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摘要：本文针对高水分、低热值褐煤锅炉大功率等离子点火系统的设备特点及系统设置进行了介绍，为国内高水分褐煤地区的电站锅炉实现无油点火提供了选择方向。
关键词：大功率;等离子;无燃油;点火技术
1 引言
我国褐煤储量相当丰富，尤其是内蒙古地区的高水分、低热值褐煤约占全国褐煤储量的77%，发电市场前景广阔。其Mar>35～40%，热值低于3000kcal/kg，点火适应性差，目前燃用此煤种的电厂基本都采用燃油点火方式，从而导致前期基建及后期维护成本的提高。因此，高水分、低热值褐煤等离子无燃油启动技术的应用研究具有很高的经济价值和广泛的市场前景。
2 高水分、低热值褐煤特点
以内蒙古胜利矿区产褐煤为例，其煤质全水分35%以上，热值低于3000 kcal/kg，干燥无灰基挥发分40%以上;按相关规程，褐煤等离子点火的条件是：灰分Aar≤30%，同时Mar≤25%，Vdaf≥40%;显然该煤质含水量超出了褐煤等离子点燃的范围。
根据国家能源发展战略，无燃油点火是燃煤电站锅炉发展的必然趋势，高水分、低热值褐煤采用等离子点火且无助燃油在技术上提出了开创性的挑战。
3 等离子发生器技术类型
煤粉气流的热容量很大，因此需要较大的点火能量，成功点燃高水分褐煤需要具备三个条件：①等离子体的发生器功率足够大，才能产生足够的热量，根据相关资料，采用等离子点燃高水分褐煤的功率需在250kW以上;②電弧引燃后要有足够的稳定性，不会出现断弧现象;③与燃烧器很好的匹配，不会发生结渣、沉积及烧损燃烧器。
国内目前等离子采用两种技术路线，即高频非接触式引弧和接触式引弧，这两种技术类型的等离子产品，目前均开发出了具有功率在250kW以上的发生器。
3.1 接触式发生器引弧特点
接触式等离子发生器引弧特点是起弧成功率高，电磁干扰小;柱式阴极发生器受压缩空气波动影响较小，抗干扰性能强，运行可靠性高;多级进气多阳极结构，电弧电压高，运行电流较低，电极损耗小;结构合理，维护方便，电极备件更换简单快捷。
3.2 非接触式发生器引弧特点
高压旋转气流稳定电弧，无传统磁稳方式采用的磁场线圈;反应时间快，启弧稳定，成功率近100%，避免了接触式引弧时因拉弧失败而造成电极烧损废弃的问题;发生器尺寸较接触式小，维修方便;电磁抗干扰性较差。
表2 两种类型等离子发生器技术比较
项目 发生器结构 阴极寿命 阳极寿命 电弧控制方式 引弧方式 功率 直流整流电源 电弧稳定性 点火方式 煤种适应性
接触式 同轴磁稳式电弧喷枪 100h 1000h 磁场线圈 接触引弧 150～320kW可调 可控硅晶闸管 稳定 多级火焰扩张 煤粉浓度0.12kg/kg以上
非接触式 气旋稳定管状喷枪 200h 1000h 涡旋气流控制 高频高压引弧 80～400kW可调 IGBT晶体管 稳定 多级火焰扩张 煤粉浓度0.1kg/kg以上
4 等离子点火系统
能否成功点燃高水分、低热值褐煤并保证持续稳定燃烧，除选择大功率等离子发生器外，等离子燃烧器的匹配、辅助系统等也是重要的因素。
4.1 等离子燃烧器
高水分、低热值褐煤采用等离子点火，其煤粉是否能充分并持续燃烧及防止燃烧器结渣是需要考虑的重点问题。目前国内已有相关厂家生产出了偏置浓缩型燃烧器，其原理是利用一次风粉在进入燃烧器后的不均匀性，将浓度较高的煤粉在燃烧器内部分级点燃并将火焰放大，达到充分燃烧的目的。
4.2 冷炉制粉系统
锅炉制粉系统在安装等离子点火系统时需要解决的首要问题是在锅炉冷态启动下使磨煤机具备启动条件，并磨制出合格的煤粉。
高水分褐煤在点火初期要求具有很高的入磨风温，因此需在磨煤机入口的一次风道内安装加热装置以满足高风温的要求。提高一次风温的方式通常是加装蒸汽暖风器或加装小油枪热风加热装置，在一次风温要求较高时，则需要将二者同时加装起到联合加热提高风温的目的。
4.3 临机加热系统
等离子点火初期热负荷较为集中，易造成锅炉受热面金属膨胀不均，尤其是采用对冲燃烧器的锅炉，其在点火初期对受热面金属的影响更大。因此，需要在锅炉点火前将给水温度尽可能提高，以减小受热面金属在点火初期的壁温差。
目前多数电厂选择增加“临机加热系统”很好的解决了这一问题。“临机加热”系统，即利用临机的辅助蒸汽加热本机的给水，使锅炉受热面金属达到一定的温度，从而减小因受热不均造成的壁温差，消除氧化皮剥落的风险。
4.4 临炉加热系统
高水分褐煤的原煤外水高，因此要求磨煤机入口风温比常规烟煤高很多，在采用“冷炉制粉”系统的前提下，为确保冷炉点火阶段进入炉膛的风粉温度，可以将相邻两台炉的热一次风道相连，这样在临炉运行的情况下保证本炉热一次风维持较高的温度。
表2 临炉加热系统
5 等离子燃烧器设置
高水分褐煤因原煤外水较高，为防止磨煤机出口粉管粘结及燃烧器结渣，启动阶段磨煤机出口一次风速不能太高，如采用单层设置，当点燃煤粉后因磨煤机的出力受限，不能保证炉膛火焰的稳定并持续维持燃烧。为解决这一问题，在采用无燃油点火设计时，一般隔层或相邻选取两层燃烧器安装等离子点火装置。
5.1 等离子点火方案
高水分、低热值褐煤在采用无油等离子点火时，应最少采用两层设置。启动前将“临炉加热系统”、“临机加热系统”投运，并利用“冷炉制粉系统”对一次风进行加热。
当锅炉给水温度、热一次风温满足机组启动条件后，投第一台磨煤机并适当调整出口风粉流速满足点火条件并点燃煤粉，当炉膛火焰稳定后，投运第二台磨煤机。当两台等离子层磨煤机全部启动后，适当增加两台磨煤机出口的一次风速并加大出力。
5.2 等离子点火装置特点
高水分、低热值褐煤等离子点火时需要更大的能量，所需功率比常规烟煤要大很多，有关试验表明成功点燃全水分在35%～40%的褐煤时，需要250KW以上的功率。
其点火时要求流速低、热交换时间长，因此一次风速较低，接近或稍低于粉管防沉积的最低流速限定，因此当煤粉点燃且机组正常运行后，需将流速适当提高以防止粘结堵塞。
6 结语
在选取适当的点火功率、风粉速度、煤粉浓度及适当温度的条件下，根据有关试验数据和结果来看，采用等离子可以点燃高水分、低热值褐煤。燃煤电厂采用等离子无燃油点火装置，符合我国能源规划战略，具有良好的经济效益，同时取消了电厂卸储供油设施的投入及消防安全压力，具有良好的社会效益。
参考文献：
[1] 陈佺，査俊，周志鹏，白冰，夏维东.用于煤粉点火的电弧等离子体发生器性能研究[J].中国科学技术大学学报.2010（12）
作者简介：
郑立刚（1972年），男，汉族，天津市宝坻区人，本科，高级工程师，研究方向：火力发电厂金属技术监督及锅炉检修
关键词：大功率;等离子;无燃油;点火技术
1 引言
我国褐煤储量相当丰富，尤其是内蒙古地区的高水分、低热值褐煤约占全国褐煤储量的77%，发电市场前景广阔。其Mar>35～40%，热值低于3000kcal/kg，点火适应性差，目前燃用此煤种的电厂基本都采用燃油点火方式，从而导致前期基建及后期维护成本的提高。因此，高水分、低热值褐煤等离子无燃油启动技术的应用研究具有很高的经济价值和广泛的市场前景。
2 高水分、低热值褐煤特点
以内蒙古胜利矿区产褐煤为例，其煤质全水分35%以上，热值低于3000 kcal/kg，干燥无灰基挥发分40%以上;按相关规程，褐煤等离子点火的条件是：灰分Aar≤30%，同时Mar≤25%，Vdaf≥40%;显然该煤质含水量超出了褐煤等离子点燃的范围。
根据国家能源发展战略，无燃油点火是燃煤电站锅炉发展的必然趋势，高水分、低热值褐煤采用等离子点火且无助燃油在技术上提出了开创性的挑战。
3 等离子发生器技术类型
煤粉气流的热容量很大，因此需要较大的点火能量，成功点燃高水分褐煤需要具备三个条件：①等离子体的发生器功率足够大，才能产生足够的热量，根据相关资料，采用等离子点燃高水分褐煤的功率需在250kW以上;②電弧引燃后要有足够的稳定性，不会出现断弧现象;③与燃烧器很好的匹配，不会发生结渣、沉积及烧损燃烧器。
国内目前等离子采用两种技术路线，即高频非接触式引弧和接触式引弧，这两种技术类型的等离子产品，目前均开发出了具有功率在250kW以上的发生器。
3.1 接触式发生器引弧特点
接触式等离子发生器引弧特点是起弧成功率高，电磁干扰小;柱式阴极发生器受压缩空气波动影响较小，抗干扰性能强，运行可靠性高;多级进气多阳极结构，电弧电压高，运行电流较低，电极损耗小;结构合理，维护方便，电极备件更换简单快捷。
3.2 非接触式发生器引弧特点
高压旋转气流稳定电弧，无传统磁稳方式采用的磁场线圈;反应时间快，启弧稳定，成功率近100%，避免了接触式引弧时因拉弧失败而造成电极烧损废弃的问题;发生器尺寸较接触式小，维修方便;电磁抗干扰性较差。
表2 两种类型等离子发生器技术比较
项目 发生器结构 阴极寿命 阳极寿命 电弧控制方式 引弧方式 功率 直流整流电源 电弧稳定性 点火方式 煤种适应性
接触式 同轴磁稳式电弧喷枪 100h 1000h 磁场线圈 接触引弧 150～320kW可调 可控硅晶闸管 稳定 多级火焰扩张 煤粉浓度0.12kg/kg以上
非接触式 气旋稳定管状喷枪 200h 1000h 涡旋气流控制 高频高压引弧 80～400kW可调 IGBT晶体管 稳定 多级火焰扩张 煤粉浓度0.1kg/kg以上
4 等离子点火系统
能否成功点燃高水分、低热值褐煤并保证持续稳定燃烧，除选择大功率等离子发生器外，等离子燃烧器的匹配、辅助系统等也是重要的因素。
4.1 等离子燃烧器
高水分、低热值褐煤采用等离子点火，其煤粉是否能充分并持续燃烧及防止燃烧器结渣是需要考虑的重点问题。目前国内已有相关厂家生产出了偏置浓缩型燃烧器，其原理是利用一次风粉在进入燃烧器后的不均匀性，将浓度较高的煤粉在燃烧器内部分级点燃并将火焰放大，达到充分燃烧的目的。
4.2 冷炉制粉系统
锅炉制粉系统在安装等离子点火系统时需要解决的首要问题是在锅炉冷态启动下使磨煤机具备启动条件，并磨制出合格的煤粉。
高水分褐煤在点火初期要求具有很高的入磨风温，因此需在磨煤机入口的一次风道内安装加热装置以满足高风温的要求。提高一次风温的方式通常是加装蒸汽暖风器或加装小油枪热风加热装置，在一次风温要求较高时，则需要将二者同时加装起到联合加热提高风温的目的。
4.3 临机加热系统
等离子点火初期热负荷较为集中，易造成锅炉受热面金属膨胀不均，尤其是采用对冲燃烧器的锅炉，其在点火初期对受热面金属的影响更大。因此，需要在锅炉点火前将给水温度尽可能提高，以减小受热面金属在点火初期的壁温差。
目前多数电厂选择增加“临机加热系统”很好的解决了这一问题。“临机加热”系统，即利用临机的辅助蒸汽加热本机的给水，使锅炉受热面金属达到一定的温度，从而减小因受热不均造成的壁温差，消除氧化皮剥落的风险。
4.4 临炉加热系统
高水分褐煤的原煤外水高，因此要求磨煤机入口风温比常规烟煤高很多，在采用“冷炉制粉”系统的前提下，为确保冷炉点火阶段进入炉膛的风粉温度，可以将相邻两台炉的热一次风道相连，这样在临炉运行的情况下保证本炉热一次风维持较高的温度。
表2 临炉加热系统
5 等离子燃烧器设置
高水分褐煤因原煤外水较高，为防止磨煤机出口粉管粘结及燃烧器结渣，启动阶段磨煤机出口一次风速不能太高，如采用单层设置，当点燃煤粉后因磨煤机的出力受限，不能保证炉膛火焰的稳定并持续维持燃烧。为解决这一问题，在采用无燃油点火设计时，一般隔层或相邻选取两层燃烧器安装等离子点火装置。
5.1 等离子点火方案
高水分、低热值褐煤在采用无油等离子点火时，应最少采用两层设置。启动前将“临炉加热系统”、“临机加热系统”投运，并利用“冷炉制粉系统”对一次风进行加热。
当锅炉给水温度、热一次风温满足机组启动条件后，投第一台磨煤机并适当调整出口风粉流速满足点火条件并点燃煤粉，当炉膛火焰稳定后，投运第二台磨煤机。当两台等离子层磨煤机全部启动后，适当增加两台磨煤机出口的一次风速并加大出力。
5.2 等离子点火装置特点
高水分、低热值褐煤等离子点火时需要更大的能量，所需功率比常规烟煤要大很多，有关试验表明成功点燃全水分在35%～40%的褐煤时，需要250KW以上的功率。
其点火时要求流速低、热交换时间长，因此一次风速较低，接近或稍低于粉管防沉积的最低流速限定，因此当煤粉点燃且机组正常运行后，需将流速适当提高以防止粘结堵塞。
6 结语
在选取适当的点火功率、风粉速度、煤粉浓度及适当温度的条件下，根据有关试验数据和结果来看，采用等离子可以点燃高水分、低热值褐煤。燃煤电厂采用等离子无燃油点火装置，符合我国能源规划战略，具有良好的经济效益，同时取消了电厂卸储供油设施的投入及消防安全压力，具有良好的社会效益。
参考文献：
[1] 陈佺，査俊，周志鹏，白冰，夏维东.用于煤粉点火的电弧等离子体发生器性能研究[J].中国科学技术大学学报.2010（12）
作者简介：
郑立刚（1972年），男，汉族，天津市宝坻区人，本科，高级工程师，研究方向：火力发电厂金属技术监督及锅炉检修