等离子点火系统在电站锅炉的应用

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1、等离子点火系统在电站锅炉的应用张宇驰赵洪成(国电集团吉林热电厂吉林吉林133000)摘要国电集团吉林热电厂在技改一期2X125MW机组中（系俄罗斯西伯利亚动力机械制造有限公司生产的超高压参数塔式单汽包自然循环锅炉，型号为E-500-13.8-560KT的燃煤机组），引入了DLZ-200型等离子点火装置，并取得了无油点火一次成功的成绩，填写了我国火力发电厂锅炉在无油点火实践上的空白。吉林热电厂10号锅炉也成为我国是第一台无油点火的锅炉。五年来的生产实践，证实了DLZ-200型等离子点火系统在火力发电厂的应用是理想的，近

2、5年的使用节省了大量的燃油，起到了节能的作用。关键词：等离子燃油点火前言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，原油价格不断上涨，火力发电厂用来点火和稳燃的燃油成本大幅增加，因此锅炉点火和稳燃用油被做为生产过程中的一项重要指标来考核，为了减少重油（天燃气）的消耗量，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温度，采用预燃室燃烧器，选用小油枪点火等等，但是，这些手段只能少用燃油，而做不到彻底不用燃油，若要进一步减少燃油到最终不用油，必须采用

3、与传统上完全不同的全新工艺，DLZ-200型等离子煤粉点火燃烧器，采用直流空气等离子体做为点火源，可点燃挥发份较低的（10%）贫煤，实现锅炉的冷态启动而不用一滴燃油，是未来火力发电厂点火和稳燃的首选设备。一、点火机理DLZ-200型等离子点火装置利用的是直流（280－350A）在介质汽压0.01－0.03MPa的条件下接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T>5000K的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0.001秒内迅速释放出挥发

4、份7，并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，这样就大大地减少了促使煤粉燃烧所需要的引燃能量E，通过试验，证明（E等离子＝1/6E油）。另外，等离子体内的法学活性粒子，如原子（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2ˉ、H2ˉ、OHˉ、Oˉ、H+）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧，而且等离子体对于煤粉的作用，可比通常情况下提高20％－80％的挥发份，即等离子体有再造挥发份的效应，这对于点燃低挥发

5、份的煤粉强化燃烧有特别意义。尤其是对使用煤种煤质复杂的锅炉，更具突出的意义。二、等离子发生器工作原理发生器为磁稳空气载体等离子发生器，如图A所示，它由线圈、阴极、阳极组成。其中阴极材料采用高导电率的金属材料或非金属材料制成。阳极由高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成，它们均采用水冷方式，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。其拉弧原理为：首先设定输出电流，当阴极3前进同阳极2接触后，整个系统具有抗短路的能力且电流恒定不变，当阴极缓缓离开阳极

6、时，电弧在线圈磁力的作用下拉出喷管外部。一定压力的空气在电弧的作用下，被电离为高温等离子体，其能量密度高达105～106W/cm2，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。三、等离子系统组成等离子系统主要包括：燃烧系统、电气系统、冷却水系统、气膜风系统、控制系统、监视系统。3.1燃烧系统7如图B所示，等离子燃烧器是借助等离子发生器的电弧来点燃煤粉的煤粉燃烧器，与以往的煤粉燃烧器相比，等离子燃烧器在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用等离子弧将煤粉点燃，并将火焰在燃烧器内逐级放大，属内燃型燃烧器，可在炉膛内无火焰状态下直接点燃煤粉，

7、从而实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。3.2电气系统等离子发生器电源系统是用来产生维持等离子电弧稳定的直流电源装置。其基本原理是通过三相全控桥式晶闸管整流电路将三相交流电源变为稳定的直流电源。其由隔离变压器和电源柜两大部分组成。电源柜内主要有由六组大功率晶闸管组成的三相全控整流桥、大功率直流调速器6RA70、直流电抗器、交流接触器、控制PLC等。3.3冷却水系统冷却水系统采用闭式循环系统，由冷却水箱、冷却水泵、换热器及阀门、压力表、管路组成，冷却水泵三台互为备用。主要是通过水冷的方式对形成电弧的等离子发生器的阴极和

8、阳极进行冷却。3.4气膜风系统等离子燃烧器属于内燃式燃烧器，运行时燃烧器内壁负荷较高，为了保护燃烧器，同时提高燃烧度，需设置等离子燃烧器气膜风。气膜冷却风可以从原二次风箱取，也可从送风机出口引取。3.5控制系统等离子控制系统由等离子控制柜和触摸屏组成，柜内PLC采用SIEMENSS7-300系列的可编程控制器完成。该CPU模块中的Profibu