超超临界机组无燃油技术的应用提供有价值的借鉴意义。
参考文献
[1]陕西商洛发电公司辅机运行规程.王敬忠.袁少东.王鹏刚 2017.06.
[2]陕西商洛发电公司锅炉培训教材.王战锋.王敬忠 2016.
[3]《受热面高温氧化皮成因分析》.徐远鹏.中国电机工程学会火力发电分会，2002.
作者简介
王战锋（1982），男，山西人，本科，工程师，火电厂生产管理工作。
王敬忠（1981），男，甘肃人，本科，高级工程师，从事火电厂运行管理工作。
论文作者:王战锋,王敬忠
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/24
标签：等离子论文; 商洛论文; 燃油论文; 机组论文; 超临界论文; 煤粉论文; 技术论文; 《电力设备》2019年第5期论文;