电厂锅炉应用等离子点火的技术经济分析

摘 要：等离子点火技术是一项较为先进的锅炉点火技术，运用该技术能够在锅炉点火、稳燃的过程中减少或取消对燃油的应用，利用等离子直接电弧将煤粉点燃。等离子点火技术的应用，对于电厂来说具有十分重要的意义，能够带来十分理想的经济效益。基于此，本文对等离子点火的系统及原理，实际应用等进行介绍，并对这一技术的应用进行了技术经济分析。

关键词：电厂锅炉；等离子点火；技术经济分析

中图分类号：TK227 文献标识码：A

石油、煤炭等都是当前世界上最为重要的能源之一，对于我国来说，石油资源相对较为匮乏，在能源结构上，主要呈现为煤多油少的局面，因此国家曾经提倡以煤代油的能源政策。随着国际原油价格的不断变化，电厂所面临的经济问题和成本问题也日益严峻。在这样的背景下，电厂加大节油降耗的力度，对发电成本进行控制。对此，可以在电厂锅炉中应用等离子点火技术，能够有效地实现节油降耗，取得更好的经济效益。

1.等离子点火系统及原理

1.1 等离子点火系统

在等离子点火系统当中，主要由等离子发生器、直流电源、点火燃烧器、控制系统等部分组成。其中，等离子发生器能够对50kW～150kW电功率的空气等离子体进行产生，直流电源能够将三相380V的交流电源整合成直流电源，向发生器供电。点火燃烧器配合等离子发生器使用，对煤粉进行点燃。控制系统采用了数据总线、通信接口、CRT、PLC等部分构成，能够实现全数字化自动控制。系统具有50kW～150kW的输出功率，且连续可调。压缩空气压力在0.12MPa～0.4MPa，流量在150m3/h以上，且能够保持洁净无油。冷却水压力在0.3MPa以上，流量在10t/h以上，t在40℃以下。

1.2 等离子点火原理

在等离子点火装置当中，对直流电源进行利用，基于相应的介质气压条件接触引弧，在强磁场控制下，对稳定功率定向流动空气等离子体进行获取，采用磁压缩、机械等方法，向需要点火的位置送入等离子体射流，在点火燃烧器当中，能够达到4000K以上具有极大梯度的局部高温火核，当等离子火核与煤粉颗粒相接触，煤粉颗粒会对挥发物进行迅速释放，劈裂粉碎再造挥发充分，从而被快速点燃。在等离子发生器当中，采用了阳极、阴极、线圈等部分，在发火原理上，基于相应的输出电流条件，中心阴极和阳极进行接触，系统达到短路的状态，阴极和阳极缓慢分开的过程中，会有电弧产生，在线圈磁场的作用下，将电弧拉出喷管外部。在电弧的作用下，压缩空气受到电离，产生高温等离子体，从而使煤粉产生了被点燃的可能性。在设计过程中，采用进退执行机构控制点火装置的阴极，同时控制电弧电功率。此外，还利用相同的计算机控制系统，监视冷却水、冷却风等。

2.等离子点火技术的实际应用

2.1 技术改造

在电厂锅炉对等离子点火技术的应用中，对老机组进行技术改造是一项重要的内容。在改造的过程中，可以利用等离子燃烧器，对原有的原油枪进行替代，在下层二次风道中原油枪的位置，对等离子燃烧器进行安装，从给粉机中单独接煤粉管道。在低负荷稳燃、锅炉点火等过程中，将等离子投入使用，在锅炉达到正常运行状态后，将等离子退出运行。通常情况下，在中储仓式制粉系统当中，会对这种方法进行应用。可以对主燃烧器进行改造，使其能够在作为主燃烧器运行的同时，也可以采用等离子进行点火。在下层一次风处安装等离子点火燃烧器，对原有的煤粉燃烧器进行代替。在锅炉稳燃、点火等状态下，将其作为等离子燃烧器进行应用。在锅炉正常运行状态下，将其作为主燃烧器进行使用。在当前很多电厂当中这种方法被广泛应用。

2.2 新建机组

在新建机组建设方面，将C层4只原燃烧器改造为等离子点火燃烧器，其中包括了周界二次风部分、一二级燃烧室、等离子引弧装置，浓淡分离装置。对浓淡分离装置进行了设计，能够将一次风分为浓淡两股气流，其中浓相进入一级室，淡相进入二级室。空气经过母管，向等离子装置就地控制箱输送，对压力开关、压力表进行安装，对压缩空气压力进行控制，在满足压力后，向主控室PLC发送信号。压缩空气压力应在0.08MPa以上，单台流量在150m3/h。使用杂用压缩空气母管提供压缩空气。采用了水冷却发生器系统，单个燃烧器用水量为8t/h，出入口压差控制在0.3MPa以上，采用除盐化学水，通过母管向就地控制箱输送，满足压力后，向主控室PLC发送信号。选用不锈钢作为冷却水系统管材，从锅炉除盐水补水箱获取水源，回水返回除盐水箱中。

3.等离子点火技术的经济分析

3.1 新建机组的直接经济效益

以600MW的机组为例，在试运期经过机组带大负荷运行、锅炉酸洗、电气试验、机组并网、汽轮机冲转、整定安全阀、锅炉吹管等诸多阶段。在这些阶段当中，锅炉无法对磨煤机进行投运，也不能实现完全断油运行，因此，需要对大量的燃油进行消耗。从电力部门下发的试运导则规定当中，规定了在600MW机组的试运期间，燃油消耗标准定量在9000t左右。而在机组试运初期，如果将等离子煤粉点火系统进行投入使用，在整个试运期间，能够将燃油消耗控制在2000t以下，因而能够产生十分客观的经济效益。

3.2 老机组改造的直接经济效益

在电厂老机组改造项目中，对于燃煤锅炉进行等离子点火设备改造，根据启停频率、燃煤煤种、锅炉型号等不同，投资效益也会具有较大的差别。例如，在200MW的机组当中，每次启动大约消耗50t油量，通常在30t～50t，最高时可能达到250t以上。300MW的机组进行以此冷态启动，耗油量可能达到700t以上，与均值145t相比，超出了300t～500t左右。同时，很多火电机组具有较高的最低不投油稳燃负荷，例如，100MW的机组，最低稳燃负荷约在额定负荷的62%，200MW的机组则约为额定负荷的56%，300MW的机组约为额定负荷的53%，因此，在助燃和稳燃过程中，需要消耗相当大的油量。1台100MW的机组，每年耗油量可能超过300t，200MW机组耗油量可能超过280t，300MW机组耗油量可能超过500t。通常情况下，对于非调峰机组来说，能够在1～2年的时间收回改造费用，而对于经常用于调峰的机组来说，半年到一年内就能够将投资成本收回，因而能够取得十分良好的经济效益。

结论

等离子点火技术是一种较为先进的技术，在很多领域當中都有着广泛的应用。其中，在电厂锅炉中对等离子点火技术及装置进行应用，具有很多明显的优势，能够帮助电厂有效地节约成本，取得更为理想的经济效益。在等离子点火装置运行中，通过产生高温等离子点火将煤粉点燃，可对过去的燃油装置进行替代，极大地降低了锅炉点火及稳态运行中的燃油消耗，具有良好的经济性。

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