等离子点火与微油点火在应用上的比较Word格式文档下载.docx

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三、煤种适应性

1、从实际使用情况看，等离子对煤质稳定性的要求较高，主要是因为不同的煤质稳定点燃所需的点火能量不同，等离子技术的点火输入功率一般为110kW左右（约10kg油的发热量），容量增加时电气设备也要相应增加，较为困难，因此输入功率的提高受到一定的限制。

等离子点火技术对于Aar≤35％的烟煤，可以做到无油点火；

对于Aar＝35～45％的烟煤，可以做到节油点火；

对于，Var≤19％的烟煤等离子点火已经较难适应。

对于Mt≤25％，Aar≤30％的褐煤，可以实现无油点火，对于Mt≤28％，Aar≤14％的褐煤,可以实现节油点火。

对于Mt=40～42%的褐煤，目前点火困难，需用大油枪伴烧。

对于贫煤，等离子点火技术仅在50MW机组上有运行业绩。

对于无烟煤，国内等离子点火尚无业绩。

2、气化小油枪点火技术实际是借鉴了等离子点火的系统工程技术，只是将等离子发生器换为了气化油枪，同时又可适当调节和增加功率。

因此，对于煤种的适应性好于等离子点火技术。

它可以适应于所有烟煤，但是对于Var≤19％的烟煤小油枪的出力将提高到150kg/h以上。

对于贫煤和无烟煤，小油枪要完全借鉴等离子点火的技术就有较大困难。

因为等离子弧不消耗氧气，小油枪点火必须消耗氧气。

对于烟煤，小油枪所需油量较小，煤油抢风的问题不突出，对于贫煤和无烟煤，小油枪的油量需要达到150～300kg/h，煤油抢风造成无法将煤粉引燃的问题非常突出。

为了解决煤油抢风的问题，目前通常的措施，是对小油枪配风。

这又带来流速远高于火焰传播速度，无法点燃的问题。

同时燃烧器的阻力也上升到系统难于满足要求的地步，以至于煤粉也难于送入燃烧器。

四、冷炉点火

冷炉点火方式有多种选择：

先点燃大油枪，待炉内温度升高，热风温度可以满足制粉系统制粉后投入等离子或气化小油枪点火，再撤出大油枪；

利用邻炉热风制粉或在磨煤机入口加装暖风器的方式，满足点火初期制粉的需要，直接用等离子或气化小油枪点火启动；

等离子和气化小油枪标准化设计都配有冷炉制粉系统，主要是在进行改造的燃烧器对应磨煤机的入口安装暖风器，暖风器的设计既要保证在冷炉阶段的制粉出力的要求，又不能对管道阻力造成较大影响，一些工程设计中安装旁路以减小通风阻力。

通过降低点火初期的磨煤机出力和采用管道煤粉浓缩技术保证煤粉稳定的点燃，减小初期机组启动热负荷。

冷炉点火阶段，两种点火方式均能满足锅炉冷态启动曲线的要求，但对于超临界机组，有的电厂由于担心存在过热器氧化皮脱落的问题，刚开始点火时升温速率较高（在规程要求之内），可能会造成氧化皮的脱落。

为避免此种情况的发生冷炉点火时先投大油枪暖炉后再用等离子或小油枪的点火方式，这一问题的关键，是降低初始功率。

有些气化微油点火设计单位认为，启动阶段与常规油枪相比，热负荷较为集中，会造成锅炉膨胀不均，因此，建议开始启动阶段先用大油枪伴燃一段时间，以使锅炉膨胀均匀。

实际上煤火焰较长，加热应当更均匀，更可能是因为磨煤机的降出力措施不力，初始投入热量无法满足启动曲线的要求所造成。

五、锅炉点火初期煤粉量

锅炉点火初期的煤粉量受两个因素影响，一是锅炉的初始燃烧率，二是磨煤机的最小出力。

根据等离子点火的测试结果，初始燃烧率不超过额定负荷的5%，对于600MW亚临界机组燃用神华煤满负荷时总煤量在225吨左右，考虑到冷炉点火初期的燃尽率，如为85％，机组启动时的燃煤量不能超过13.2吨。

磨煤机的最小出力是直接反映锅炉刚启动时的输入热量，最小出力大于锅炉初始燃烧率时，锅炉的温升速率会提高，如HP983磨煤机燃用神华煤时设计出力最大出力是63.5t/h，最小出力一般为最大出力的25％，即15.8t/h，大于锅炉初始燃烧率。

因此，为减小温升速率过高，对于大型机组必须设法进一步降低磨煤机的出力（低于磨煤机设计最小出力）。

但磨煤机的最小出力受磨煤机型式，干燥、研磨、通风、基本出力、磨煤机振动的制约。

等离子和气化微油点火设计厂家与运行电厂都已通过试验调整，如采取调整磨煤机加载、控制风温等方法，但各电厂进一步降低后的磨煤机最低出力差别较大，即使是同型号、同煤种的磨煤机由于控制措施的不同差别也很大，如HP983磨煤机的磨煤机的最小出力范围在7～14之间。

一般出力过低时磨煤机振动较大，磨煤机安全运行受到威胁。

因此，磨煤机出力的降低是有一定限度的。

同时磨煤机的出力降低后由于风量不是等比降低的，造成煤粉浓度下降，在煤粉浓度低于0.20kg/kg时对于等离子点火技术较难点燃，气化微油点火技术由于油量较大，输入热量是等离子的2倍以上，所以点燃能力较强，但为保证点火的可靠性，两种技术都采用了管道煤粉浓缩技术。

因设计能力和专利的限制，各个厂家的浓缩方式和效果有所区别，等离子点火技术管道浓缩技术比较成熟，能够确保管道平均煤粉浓度在0.16～0.2kg/kg的条件下可靠地点燃，这对于缩短磨煤机启动到点燃，确保点火时不发生爆燃有重要作用。

六、助燃效果与低负荷稳燃性能

在锅炉正常运行期间，等离子和气化微油点火设备处于备用状态，有些电厂反映：

经过改造的等离子或气化微油点火燃烧器作为主燃烧器使用时，稳燃性能有所下降。

当锅炉接近或达到最低不投油稳燃负荷以下时，等离子点火或气化微油点火设备可投入稳定负荷。

但如果进行等离子或气化微油点火改造后的制粉系统处于停备状态这时的稳燃及时性最差，因制粉系统启动需要投入消防蒸汽3～5分钟，这种情况下可能起不到稳燃作用。

特别是在事故状态下，如果不能及时投入可能造成机组非停。

因此，两种技术的助燃效果显然是不及大油枪的。

七、可靠性分析

等离子点火易损部件主要是阴极和阳极，一般阴极的寿命在100h左右，阳极的寿命在500～1000h之间，根据拉弧时间的长短，制造厂设计了阴阳极寿命监测装置，可作为更换时的参考，但因阴极的寿命相对较短，等离子装置使用期间，运行维护人员必须加强监视和维护，以提高可靠性。

等离子点火断弧，是威胁点火安全的主要问题，主要是需要保证载体风的品质，如采用压缩空气作为等离子载体，应采用仪用压缩空气。

气化微油点火技术最常见的故障是小油枪堵塞造成灭火。

对于烟煤由于油枪出力低，雾化装置孔径较小，油管路稍有杂物即造成堵塞，造成燃烧器灭火，威胁点火的安全。

小油枪积炭堵塞，也是主要故障之一。

因此，气化微油点火技术关键在于油管路的施工工艺，必须用氩弧焊打底，电焊盖面，油管路必须用蒸汽吹扫以后以后才能充油，有的工程安装过程没有认真对待，造成小油枪断油。

小油枪主要的维护工作在于滤网和油枪头的清理，必须保证油的质量、管道干净，根据滤网压差的情况定期做一下清理，才能保证投入。

因此，综合比较，气化微油点火技术由于较等离子点火系统简单，可靠性高一些。

八、燃烧效率

燃烧效率的高低与煤种有很大关系，主要影响因素有煤的挥发分、水分、灰分、煤粉细度等，对于神华煤等离子点火的燃烧效率可以达到80～95％，气化微油点火技术由于输入热量高燃烧效率更高一些。

等离子点火在燃用神华煤的锅炉上，燃烧效率高达92％以上时，也发生过空气预热器、灰库二次燃烧。

小油枪煤油混烧，则更应引起注意，甚至有的燃用贫煤的机组点火三小时后就发生空气预热器二次燃烧。

为此，等离子点火对此已经由有资质的单位对一些大机组进行了考核，并制定了防止二次燃烧及防止爆燃的标准化安全措施。

气化微油点火，飞灰可燃物的测量，尚无可靠的数据，因大部分电厂是在除尘器灰斗中随机取的样品，缺乏准确的测量报告。

从运行电厂的整体反映情况看点火初期的飞灰可燃物还是比较高的，应加强空气预器的吹灰工作，防止尾部自燃，同时也要做好此阶段灰的输送、储存过程的防自燃措施。

九、燃烧器防结渣、超温

等离子和气化微油点火技术均采用在燃烧器内分级燃烧，逐级放大的方式，燃烧器内易造成超温和结渣，为防止此现象的发生。

等离子技术放弃了开始采用的径向点火拉弧方式，此方式在早期使用的多家电厂中均出现了燃烧器内结渣，改为轴向点火的方式，从实际应用的效果看基本上可以避免结渣的发生。

气化微油点火技术目前切向和轴向点火方式均采用，也有燃烧器内结渣的信息报道，当设计不当时还有将燃烧器烧坏的问题发生。

两种技术对燃烧器的壁温均设有监测系统，避免超温损坏，设计的温度600℃，一般正常运行的温度都在450℃以下。

同时燃烧器的设计还采用了耐高温和磨损的材料。

为了保证煤粉燃烧后，燃烧器筒壁不烧坏，不结渣，气化微油微油技术采取下列措施：

（1）采用气膜冷却，保证燃烧筒壁不烧坏

（2）利用高速二次风吹扫壁面，防止结渣。

在早期等离子点火燃烧器中也采取气膜冷却技术，但是在作为主燃烧器时，气膜结构易于磨损，在发明了压差平衡式燃烧器以后，气膜装置已经淘汰。

小油枪采用气膜冷却技术，在作为主燃烧器时，磨损后其是否能保持设计性能，尚待考验。

十、燃烧器阻力

在进行改造时，气化微油点火技术远大于等离子点火技术输入的热量，油在点火过程中需要大量的氧气，存在配置不好向煤粉抢氧的问题，点火用风通过微油助燃风系统送入，风压1.5～3kPa，且因燃烧器的有限空间内着火气流整体温度很高，体积剧烈膨胀等都会导致燃烧器喷口的气流速度非常高，大于火焰传播速度时，会造成火焰燃烧不稳定，燃烧效率大幅度降低。

因燃烧器阻力也因此增大，特别是点燃贫煤或无烟煤时，造成煤粉送不进炉膛无法点火的问题。

对于中间仓储式系统，由于这一问题在不同电厂多次造成一次风管堵塞。

等离子点火技术采用电弧点火的方式，点火源不需氧气，不会发生向煤粉抢氧的情况，因此不需送入助燃风来保证初期的着火。

因等离子点火整体输入的热量较小，燃烧器内着火后的煤粉气流速度低于气化微油点火。

一般不会造成煤粉送不进，或需提高一次风压力以保证正常送粉的情况。

因此，燃烧器设计时应尽量降低阻力的措施，特别是气化微油点火燃烧器燃用劣质煤时是必须解决的关键问题。

十一、燃烧器不能摆动的影响

加装等离子煤粉点火或气化微油点火装置后，燃烧器水平固定不摆动，对锅炉再热器汽温调节产生的影响，分析如下。

在高负荷时对锅炉再热器汽温调节影响不大，主要原因如下：

①大型锅炉一般为六层燃烧器，五层运行，一层燃烧器不摆动，影响很小，尤其为最下层。

②300MW、600MW等级四角切圆燃烧方式锅炉等离子或气化微油点火燃烧器的设计基本为水平固定不摆动，改造的锅炉数量约上百台，从其实际运行调试表明，A层燃烧器水平固定不摆动的高负荷时对再热汽温的调节几乎没有影响。

低负荷时，对锅炉再热汽温调节有一定的影响，因为：

对于煤质较差，低负荷需要投入等离子或气化微油的底部燃烧器的机组，此时，为了保证投入燃烧器的紧凑，避免隔层燃烧造成的着火不稳定，需要采用下部磨煤机的运行方式，而不能采取中、上层磨煤机的运行方式，这样会使再热汽温降低。

十二、燃烧器及系统设计

1、燃烧器的设计

等离子改造后的燃烧器基本上都是圆形设计，气化微油点火技术改造燃烧器也相当大部分是圆形的，着火面积小，不如方形燃烧器性能好。

国内进行等离子或气化微油改造的单位很多，对燃烧器的设计能力也会较大差别，虽都能满足点火阶段的节油问题，但由此造成的燃烧器空气动力工况的改变，作为主燃烧器使用时，与原燃烧器相比对锅炉安全性和经济性的影响程度的差别也会很大。

等离子点火技术因其发展成熟较早，有过很多的成功和失败的经验，对燃烧器优化设计从实践经验和理论上积累的大量的数据。

随着超临界机组锅炉的引入，燃烧技术也日新月异，日本三菱重工MHI公司的双通道浓淡PM燃烧器、日本巴布考克－日立（BHK）的HT-NR3燃烧器，美国B&

W的DRB-XCL、RB-4Z燃烧器，三井-巴布科克MBEL的LNASB轴流式燃烧器，阿尔斯通（APU）的强化着火EI煤粉喷嘴都相继引入。

要对这些燃烧器进行改造，既满足快速、安全、高效率、稳定点火的要求又不允许影响这些燃烧器正常运行的性能，不得造成结渣、超温、NOx升高、锅炉效率降低。

这就要求主燃烧器在正常运行中，燃烧器出口气流的动量不变、气流的速度场、浓度场不变，或不逊于原燃烧器的燃烧组织，其难度是相当高的。

为开发等离子点火技术，等离子研发单位建设了燃烧器冷态模化试验台和1：

1的热态试验台，经过多年努力，在满足启动曲线要求，满足制粉系统运行要求的条件下，基本摸索出了一整套各项参数互相匹配，定量而不仅是定性的要求，为保证快速、稳定、高效地点燃提供了一定的设计的基础；

在不扩大燃烧器流通断面的前题下，2001～2002年通过两年时间的研发才发明一项专利解决了内燃式燃烧器由于气流膨胀造成引燃困难的难题，使等离子点火的燃烧效率从20％～30％提高到80％～95％，从而为安全、稳定的点火启动奠定了基础；

较好地地掌握各种新型燃烧器的特点和设计原理，对上述所有墙式燃烧的旋流燃烧器和切圆燃烧的直流式燃烧器都取得了比较成功的改造经验。

实践证明能较好地保证安全稳定地点燃，又基本未影响正常燃烧组织。

燃烧器的设计气化微油点火技术基本上是借鉴了等离子点火的经验，但是大多是定性而不是定量地掌握了整个系统工程的设计技术。

由于小油枪点火技术难度较小，参与这项技术开发和应用的厂家较多，在缺少实验室支持的情况下，在对大机组的燃烧技术理解不够透彻又缺少实践的情况下，直接在大型锅炉上进行小油枪点火的开发，风险是相当大的。

而且，降低内燃式燃烧器点燃后气流速度的问题还很难回避等离子点火的专利。

由于采用气化微油点火技术改造的大机组还比较少，改造后也缺少正规的考核和鉴定。

而且，目前的汽化油枪的出力又难于满足大机组的要求。

因此，在大型机组上大规模采用气化微油点火技术，应持慎重态度，必须予以充分的论证。

2、火焰监视

目前，在火力发电厂应用的火焰检测器红外火焰检测器、可见光火焰检测器等。

这些火焰检测都是基于辐射强度的检测，其原理是用探头接收火焰发出的辐射，按其强度的大小判断火焰的存在与否。

对于常规的直流式燃烧器，其火焰有明显的预燃区、着火区和燃尽区。

等离子点火或气化微油点火燃烧器的火焰由于是内燃，燃烧器出口根本没有预燃区（黑龙区）。

而且火焰是粉包火的结构，在燃烧器出口附近预燃区和着火区之间也没有明显的界线，火焰周围的含粉气流，被卷吸进入主气流以后，很快就进入燃尽区。

对于火焰检测探头视角设计得比较小的红外线探头，由于在燃烧器附近找不到明显的火焰着火区，因此无法实现有效的探测和保护。

如果把探头对准的部位向炉膛中心延伸，达到燃尽区，又无法对本燃烧器火焰和背景火焰有效地加以分辨。

因此，红外光和可见光火焰检测器，也无法有效地对等离子点火火焰进行有效的检测和保护。

国外的有关规范对这种特殊点火器有明确的要求：

根据美国《多燃烧器锅炉炉膛防外爆／内爆标准》NFPA85C的要求，“除非每个主燃烧器都装有火焰监视器，否则禁止使用第三类特殊点火器。

”，等离子点火属于第三类特殊点火器，小油枪点火类似第三类特殊点火器。

因此，等离子点火和气化微油点火系统还必须具有图像火焰检测系统，通过屏幕显示燃烧器着火情况的装置，以保证锅炉的安全运行。

目前也有提出采用工业电视实现启动监视的。

全炉膛火焰的监视是通过全炉膛工业电视为运行人员提供锅炉炉膛中心区的燃烧情况。

但是在等离子点火或小油枪点火的初期，由于炉温较低，炉膛内透明度较低，全炉膛工业电视，只能看到浑浊的，不断闪动的图像，看不到火焰的图像，更无法看到每一个燃烧器的着火情况，无法观测到燃烧器喷口火焰情况。

如果将工业电视一对一的观测燃烧器的着火情况，一方面因为工业电视的摄像头无法布置在二次风道内，只能安装在观火孔，很难观测到单只火焰的全貌。

另一方面工业电视系统只是一种监视手段，不是真正意义上的燃烧器火焰检测器。

这种装置能通过拍摄的火焰图像直观地看到火焰燃烧状况，但仅是直观的图像显示，不具备火焰监测分析功能，无法为DCS或FSSS提供单个燃烧器喷口ON/OFF信号，不能参与锅炉炉膛保护。

因此，工业电视系统也不宜用于等离子或小油枪点火过程的监视和保护。

目前全国只有烟台国电龙源开发出来了成熟的，图像火焰检测系统，并可进入保护。

该系统2006年已经通过电机工程学会的鉴定。

目前，气化微油点火技术的大多数厂家还不掌握这一技术。

因此，气化微油点火技术在点火过程的监视和保护，还存在一定的不安全的因素。

3、FSSS修改

无论是等离子点火还是气化油枪点火，点火前都不投入大油枪，因此，原有FSSS点火初期的油条件必须修改；

由于无论是等离子点火还是气化油枪点火，冷炉启动点或初期，对于粉包火的火焰结构，不可能沿用原有FSSS系统对于油枪的保护逻辑；

等离子断弧或小油枪堵塞造成单只燃烧器灭火时的保护等等问题，都需要对原有FSSS系统进行修改，这种修改既要满足等离子或气化油枪点火的需要，又不得影响正常运行时的保护。

在这方面等离子点火经过多年总结、经过有资质的单位论证，反复修改，已经形成比较成熟的逻辑程序。

气化油枪点火这方面的工作急待加强，不然很难保证点火启动和正常运行的安全。

4、管道浓缩技术

磨煤机出力可以降低到额定出力的25％～40％，但是中速磨煤机受风环最低风速的限制，磨煤机的最低风速只能达到额定风速的70％～80％，再加上一次风管允许最低流速的限制，又必然带来煤粉浓度无法满足点火要求的问题，直接影响稳定地点燃，进而威胁锅炉的安全。

因此，必须研究开发高效、低阻、耐磨的浓缩装置，在整个管道断面平均浓度不变的条件下，提高燃烧器点火区的煤粉浓度，保证在低浓度下安全稳定的点燃，高效率地燃烧。

在这方面，等离子点火已经开发了高效、低阻的管道浓缩技术，保证在磨煤机启动后能在30～80s内安全稳定地点燃，防止炉膛爆破的可能。

气化微油点火技术由于油量较大，输入热量是等离子点火的2倍以上，所以点燃能力较强，但为保证点火的可靠性，两种技术都采用了管道煤粉浓缩技术。

因设计能力和专利的限制，各个厂家的浓缩方式和效果有所区别，但是气化微油点火是否能保证在不同制粉系统和燃烧器都能在30～80s内安全稳定地点燃，防止炉膛爆破也应当是我们关注的重点。

十三、技术支持方面

等离子点火技术因其发展成熟较早，已经具有较大规模的冷热态试验台，可以对所有改造的燃烧装置（含入口风粉系统）进行1：

1的冷、热态试验，以减少改造的风险。

等离子点火有200多人的比较成熟的管理和技术队伍：

有较完备的技术开发、设计、生产和调试部门。

气化微油点火技术的厂家多达十几家，但是没有一家具有比较完备的实验手段，具有较为完备的技术支持队伍。

目前来看，即使是比较具有实力的公司也很难具有大规模推广的开发、设计和调试能力。

十四、经济性比较

等离子和气化微油点火经济的性比较，主要从初投资与运行和维护成本、节约费用等方面进行分析与比较。

为了便于比较，全部按燃用烟煤的600MW机组锅炉进行对比。

等离子或气化微油燃烧器改造一般布置在下数第一层或第二层原主燃烧器位置，将该下层燃烧器一部份或全部改造为等离子燃烧器，600MW以下的锅炉，一般每台炉改2～6台燃烧器，800MW以上锅炉一般改8台燃烧器。

目前一台炉改四个等离子燃烧器的的最新价格约300万元左右，若采用气化微油点火技术与等离子系统功能相当的话（加装暖风器、图像火检等），成本约150万元左右。

1、新建机组费用

（1）运行费用

对于燃用神华煤等易燃煤种的电厂，目前使用等离子点火启动过程中，很多电厂可以做到100％节油，而使用气化微油点火技术节油率也可以达到90％以上。

两种技术的低负荷稳燃能力都比较强，尽管在一些故障情况下仍需投入油枪，但节油效果依然非常明显。

1）两种技术在基建期间节省的费用

①等离子点火

新建机组在试运期间要经过锅炉吹管、整定安全阀、汽机冲转、机组并网、电气试验、锅炉洗硅运行、机组带大负荷运行等许多阶段，随着机组整体设计、制造、安装和调试水平的提高，燃油调试用油也逐年下降，国电公司规定新建机组调试期间用油为4500-6000吨。

基建调试过程中等离子基本可以做到100％的节油率。

现按照每台机组节约燃油5000吨进行经济效益分析。

按常规方法试运所需燃油耗费计算：

燃油消耗：

5000吨

燃油价格：

7000元/吨（#0柴油目前市价）

燃油耗费：

5000×

7000=3500万元

原煤耗费:

燃油的低位发热量为41.8MJ/kg，神华煤低位发热量20.9MJ/kg（5000kcal/kg），原煤价格为460元/吨（现行神华煤价格），按发热量相等的原则：

神华煤发热量：

20.9MJ/kg

原煤消耗：

5000×

41.8／20.9＝10000吨

所需的原煤费用为：

10000×

460＝460万元。

制粉单耗：

20kWh/t；

等离子燃烧器耗电：

电价格为0.4元/kWh

耗电费用：

（20+20）×

0.4=16万元

燃煤的总成本为460＋16＝476万元

节省费用：

3500－300－476＝2724万元

②气化微油点火技术

气化微油点火技术燃油神华煤的节油率在90％以上，建设期用油可降低到500吨。

燃油费用为：

500×

7000=350万元

原煤消耗:

4500×

41.8／20.9=9000吨

煤费用为：

9000×

460=414万元

20×

0.4=7.2万元

在试运期间就可节省费用：

3500-150-350-414-7.2=2578.8万元

2）机组投产后运行费用

①等离子点火：

每小时耗电量费用：

单只等离子功率为110