等離子體點火

等離子體點火一、發(fā)展歷程二、點火原理三、系統(tǒng)組成四、應(yīng)用要點蘇聯(lián)三大院合作開發(fā)等離子點火（1986~1990）西屋公司某電力研究所合作開發(fā)等離子點火（1986年）我國清華大學(xué)、華中工學(xué)院、哈爾濱鍋爐廠、北京中試所、山東中試所、安徽中試所、武漢鍋爐廠均作了可行性試驗（1983~1986）哈薩克斯坦在寶雞電廠（1995年12月）、新西伯利亞在韶關(guān)電廠進行了等離子點火試驗（1998~2000年）美國C-E、B.W公司開發(fā)等離子點火裝置《世界能源》、1982~1983澳大利亞太平洋公司研制了功率為50KW、采用N2為載體的等離子點火裝置（1994~至今）一、發(fā)展歷程2000年12月，等離子點火技術(shù)在佳木斯發(fā)電廠100MW中儲式制粉系統(tǒng)燃用煙煤的鍋爐中，是我國等離子點火技術(shù)在工程上的首次應(yīng)用。2003年，等離子點火技術(shù)實現(xiàn)首臺褐煤600MW機組的點火，拓展了等離子點火技術(shù)煤種適應(yīng)范圍。2006年，等離子點火技術(shù)成功應(yīng)用于玉環(huán)電1000MW機組，是目前我國最大火電機組應(yīng)用此技術(shù)的典范。一、發(fā)展歷程等離子點火系統(tǒng)的工作原理為：直流電流在一定介質(zhì)氣壓的條件下引弧，可在強磁場控制下獲得穩(wěn)定功率的定向流動空氣等離子體，該等離子體在點火燃燒器中形成T>4000K的梯度極大的局部高溫火核，煤粉顆粒通過等離子火核時，在極短時間內(nèi)使煤粉中的揮發(fā)份迅速解析，煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于反應(yīng)是在氣固兩相混合物中進行，高溫等離子體使混合物發(fā)生了一系列物理和化學(xué)反應(yīng)，進而使煤粉的燃燒速度加快，達到點火并加速煤粉燃燒的目的，大大減少煤粉燃燒所需引燃能量。等離子體中含有大量化學(xué)活性粒子，如原子(C、H、O)、原子團(OH、H2、O2)、離子(O2-、H2-、OH-、O-、H+)和電子等,它們可加速熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，促進燃料完全燃燒。由于高溫等離子體對于煤粉具有揮發(fā)份再造作用，使揮發(fā)份可比通常情況提高20%~80%。等離子發(fā)生器是等離子點火系統(tǒng)的核心部件之一，它的作用是維持給定功率的電弧,并使之穩(wěn)定可靠。它由以下三個部件組成:穩(wěn)弧線圈、陰極、陽級。在一定輸出電流條件下,當陰極前進同陽極接觸后，系統(tǒng)處于短路狀態(tài)，當陰極緩緩離開陽極時產(chǎn)生電弧，電弧在線圈磁場的作用下被拉出噴管外部，壓縮空氣在電弧作用下,被電離為高溫等離子體，進入燃燒器點燃煤粉。二、點火原理二、點火原理由于高溫等離子體有限的能量不可能直接點燃無限的煤粉量，且風(fēng)速也很難相匹配?。∪绾谓M織燃燒？？二、點火原理燃燒器采用逐級點火、放大燃燒結(jié)構(gòu)

首先使得煤粉在中心筒中穩(wěn)定著火燃燒，然后在中心筒出口形成穩(wěn)定的二級煤粉點火源，逐級放大燃燒，從而完成一個持續(xù)、穩(wěn)定的點燃和燃燒過程。第一區(qū)由于燃燒器屬于內(nèi)燃型燃燒器，壁面要承受巨大的高溫，故采用氣膜冷卻技術(shù)。一方面避免了火焰直接接觸壁面，起到冷卻和保護壁面的作用；另一方面也避免了煤粉的貼壁流動和掛焦第二區(qū)混合燃燒區(qū)，一般采用“濃點濃”的燃燒原則，將淡粉流貼墻而濃粉引入主點火燃燒器燃燒。這樣，一方面冷卻了混合段的壁面溫度，另一方面又有利于混合段的點火第三區(qū)強化燃燒區(qū)，在第1、2區(qū)揮發(fā)分基本燃盡，在該區(qū)采用提前補氧的強化燃燒方法用以提高疏松碳的燃盡率第四區(qū)燃盡區(qū)，火焰的長度決定了疏松碳的燃盡率。燃盡率隨著煙溫的升高而增大。二、點火原理基于等離子點火燃燒器的燃燒特性和運行性能決定了整個鍋爐燃燒器運行的成敗與否，在原始增設(shè)了一級應(yīng)用空氣氣膜來冷卻燃燒器噴口的冷卻技術(shù)，這樣可以避免風(fēng)粉混合氣流對爐膛的貼壁流動和掛焦效應(yīng)。同時又有效解決了燃燒器的燒蝕和破損問題“燃燒理論上稱該區(qū)為第一區(qū)”“之后的第二區(qū)叫做混合燃燒區(qū)。現(xiàn)代等離子燃燒技術(shù)在該區(qū)域內(nèi)一般采用所謂的”濃點濃”原則。也就是說環(huán)形濃淡燃燒器的應(yīng)用將淡粉氣流貼墻而濃粉氣流摻入主燃燒器用以燃燒，這樣做的結(jié)果既可有利于風(fēng)粉混合段的點火和燃燒。同時又冷卻了混合區(qū)域的壁面，降低了壁面溫度在超大流量條件下還以可采用多級點火的方式來實現(xiàn)。第三區(qū)被叫做強化燃燒區(qū)域，在第一區(qū)和第二區(qū)內(nèi)揮發(fā)分的燃盡率已經(jīng)接近于零，為了提高疏松炭燃料的燃盡率和鍋爐的燃燒效率。還需要采用提前補充氧氣的強化燃燒措施，這樣做的原因是通過提高該區(qū)域的熱焓及熱效應(yīng)系數(shù)，進而可以有效的提高一次風(fēng)噴出噴嘴的初始氣流速度以利于達到加大火焰長度提高燃燒效率和燃料燃盡率的目的。空氣氣膜冷卻技術(shù)亦可達到避免燃燒器結(jié)焦和鍋爐爐膛掛焦的目的最后一個區(qū)域第四區(qū)稱為燃盡區(qū)，煤粉顆粒的疏松碳燃盡率如何,很大程度上決定于煤粉氣流被點燃形成的火焰長度和傳播速度隨著煙氣溫度逐漸升高，煤粉顆粒的燃盡率和燃燒效率定會逐漸擴大。二、點火原理三、系統(tǒng)組成1、等離子發(fā)生裝置產(chǎn)生輸出電功率大約為0.05~0.15MW的空氣等離子流束2.直流電源控制柜用于將三相0.38KV交流電整流成直流電,用于引發(fā)等離子電?。?、控制系統(tǒng)由PLC，CRT顯示器以及數(shù)據(jù)通訊接口和總線組成4、點火器與發(fā)生器共同使用,目的在于點燃煤粉、燃燒風(fēng)粉混合物5、輔助系統(tǒng)由空氣供給系統(tǒng)、等離子冷卻水系統(tǒng)組成6、冷爐制粉系統(tǒng)鍋爐采用中速磨煤機直吹式制粉系統(tǒng),在安裝等離子點火系統(tǒng)時所需要考慮的是當鍋爐冷態(tài)啟動點火時,制粉系統(tǒng)是否具備啟動的條件,是否能夠磨制出煤粉細度合格的煤粉顆粒7、圖像火檢系統(tǒng)了能夠有效監(jiān)控等離子點火系統(tǒng)的運行狀況和燃燒的火焰分布情況以及其它系統(tǒng)的狀況,以方便運行工作人員調(diào)整燃料!風(fēng)等工質(zhì)的參數(shù)三、系統(tǒng)組成(1)確保點火過程安全可靠。其系統(tǒng)設(shè)計在啟動過程中必須確保啟動過程的安全可靠，即穩(wěn)定安全地著火，不二次燃燒、不爆燃，投入功率需滿足點火啟動曲線的需求；在正常運行過程中不影響主燃燒器的主要性能，不影響整體燃燒組織結(jié)構(gòu)、不結(jié)渣、不超溫，需滿足檢修周期的要求；(2)滿足機組滑停及低負荷穩(wěn)燃的要求；(3)在滿足等離子點火的條件下，從設(shè)計的角度確保各項改造對鍋爐的性能影響達到最小的原則；(4)在滿足等離子點火的條件下，各部分系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)最大限度地采用電廠機組的原有資源，盡可能減少對原配套系統(tǒng)及其設(shè)備的改變，以減少投資、簡化系統(tǒng)、運行維護方便為宗旨，減少對原設(shè)計的影響；(5)應(yīng)充分考慮系統(tǒng)在試運行時調(diào)試的方便；(6)應(yīng)充分考慮其系統(tǒng)運行時可能出現(xiàn)危及機組安全可靠運行的突發(fā)情況，做好事故預(yù)測，并采取對應(yīng)的防范措施；(7)便于調(diào)整試運，便于運行操作、調(diào)整和監(jiān)視；(8)系統(tǒng)設(shè)計需做到熱備用。四、應(yīng)用要點（1）經(jīng)濟：采用等離子點火運行和技術(shù)維護費僅是使用重油點火時費用的15%～20%，對于新建電廠，可以節(jié)約上千萬的初投資和試運行費用；（2)環(huán)保：由于點火時不燃用油品，電除塵裝置可以在點火初期投入，因此，減少了點火初期排放大量煙塵對環(huán)境的污染；另外，電廠采用單一燃料后，減少了油品的運輸和儲存環(huán)節(jié)，亦改善了電廠的環(huán)境；（3)高效：等離子體內(nèi)含有大量化學(xué)活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子團（OH、H2、O2）、離子（O2-、H2-、OH-、