目录1 前言———————————————————————————————12 等离子点火技术工作原理——————————————————————1 2.1 点火机理———————————————————————————1 2.2 等离子发生器工作原理—————————————————————22.3 燃烧机理———————————————————————————23 等离子点火系统组成————————————————————————3 3.1 等离子燃烧器—————————————————————————3 3.2 等离子发生器————————————————————————--4 3.3 等离子电气控制系统——————————————————————4 3.4 等离子压缩空气系统——————————————————————4 3.5 等离子冷却系统————————————————————————5 3.6 壁温检测系统—————————————————————————6 3.7 风烟在线监测系统———————————————————————73.8 图像火焰监测—————————————————————————74 影响等离子点火的燃烧因素—————————————————————8 4.1 煤粉浓度对燃烧特性的影响———————————————————8 4.2 一次风对燃烧特性的影响————————————————————84.3 二此风对燃烧特性的影响————————————————————94.4 拉弧功率对燃烧特性的影响———————————————————95 等离子燃烧器与传统油燃烧器对比的优点———————————————96 等离子点火的不足之处———————————————————————107 等离子点火运行中出现的问题————————————————————108 解决方法—————————————————————————————119 结论———————————————————————————————12 参考文献———————————————————————————————13电站锅炉等离子点火系统李鑫西安电力高等专科学校摘要:本文介绍了等离子无油点火系统的工作原理和系统构成,对该技术进行了应用性试验研究,考察了煤粉浓度、一次风速、二次风量、拉弧功率等因素对其点火性能的影响。
通过对比等离点火和油点火的优缺点,并发现一些运行中的问题,并提出一些解决方法。
关键词：等离子点火等离子发生器电站锅炉1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，火力发电燃油愈来愈受到限制。
因此锅炉点火和稳燃用油被做为一项重要的指标来考核，为了减少重油（天然气）的耗量，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预热温度，采用预燃室燃烧器，选用小油枪点火等等，但是，这些方法已到了尽头，若要进一步减少燃油到最终不用油，必须采用与传统上完全不同的全新工艺，这种工艺应既可保证提高燃烧过程的经济性，等离子煤粉点火燃烧器，采用直流空气等离子体作为点火源，实现锅炉的冷态启动而不用一滴油，是未来火力发电厂点火和稳燃的首选设备。
2等离子点火器的工作原理2.1 点火机理装置利用直流电流（280---350A）在介质气压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10-3秒内迅速释放出挥发物，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。
等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2－、H2－、OH－、O－、H＋）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧，除此之外，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，这对于点燃低挥发份煤粉强化燃烧有特别的意义。
2.2等离子发生器的工作原理等离子发生器为磁稳空气载体等离子发生器，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2前进同阳极1阴极缓缓离开阳极时，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。
图（1）煤粉锅炉等离子发生器2.3燃烧机理据高温等离子体有限能量不可能同无限的煤粉量及风速相匹配的原则设计了多级燃烧器。
它的意义在于应用多级放大的原理，使系统的风粉浓度、气流速度处于一个十分有利于点火的工况条件，从而完成一个持续稳定的点火、燃烧过程。
实验证明运用这一原理及设计方法使单个燃烧器的出力可以从2T/H扩达到10T/H。
在建立一级点火燃烧过程中采用了将经过浓缩的煤粉垂直送入等离子火炬中心区，10000℃的高温等离子体同浓煤粉的汇合及所伴随的物理化学过程使煤粉原挥发份的含量提高了80%，其点火延迟时间不大于1秒。
3 等离子点火燃烧系统组成图（2）等离子点火系统3.1 等离子燃烧器图（3）等离子燃烧器结构图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，从而实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。
3.2 等离子发生器等离子发生器是用来产生高温等离子电弧的装置，其主要由阳极组件、阴极组件、漩流环及支撑托架组成。
等离子发生器设计寿命为8～10年。
在两电极间加稳定的大电流，将电极之间的空气电离形成具有高温导电特性等离子体，其中带正电的离子流向电源负极形成电弧的阴极，带负电的离子及电子流向电源的正极形成电弧的阳极。
图(4)等离子发生器3.3 等离子电器控制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、直流电抗器、交流接触器、控制PLC等。
3.4 等离子压缩空气系统压缩空气是等离子电弧的介质，等离子电弧形成后，压缩空气以一定的流速吹出阳极才能形成可利用的电弧。
因此，等离子点火系统的需要配备压缩空气系统，压缩空气的要求是洁净的而且是压力稳定的。
具体实现方案如下：1）压缩空气有空压机经过滤装置储气罐出口母管的管道分别送到等离子点火装置。
2）等离子点火装置上的压缩空气管道上设有压力表和一个压力开关，把压力满足信号送回本燃烧器整流柜。
3）压缩空气母管的压力要求为0.5Mpa左右，每台等离子装置的压缩空气流量约为80NM3/h。
图（4）等离子压缩空气系统3.5 等离子冷却水系统等离子电弧形成后，弧柱温度一般在5000K到10000K范围，因此对于形成电弧的等离子发生器的阴极和阳极必须通过水冷的方式来进行冷却，否则很快会被烧毁。
通过大量实验总结出为保证好的冷却效果，需要冷却水以高的流速冲刷阳极和阴极，因此需要保证冷却水不低于0.3MP的压力。
另外，冷却水温度不能高于30℃，否则冷却效果差。
为减少冷却水对阳极和阴极的腐蚀，要采用电厂的除盐化学水。
具体设计方案如下：1）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，冷却水泵两台互为备用。
系统材质均为不锈钢。
2）冷却水箱、水泵安装保证不振动。
3）冷却水经母管分别送至等离子点火器，单个等离子点火器的冷却水用量约为10T/H，冷却水进入等离子装置后再分两路分别送入线圈和阳极，另一路进入阴极。
回水采用无压回水（出口为大气压），等离子点火器回水经母管流经换热器冷却后返回冷却水箱。
等离子装置来水管道上设有手动调节阀，用于调整等离子点火器冷却水流量，同时安装有冷却水压力表，过滤器及压力开关（CCS），压力满足信号送回本等离子整流柜。
4）每台发生器来水管路装有压力开关，压力满足信号送至整流柜PLC，保证等离子点火燃烧器投入时冷却水不间断。
5）冷却水采用除盐化学水，通过补水管路为冷却水箱供水。
6）对于两台炉公用冷却水系统，回水分管道加装截止阀图（5）等离子冷却水系统3.6 壁温监测系统为了确保等离子燃烧器的安全运行，在燃烧器的相应位置安装了监视壁面温度的热电偶。
热电偶的安装位置是根据数台等离子燃烧器的工业应用情况和燃烧器工作状态下的温度场确定的。
安装位置如下图所示。
热电偶的型号主要为K分度或铠装热电偶。
加装一次风速测量系统。
一次风在线测速装置的组成4 影响等离子点火燃烧性能的因素4.1 煤粉浓度对着火性能的影响煤粉浓度高可降低煤粉的着火热,有利于煤粉的点燃,但煤粉浓度过高会使点火初期氧量补充不足, 增加煤粉不完全燃烧热损失。
图(7)煤粉浓度对着火性能影响的线性图由此可以看出该等离子点火装置的煤粉浓度适用范围为0.36 ～ 0.52m3/kg。
4.2 一次风速对着火性能的影响一次风速的高低对煤粉的着火影响较大,一次风速过高,将导致煤粉着火推迟, 燃烧不稳;一次风速偏低, 则容易烧损燃烧器并在一次风管内造成积粉以致堵管。
因此,点火一次风速的合理选择对等离子点火燃烧器的煤粉稳定燃烧至关重要。
图（8）一次风速对着火性能影响线性图冷态启动及温态启动时,一次风速为22～24m/s和24～26m/s ,煤粉燃烧稳定,火焰明亮,可以定为最佳风速。
4.3 二次风量对着火特性的影响在等离子燃烧器中,二次风主要作用是冷却一次室、二次室壁面以及提供煤粉燃烧的氧量, 但二次风速过高或过低都可能破坏气流的正常混合扰动,从而降低燃烧的稳定性。
图（9）二次风量对着火性能影响的线性图冷态启动和温态启动时, 增加二次风量将使喷口火焰温度升高,二次风量减少后火焰刚性降低,同时伴有焦块喷出。
因此在运行中,为防止一、二次室结焦,不宜将二次风关小。
4.4 拉弧功率对着火特性的影响图（10）拉弧功率对着火特性影响线性图拉弧功率的变化对火焰温度影响不大, 煤粉一旦被点燃,燃烧情况的优劣主要取决于风粉参数的配比。
5 等离子点火燃烧器，点火和稳燃与传统的燃油相比有以下几大优点：1)经济：采用等离子点火运行和技术维护费仅是使用重油点火时费用的15%～20%，对于新建电厂，可以节约上千万的初投资和试运行费用；2)环保：由于点火时不燃用油品，电除尘装置可以在点火初期投入，因此，减少了点火初期排放大量烟尘对环境的污染；另外，电厂采用单一燃料后，减少了油品的运输和储存环节，亦改善了电厂的环境；3)高效：等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2－、H2－、OH－、O－、H＋）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧；4) 简单：电厂可以单一燃料运行，简化了系统，简化了运行方式；5）安全：取消炉前燃油系统，也自然避免了经常由于燃油系统造成的各种事故。
