等離子點火的技術經濟分析

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摘要:等離子點火技術是一項較為先進的鍋爐點火技術，運用該技術能夠在鍋爐點火、穩燃的過程中減少或取消對燃油的應用，利用等離子直接電弧將煤粉點燃。等離子點火技術的應用，對于電廠來說具有十分重要的意義，能夠帶來十分理想的經濟效益。基于此，本文對等離子點火的系統及原理，實際應用等進行介紹，并對這一技術的應用進行了技術經濟分析。

關鍵詞:電廠鍋爐;等離子點火;技術經濟分析

石油、煤炭等都是當前世界上最為重要的能源之一，對于我國來說，石油資源相對較為匱乏，在能源結構上，主要呈現為煤多油少的局面，因此國家曾經提倡以煤代油的能源政策。隨著國際原油價格的不斷變化，電廠所面臨的經濟問題和成本問題也日益嚴峻。在這樣的背景下，電廠加大節油降耗的力度，對發電成本進行控制。對此，可以在電廠鍋爐中應用等離子點火技術，能夠有效地實現節油降耗，取得更好的經濟效益。

1.等離子點火系統及原理

1.1等離子點火系統

在等離子點火系統當中，主要由等離子發生器、直流電源、點火燃燒器、控制系統等部分組成。其中，等離子發生器能夠對50kW~150kW電功率的空氣等離子體進行產生，直流電源能夠將三相380V的交流電源整合成直流電源，向發生器供電。點火燃燒器配合等離子發生器使用，對煤粉進行點燃。控制系統采用了數據總線、通信接口、CRT、PLC等部分構成，能夠實現全數字化自動控制。系統具有50kW~150kW的輸出功率，且連續可調。壓縮空氣壓力在0.12MPa~0.4MPa，流量在150m3/h以上，且能夠保持潔凈無油。冷卻水壓力在0.3MPa以上，流量在10t/h以上，t在40℃以下。

1.2等離子點火原理

在等離子點火裝置當中，對直流電源進行利用，基于相應的介質氣壓條件接觸引弧，在強磁場控制下，對穩定功率定向流動空氣等離子體進行獲取，采用磁壓縮、機械等方法，向需要點火的位置送入等離子體射流，在點火燃燒器當中，能夠達到4000K以上具有極大梯度的局部高溫火核，當等離子火核與煤粉顆粒相接觸，煤粉顆粒會對揮發物進行迅速釋放，劈裂粉碎再造揮發充分，從而被快速點燃。在等離子發生器當中，采用了陽極、陰極、線圈等部分，在發火原理上，基于相應的輸出電流條件，中心陰極和陽極進行接觸，系統達到短路的狀態，陰極和陽極緩慢分開的過程中，會有電弧產生，在線圈磁場的作用下，將電弧拉出噴管外部。在電弧的作用下，壓縮空氣受到電離，產生高溫等離子體，從而使煤粉產生了被點燃的可能性。在設計過程中，采用進退執行機構控制點火裝置的陰極，同時控制電弧電功率。此外，還利用相同的計算機控制系統，監視冷卻水、冷卻風等。

2.等離子點火技術的實際應用

2.1技術改造

在電廠鍋爐對等離子點火技術的應用中，對老機組進行技術改造是一項重要的內容。在改造的過程中，可以利用等離子燃燒器，對原有的原油槍進行替代，在下層二次風道中原油槍的位置，對等離子燃燒器進行安裝，從給粉機中單獨接煤粉管道。在低負荷穩燃、鍋爐點火等過程中，將等離子投入使用，在鍋爐達到正常運行狀態后，將等離子退出運行。通常情況下，在中儲倉式制粉系統當中，會對這種方法進行應用。可以對主燃燒器進行改造，使其能夠在作為主燃燒器運行的同時，也可以采用等離子進行點火。在下層一次風處安裝等離子點火燃燒器，對原有的煤粉燃燒器進行代替。在鍋爐穩燃、點火等狀態下，將其作為等離子燃燒器進行應用。在鍋爐正常運行狀態下，將其作為主燃燒器進行使用。在當前很多電廠當中這種方法被廣泛應用。

2.2新建機組

在新建機組建設方面，將C層4只原燃燒器改造為等離子點火燃燒器，其中包括了周界二次風部分、一二級燃燒室、等離子引弧裝置，濃淡分離裝置。對濃淡分離裝置進行了設計，能夠將一次風分為濃淡兩股氣流，其中濃相進入一級室，淡相進入二級室。空氣經過母管，向等離子裝置就地控制箱輸送，對壓力開關、壓力表進行安裝，對壓縮空氣壓力進行控制，在滿足壓力后，向主控室PLC發送信號。壓縮空氣壓力應在0.08MPa以上，單臺流量在150m3/h。使用雜用壓縮空氣母管提供壓縮空氣。采用了水冷卻發生器系統，單個燃燒器用水量為8t/h，出入口壓差控制在0.3MPa以上，采用除鹽化學水，通過母管向就地控制箱輸送，滿足壓力后，向主控室PLC發送信號。選用不銹鋼作為冷卻水系統管材，從鍋爐除鹽水補水箱獲取水源，回水返回除鹽水箱中。

3.等離子點火技術的經濟分析

3.1新建機組的直接經濟效益

以600MW的機組為例，在試運期經過機組帶大負荷運行、鍋爐酸洗、電氣試驗、機組并網、汽輪機沖轉、整定安全閥、鍋爐吹管等諸多階段。在這些階段當中，鍋爐無法對磨煤機進行投運，也不能實現完全斷油運行，因此，需要對大量的燃油進行消耗。從電力部門下發的試運導則規定當中，規定了在600MW機組的試運期間，燃油消耗標準定量在9000t左右。而在機組試運初期，如果將等離子煤粉點火系統進行投入使用，在整個試運期間，能夠將燃油消耗控制在2000t以下，因而能夠產生十分客觀的經濟效益。

3.2老機組改造的直接經濟效益

在電廠老機組改造項目中，對于燃煤鍋爐進行等離子點火設備改造，根據啟停頻率、燃煤煤種、鍋爐型號等不同，投資效益也會具有較大的差別。例如，在200MW的機組當中，每次啟動大約消耗50t油量，通常在30t~50t，最高時可能達到250t以上。300MW的機組進行以此冷態啟動，耗油量可能達到700t以上，與均值145t相比，超出了300t~500t左右。同時，很多火電機組具有較高的最低不投油穩燃負荷，例如，100MW的機組，最低穩燃負荷約在額定負荷的62%，200MW的機組則約為額定負荷的56%，300MW的機組約為額定負荷的53%，因此，在助燃和穩燃過程中，需要消耗相當大的油量。1臺100MW的機組，每年耗油量可能超過300t，200MW機組耗油量可能超過280t，300MW機組耗油量可能超過500t。通常情況下，對于非調峰機組來說，能夠在1~2年的時間收回改造費用，而對于經常用于調峰的機組來說，半年到一年內就能夠將投資成本收回，因而能夠取得十分良好的經濟效益。

4結論

等離子點火技術是一種較為先進的技術，在很多領域當中都有著廣泛的應用。其中，在電廠鍋爐中對等離子點火技術及裝置進行應用，具有很多明顯的優勢，能夠幫助電廠有效地節約成本，取得更為理想的經濟效益。在等離子點火裝置運行中，通過產生高溫等離子點火將煤粉點燃，可對過去的燃油裝置進行替代，極大地降低了鍋爐點火及穩態運行中的燃油消耗，具有良好的經濟性。

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作者:尹立平 單位:國電樂東發電有限公司