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摘要：针对国电费县电厂采用的烟台龙源等离子点火装置，通过书面理论研究和现场安装、调试、运行实践相结合的方式，分析了等离子点火装置的原理及构造，研究了等离子点火装置在实际应用中的启动、停运过程及故障分析处理方法，并对此技术在节能降耗方面的优势进行了讨论，为以后火电机组等离子点火装置的安装、调试、运行、维护提供一个可以借鉴的范例。
关键词：等离子；节能降耗；发展趋势；范例
1 绪 论
1.1 本课题的研究背景及意义
近年来，石油短缺正成为制约我国经济和社会发展的主要瓶颈。按照科学发展观和建设节约型社会的要求，节约用油已经成为各行业紧迫和长期的任务。从我国石油供需情况看，工业用油约占石油消费量的一半，其中燃料油占工业用油的35%左右。因此，解决好发电企业燃料油的节约和替代，是缓解我国石油消费过快增长的有效途径之一。
据了解，以往火电厂发电机组启动点火都是采用燃烧柴油或重油的方法。1台60万千瓦机组，调试启动一次就要消耗燃油6000-8000吨。而等离子点火技术可以直接采用煤粉点火，不仅节约了极其宝贵的石油资源，而且由于煤炭与石油的价差，还可以为电厂节约80-90%的点火成本。
目前该技术已经处于大规模商用水平。有关专家指出，我国目前装机容量5亿千瓦，其中70%是火电。如果现有火电机组全部改造为等离子点火，每年可以节约燃油600万吨以上，可以为电厂节约发电成本300亿元，等于为国家节约了一座中型油田的原油。
为解决我国电力企业能耗较高、工业用电利用效率偏低的问题，提升电力行业节能潜力，按照节能中长期规划，我国将推广应用等离子微油点火技术，整体提高我国电力工业的资源利用效率。
1.2 本课题的主要研究内容及其研究方法
等离子点火及稳燃技术是通过电离空气迅速点燃煤粉，在等离子燃烧器内着火后喷入炉膛，从而代替油枪实现锅炉点火和稳燃。
费县电厂660MW锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进英国三井巴布科克能源公司技术生产的超临界参数变压运行燃煤直流锅炉，锅炉型号为HG1913/25.4/571/569—YM3，采用П型布置，螺旋水冷壁、单炉膛、低Nox轴向旋流燃烧器，前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。
燃烧系统配有30只低Nox轴向旋流煤粉燃烧器，分三层前、后墙对冲布置。为了降低锅炉启动及低负荷助燃用油，锅炉前墙下层B制粉系统使用了烟台龙源电力技术有限公司开发研制的等离子煤粉点火及稳燃系统，同时用作点火燃烧器和主燃烧器。
本文将以烟台龙源电力技术股份有限公司生产的等离子点火装置在费县电厂660MW锅炉的安装、调试、试运行过程为依据，对等离子技术在火电厂中的实际应用情况进行分析研究。
2 等离子点火装置的原理及组成
2.1 等离子点火机理
该装置利用直流电流（大于200A）在介质气压大于0.1Mpa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，由于反应是在气向中进行，使混合物组分的粒级发生了变化。因而使煤粉的燃烧速度加快，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量，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，这对于点燃贫煤强化燃烧有特别的意义。
2.2 等离子发生器工作原理
图2-1 等离子发生器工作原理图
该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。其发火原理为：首先设定输出电流，当阴极3前进同阳极2接触后，整个系统具有抗短路的能力且电流恒定不变，当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。具有0.15Mpa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。
2.3 等離子燃烧机理
根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我们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。
点火燃烧器的性能决定了整个燃烧器运行的成败，在设计上该燃烧器出力约为500 ～ 800kg/h，其喷口温度不低于1200℃。另外加设了第一级气膜冷却技术避免了煤粉的贴壁流动及挂焦，同时又解决了燃烧器的烧蚀问题。该区称为第一区。
第二区为混合燃烧区，在该区内一般采用“浓点浓”的原则，环形浓淡燃烧器的应用将淡粉流贴墙而浓粉掺入主点火燃烧器燃烧。这样做的结果既利于混合段的点火，又冷却了混合段的壁面。如果在特大流量条件还可采用多级点火。
第三区为强化燃烧区，在一、二区内挥发分基本燃尽，为提高疏松炭的燃尽率采用提前补氧强化燃烧措施，提前补氧的原因在于提高该区的热焓进而提高喷管的初速达到加大火焰长度提高燃尽度的目的，所采用的气膜冷却技术亦达到了避免结焦的目的。
关键词：等离子；节能降耗；发展趋势；范例
1 绪 论
1.1 本课题的研究背景及意义
近年来，石油短缺正成为制约我国经济和社会发展的主要瓶颈。按照科学发展观和建设节约型社会的要求，节约用油已经成为各行业紧迫和长期的任务。从我国石油供需情况看，工业用油约占石油消费量的一半，其中燃料油占工业用油的35%左右。因此，解决好发电企业燃料油的节约和替代，是缓解我国石油消费过快增长的有效途径之一。
据了解，以往火电厂发电机组启动点火都是采用燃烧柴油或重油的方法。1台60万千瓦机组，调试启动一次就要消耗燃油6000-8000吨。而等离子点火技术可以直接采用煤粉点火，不仅节约了极其宝贵的石油资源，而且由于煤炭与石油的价差，还可以为电厂节约80-90%的点火成本。
目前该技术已经处于大规模商用水平。有关专家指出，我国目前装机容量5亿千瓦，其中70%是火电。如果现有火电机组全部改造为等离子点火，每年可以节约燃油600万吨以上，可以为电厂节约发电成本300亿元，等于为国家节约了一座中型油田的原油。
为解决我国电力企业能耗较高、工业用电利用效率偏低的问题，提升电力行业节能潜力，按照节能中长期规划，我国将推广应用等离子微油点火技术，整体提高我国电力工业的资源利用效率。
1.2 本课题的主要研究内容及其研究方法
等离子点火及稳燃技术是通过电离空气迅速点燃煤粉，在等离子燃烧器内着火后喷入炉膛，从而代替油枪实现锅炉点火和稳燃。
费县电厂660MW锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进英国三井巴布科克能源公司技术生产的超临界参数变压运行燃煤直流锅炉，锅炉型号为HG1913/25.4/571/569—YM3，采用П型布置，螺旋水冷壁、单炉膛、低Nox轴向旋流燃烧器，前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。
燃烧系统配有30只低Nox轴向旋流煤粉燃烧器，分三层前、后墙对冲布置。为了降低锅炉启动及低负荷助燃用油，锅炉前墙下层B制粉系统使用了烟台龙源电力技术有限公司开发研制的等离子煤粉点火及稳燃系统，同时用作点火燃烧器和主燃烧器。
本文将以烟台龙源电力技术股份有限公司生产的等离子点火装置在费县电厂660MW锅炉的安装、调试、试运行过程为依据，对等离子技术在火电厂中的实际应用情况进行分析研究。
2 等离子点火装置的原理及组成
2.1 等离子点火机理
该装置利用直流电流（大于200A）在介质气压大于0.1Mpa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，由于反应是在气向中进行，使混合物组分的粒级发生了变化。因而使煤粉的燃烧速度加快，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量，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，这对于点燃贫煤强化燃烧有特别的意义。
2.2 等离子发生器工作原理
图2-1 等离子发生器工作原理图
该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。其发火原理为：首先设定输出电流，当阴极3前进同阳极2接触后，整个系统具有抗短路的能力且电流恒定不变，当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。具有0.15Mpa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。
2.3 等離子燃烧机理
根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我们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。
点火燃烧器的性能决定了整个燃烧器运行的成败，在设计上该燃烧器出力约为500 ～ 800kg/h，其喷口温度不低于1200℃。另外加设了第一级气膜冷却技术避免了煤粉的贴壁流动及挂焦，同时又解决了燃烧器的烧蚀问题。该区称为第一区。
第二区为混合燃烧区，在该区内一般采用“浓点浓”的原则，环形浓淡燃烧器的应用将淡粉流贴墙而浓粉掺入主点火燃烧器燃烧。这样做的结果既利于混合段的点火，又冷却了混合段的壁面。如果在特大流量条件还可采用多级点火。
第三区为强化燃烧区，在一、二区内挥发分基本燃尽，为提高疏松炭的燃尽率采用提前补氧强化燃烧措施，提前补氧的原因在于提高该区的热焓进而提高喷管的初速达到加大火焰长度提高燃尽度的目的，所采用的气膜冷却技术亦达到了避免结焦的目的。