烟煤型等离子点火燃烧系统在电厂中的应用

  概述
        佳木斯发电厂装机总容量49.8万kw,是黑龙江省电力网主力电厂之一，年最大发电能力为30亿kw·h，年最大供热量为150万GJ。
        锅炉启、停及低负荷助燃用油是火电厂发电成本的重要部分，为节油降耗，降低运营成本，2000年12月，该厂在13#炉采用等离子无油点火系统。该炉系HG-410/100-YMⅡ型自然循环Π型布置的固态排渣煤粉锅炉，燃用烟煤，采用四角布置直流燃烧切圆燃烧，配备中间储仓式制粉系统，热风送粉。采用等离子点火装置后，启动速度快，燃烧稳定，火力大，在锅炉启、停及低负荷燃烧过程中，节油效果显著。在锅炉点火初期即可投入电除尘装置，避免了用油点火初期不能投入除尘装置而排放大量烟尘的问题。
        该项目总投资为220万元。项目投资回收期为1.8年。
        等离子点火技术
        1.等离子点火系统构成

图1 等离子点火系统构成

        等离子点火系统主要由以下几部分组成（图1）：
        (1)等离子发生器。产生功率为60-130kw的等离子体，由线圈、阴极和阳极组成；
        (2)电源柜及供电系统。将三相380V电源整流成直流，用于产生等离子体。由直流电源柜（含整流变压器）、冷却风机、功率组件、直流控制器、直流平波电抗器组成；
        (3)燃烧器。与等离子发生器配套使用点燃煤粉；
        (4)辅助系统。由冷却水、空气的供给系统组成；
        (5)控制系统。由89：、：；<、通讯接口和数据总线构成；
        (6)风粉系统。煤粉由新增小粉斗通过给粉机、混合器进入一次风管，由热风送入等离子燃烧器。
        2.等离子发生器工作原理（图2）
        直流电流在一定介质气压的条件下引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的定向流动空气等离子体，该等离子体在点火燃烧器中形成t＞4000K的梯度极大的局部高温火核，煤粉颗粒通过该等离子“火核”时，迅速释放出挥发物、再造挥发分，并使图" 等离子发生器工作原理煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧，达到点火并加速煤粉燃烧的目的。
        等离子体内含有大量的化学活性粒子，如原子(C、H、O）、离子(O-2、H+、OH-）和电子等。它们可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧，这对于点燃煤粉（特别是贫煤）强化燃烧有着特别重要的意义。
        等离子发生器的阴极和阳极由高导电率、高导热率及抗氧化的特殊材料制成，以承受高温电弧冲击；线圈在高温情况下具有抗直流高压击穿能力；电源采用全波整流并具有恒流性能。其发火原理为：在一定输出电流条件下，当阴极前进同阳极接触后，系统处在短路状态，当阴极缓缓离开阳极时产生电弧，电弧在线圈磁场的作用下被拉出喷管外部。压缩空气在电弧的作用下，被电离为高温等离子体，进入燃烧器点燃煤粉。

        3.技术特点
        (1)阳极与阴极使用抗氧化材料，使等离子体载体可以采用廉价易得的压缩空气，大大简化了系统，降低了运行成本；
        (2)精心设计的复合结构，保证了输出电功率达到100kw以上，抗污染能力强，阳极使用寿命长（≥1000h），适合与各种燃烧器配合；
        (3)在燃烧器的设计上采用了分级燃烧、气膜冷却及浓淡分离等技术，使其适应煤种范围宽，对煤粉细度无特殊要求，且出力大、不结焦、耐磨损、使用寿命长；
        (4)风粉在线监测系统，可为燃烧控制提供准确的数据；
        (5)供电电源及控制主机采用了总线式的通讯方式，切换方便，两台单元式锅炉可采用共用一套供电电源、各自使用独立的操作界面的办法，从而节省大量的初始投资，提高设备的利用率。
        节能效果
        佳木斯发电厂13#炉改造成等离子燃烧系统后，从2001年1月运行到2001年12月，共点火65次，耗煤1300t，耗电46800kw·h；较改造前节约渣油600t，经济效益达99.2万元。加上节省低负荷助燃耗油费，直接经济效益可达到119万元。