等离子点火技术的应用及经济性分析
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1 前言
我公司2x135MW+3x410T/h机组采用钢球磨中储式制粉系统，锅炉采用直流低氮燃烧器，机组较低负荷运行，由于冷却水压力不稳定、拉弧不稳定，使得保护频繁动作，等离子不能正常起弧无法正常使用，每次锅炉启炉或低负荷运行时均使用柴油燃烧。
锅炉在启炉或低负荷稳燃时耗费了大量的柴油，为了降低发电成本，减少燃油，组织对锅炉配套的等离子点火装置进行调试投运，减少燃油费用近3000万元。
2 等离子点火装置简介
2.1等离子点火机理
等离子点火装置是利用直流电流在介质气压0.01～0.03MPa的条件下接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在专门设计的燃烧器的中心燃烧筒中形成温度T＞50000K、温度梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在10-3秒内迅速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行，使混合物组分的粒级发生了变化。因而使煤粉的燃烧速度加快，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。
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。
2.2等离子发生器的组成
由线圈、阴极、阳极等组成。其中阴、阳极材料均采用具有高导电率、高导热、耐氧化的金属材料制成。阴、阳极均采用水冷方式冷却，以承受电弧高温冲击。线圈在高温250℃情况下具有抗2000V的直流电压击穿能力，电源采用全波整流并具有恒流性能。
2.3等离子发生器的工作原理
等离子发生器的点火原理为：在冷却水及压缩空气满足条件后，首先设定电源的工作输出电流(300～400A)，在一定输出电流条件下，当阴极在直线电机的推动下，与阳极接触后，电源按设定的工作电流矢能工作，当输出电流达到工作电流后，直线电机推动阴极向后移动，当阴极离开阳极的瞬间，电弧建立起来，当阴极达到规定的放电间距后，在空气动力和磁场的作用下，装置产生稳定的电弧放电，生成等离子体。
等离子点火装置的阴极进退执行机构的控制、电弧电功率的控制，冷却风、冷却水的监视均由计算机控制系统完成。
2.4等离子点火装置的附属系统
为保护等离子装置本身，需用水冷却阴、阳极和线圈。等离子冷却水系统水源取自闭式冷却水，经增压泵后分别送至就地点火发生器内，再分三路分别送入线圈和阴、阳极。
等离子发生器采用稳压、洁净、干燥的空气作为等离子载体，一般采用高压离心风机出口高压风系统为等离子发生器提供载体，设计上还有压缩空气作为备用气源。在等离子点火器停止工作以后，高压离心风机继续工作，为等离子点火器、图像火检探头供冷却风。
为监视等离子点火燃烧器的火焰情况，方便运行人员进行燃烧调整，在等离子点火燃烧器上各安装一套图像火检装置，其视频信号送至集控室内大屏幕，运行人员可在点火初期同时监视五个等离子点火燃烧器的火焰，并可以随时切换至全炉膛火焰。图像火检探头的冷却风取自等离子载体系统的高压离心风机出口。
3 等离子点火技术的改造及实际应用
我公司2台135MW单抽凝汽式汽轮发电机组+3台410t/h高压煤粉锅炉，锅炉型式为：高压、四角切圆燃烧、固态排渣、紧身封闭、自然循环、管式空预器、汽包煤粉炉。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、电源控制柜、隔离变压器等组成，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、冷炉制粉系统等组成。
针对等离子冷却水压力不稳定、风压波动大、起弧不稳定等问题结合现有系统进行认真分析，发现主要为闭式冷却水系统供等离子点火装置的冷却水为其系统中的分流管道供给，随着系统阻力的影响，供给等离子点火装置的冷却水压力在0.3MPa波动，而等离子点火装置的冷却水压力要求最小为0.3Mpa，低于此压力时会出现断弧、击穿等现象，使得等离子点火装置无法正常投入使用。
对此进行对其冷却水进行改造，加装管道增压泵来提高冷却水压力，将压力提高到0.5~0.6Mpa范围内，此时等离子点火装置可正常投运，同时其主要的阴极头与阳极头使用寿命提高一倍左右，阴极头最长使用时间达到100h以上。
对等离子点火装置水压、风压、压差等出厂指标进行试验、观察，现场对等离子间隙、行进距离等进行了最终的调整，现可以满足正常使用。
4 经济性分析
我公司对等离子冷却水改造后此装置运行稳定，经调试后基本实现了无油点火启动、低负荷稳燃的目标，在调试、生产期间节约了大量燃油。
等离子点火系统用电量很小，一台等离子制粉系统点火装置每小时耗电量约400kWh，等离子冷却水泵7.5kWh、冷却风机11kWwh，共420kWh左右，按0.5元/kWh计算每小时电费211元；如果投入油枪，按每小时消耗燃油4吨测算，每小时耗油费用是4×5500=22000元，一次启动共节省燃油费用20万元左右（按10h计算），经济效益明显。
三台锅炉调试至运行期间，共计启停14次，三台锅炉低负荷稳燃共计约100天左右，若没有等离子系统，大致应该耗油8000吨左右，核减等离子系统使用的电费后按每吨油5000元计算，共节省燃油费用为4000万元，扣去油折煤应消耗的对应燃煤的费用，初步估算两台机组调试期间共节省3000多万元，经济效益非常可观。
5 结论
钢球磨中储式制粉系统的燃煤锅炉采用等离子无油点火系统，在调试、运行阶段成功实施产生了良好的经济效益，能够在最短时间内收回投资。推广等离子点火技术在电站锅炉的应用，对降低机组发电油耗及成本具有显著的作用，符合国家节能减排政策。等离子点火技术在电站锅炉的应用上，应从方案设计、调试、参数控制、维护保养等方面综合考虑，充分发挥等离子点火技术的节油、稳燃作用，取得良好的经济效益。
参考文献：
[1]烟台龙源电力技术股份有限公司.DLZ-200型等离子燃烧器使用及维护说明书
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