1、引言
我国的能源结构中油资源短缺，每年大量依靠进口，耗资上百亿美元。因而，石油已成为影响我国能源和经济安全的战略物资，节约和替代燃料油已成为保证国家能源和经济安全的重要措施。据《2000年电力工业统计资料汇编》数字表明，2000年电力系统燃用燃料油1217.2万吨。每年电站锅炉（不包括其他工业锅炉）点火、稳燃和新机组调试用油，约在300万吨左右，耗资近百亿元，是我国用油大户。近期大容量、超临界参数机组建设的增长迅速，启停及调试用油更将会增加。“煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术”可以直接点燃煤粉代替燃油，且使用安全、经济、可靠。本工程为坑口电站，燃料为劣质烟煤，设备为2×600MW亚临界机组。如在两台机组上采用等离子点火技术，不仅可以在机组启动调试过程中，以及正式投产后的启停和日常运行中节省大量的燃油，为电厂带来巨大的经济效益，而且可以利用现今机组的设计阶段，经过全面分析和论证，提出相应的解决方案，从而逐步实现无燃油电厂的目标。本文对锅炉采用等离子点火技术实现无燃油电厂所面临的问题一一加以分析，并提出了相应的解决方案，富通新能源生产销售
生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧
木屑颗�；�、
秸秆颗�；�、
秸秆压块机压制的生物质颗粒燃料。
2、设备概况
本工程装设两台600MW亚临界参数、控制循环
汽包锅炉。锅炉为单炉膛Ⅱ型布置、一次中间再热、平衡通风、全钢架悬吊结构、紧身封闭布置、固态排渣，锅炉设计煤种和校核煤种为铁法矿劣质烟煤。锅炉采用四角切圆燃烧方式，过热蒸汽温度采用二级喷水调节，再热蒸汽调温方式采用摆动燃烧器调温。配6台MPS245型中速磨煤机，采用5+1运行方式。
锅炉采用四角切圆燃烧方式，煤粉燃烧器共24只分6层布置。制粉系统采用中速磨煤机冷一次风正压直吹式送粉系统。磨煤机在锅炉Om的布置方式为炉前一排布置。一台炉设6台MPS245中速磨煤机，单台出力87.46t/h。在燃用设计煤种和校核煤种，煤粉细度R90=18%。
3、应用等离子点火技术的关键问题
3.1等离子点火用燃烧器的布置
等离子发生器需要安装在煤粉燃烧器中才能构成等离子点火器以点燃煤粉，这就使得在系统设计最初，必须首先确定用于安装等离子发生器的煤粉燃烧器的布置。该项目锅炉采用等离子点火技术所需煤粉燃烧器的布置可采用利用原设计的煤粉燃烧器实现等离子点火的方案。该方案对原设计煤粉燃烧器进行适当改造，并加装等离子发生器，以形成等离子点火燃烧器。该方案由于利用原有煤粉燃烧器，所以不需要增加一次风分支管道及其配套系统，也不需要对炉墙进行改造，这使得系统简单，投资费用相对较低。
3.2安装几层等离子燃烧器
至今各电厂已经应用的等离子点火系统都为单台锅炉配备1层等离子燃烧器，当等离子燃烧器对应的磨煤机、等离子辅助系统等发生故障，无法采用等离子点火进行锅炉启动时，则采用锅炉原有的点火油枪进行点火启动。这种系统配置对于以节油为最终目的的电厂来说是完全满足要求的。
该项目安装等离子点火系统的最终目标是实现无燃油电厂，目标不同，对系统的要求也就完全不同。实现无燃油电厂要求必须实现等离子点火系统达到100%的可投入率，而由于等离子点火不仅自身系统复杂，包括等离子发生器、压缩空气系统、冷却水系统、热风加热系统等辅助系统，而且还受到磨煤机等多种锅炉设备状况的影响，如果在需要锅炉点火启动或低负荷稳燃时，等离子燃烧器对应的磨煤机由于故障无法投入，将直接导致离子点火系统无法运行。因此仅仅安装1层等离子燃烧器根本无法满足最终实现无燃油电厂目的的要求。
由于2台磨煤机同时出现故障的几率很低，因此如果安装2层等离子燃烧器，则2层等离子燃烧器（以及各自对应的磨煤机）互为备用，这将大大提高等离子点火系统的可投入率，从而保证等离子点火系统可以随时投入，达到无燃油电厂的要求。而为降低等离子燃烧器对锅炉正常运行时主燃烧区域的影响，等离子燃烧器应布置在最下面2层一次风喷口上。
因此本项目应安装2层等离子点火燃烧器，且布置在最下层A、B(或E、F) -次风喷口上。
3.3等离子点火必须满足锅炉对升温速度的要求
根据其它亚临界600MW机组锅炉的相关经验，锅炉冷态启动必须满足如下要求：
(1)要求锅炉初始燃烧率不得超过5%;
(2)锅炉启动中炉水的温升率≤1.5℃/min;
(3)炉膛出口烟温在汽轮机冲动并网前不得超过538℃。
因此，为了使锅炉在等离子点火启动时满足升温速度的要求，必须控制等离子燃烧器对应磨煤机的初始投入功率。
经计算，对于该项目锅炉来说，设计煤质下额定工况的燃料量为365t/h，如按锅炉等离子点火启动状态下煤粉的燃烧效率为85%计算，5%的燃烧率相当于投入2lt/h的设计煤质，而MPS245磨煤机的设计最低出力为21.9t/h，基本满足初始燃烧率的要求。而当启动磨煤机的出力增加到45t/h时，适当降低该磨煤机出力后启动临近的第二台磨煤机，即可实现热负荷的平稳过渡，满足锅炉对升温速度的要求。
3.4冷态启动时煤粉的来源
为等离子燃烧器提供满足细度、浓度和湿度要求的煤粉是锅炉实现冷态等离子点火启动的必要条件。中间储仓式系统的煤粉来源，可通过螺旋输粉机由邻炉提供，而直吹式制粉系统则无法利用上述方法。对于该项目锅炉，可采用利用原设计的磨煤机制备等离子点火所需煤粉的方案。这一方案的优点是对设备改动小，系统简单，投资少，设备运行简便。
3.5等离子燃烧器能否点燃浓度和风速在一定范围内波动的一次风粉混合物
根据磨煤机厂家提供的MPS245型磨煤机在设计煤种下的数据，磨煤机最低出力时煤粉浓度为0.22kg/kg，在45t/h出力时煤粉浓度为0.44kg/kg，在9lt/h出力时煤粉浓度达0.68kg/kg。因此考虑到正常的煤质波动，要想成功实现锅炉的等离子点火启动，必须使等离子燃烧器能够点燃煤粉浓度在0.22～0.44kg/kg之间的一次风粉混合物，并采用相对应的一次风速。
为此，项目组进行了1：1的试验台试验。各试验工况煤粉浓度及一次风速见表2。其中工况3和工况4是接近实际运行时21.9t/h和45t/h的工况，用来观察是否满足正常点火要求，而工况2为低浓度、高风速工况，对等离子点火要求来说是最为恶劣的极限工况，而工况5也是条件比较苛刻的工况，这2个工况是用来考察等离子燃烧器的适应能力，其它2个工况介于设计工况和极限工况之间。试验采用设计煤质和校核煤质II制成煤粉分别进行，共进行了12个工况试验。
通过对12个工况的试验观察发现，所有工况下煤粉都可以被立即点燃，且火焰明亮，没有成股的煤粉流出现，燃烧比较充分。图1～图4为燃用较差煤质时工况3、4、2、5的点火试验照片。从照片中可以看出，虽然工况2和工况5较工况3和工况4条件恶劣，但实际试验情况仍然很好，与工况3和工况4比较接近。
通过试验台试验可以看出，等离子燃烧器完全能够点燃浓度和风速在一定范围内波动的一次风粉混合物。
3.6热风的来源
采用原设计的磨煤机为等离子燃烧器供粉的一个主要问题是冷态启动磨煤机制粉过程中所需热风的来源。为了提供冷态启动磨煤机所需热风，该项目可采用蒸汽加热系统进行热风的加热，汽源可选择汽机四段抽汽（蒸汽参数为0.8282MPa，335.7℃）。蒸汽加热器布置在A (F)磨煤机入口主风道上，并在A(F)磨煤机和B(E)磨煤机之间设立联络风道，当A (F)磨不具备启动条件时，可以通过联络风道为B(E)磨煤机提供启动热风，反之亦然。这种设计防止了等离子点火系统因无热风来源而无法投入的发生，从而进一步提高了等离子点火系统的可投入率。
3.7是否立即完全取消锅炉燃油系统
如果等离子点火系统可以完全确保随时实现锅炉的冷态等离子点火启动，则可以考虑立即完全取消锅炉燃油系统。这不仅仅可以在投产后即实现无燃油电厂的目标，而且可以节省大量的基建资金。
汕头发电厂二期工程1×600MW机组从初次点火到168小时试验结束（包括98次吹管），除了油系统试验外，未燃用1滴燃油用于锅炉点火，为电厂节约燃油5600多吨，节约费用达1704万元。浙江国华宁海发电有限公司新建4×600MW燃煤机组，2号炉吹管194次，用煤2200多吨，等离子运行时间约110小时，期间只是在更换阴极头时燃用几分钟燃油，整个调试期间只燃用了约24吨燃油。
但在本项目实施该方案仍然存在较大风险。虽然2层等离子燃烧器可以保证点火系统的可投入率，但是实际运行时煤质的波动将直接影响到等离子点火的效果。虽然等离子燃烧器的设计已经考虑到了设计煤质和校核煤质，但是从试验台试验的结果也看出，校核煤质燃烧状况比设计煤质要差。现今，电厂实际燃用煤质偏离设计煤质是普遍现象，而如果偏离较大，超出校核煤质范围，则等离子点火的效果必将变坏，是否可以成功实现等离子无油点火启动将无法预测。
另外，等离子点火启动是一个较为复杂的过程，涉及的系统和设备较多，与传统的油枪点火有较大的区别，对运行人员的要求较高。而该工程2×600MW机组为新建机组，运行人员没有等离子点火系统操作经验，因此即使煤质和设备完全满足要求，运行人员的操作不当也将造成等离子点火启动的失败。
因此，立即完全取消锅炉燃油系统的方案风险极大，是不可行的。
但是，随着运行人员操作水平的提高，以及电厂长时间对煤质的统计检测，可以采用逐步取消锅炉燃油系统，最终实现无燃油电厂的方案。
首先在设计阶段简化锅炉燃油系统。根据国内同类型机组运行的实际经验及设计部门的经验，600MW机组锅炉油燃烧器的总输入热量可以由一般的设计值30%BMCR降至15%BMCR。因此，锅炉厂已出具设计变更单，“认为油燃烧器的总输入热由原30%BMCR改为15%BMCR是可行的，能满足锅炉启动要求”，并根据该变更降低单支点火油枪的出力。另外据统计，600MW同类型机组单次点火启动所需燃油量一般不会超过100吨，因此可以缩小储油罐大小，由原设计的2个1500m3的储油罐改为2个500m3的储油罐(储油量约650t)，也完全可以满足油枪点火锅炉启动的要求。
其次，在机组正式投产以后，可以根据实际运行情况进一步缩小燃油储量，直到最后取消燃油的固定存储，改为方便灵活的油罐车移动存储方式，进一步简化锅炉燃油系统。
最后，随着运行经验的增加，根据较长时间的等离子点火运行总结，最终完全取消锅炉燃油系统，实现无燃油电厂的目标。
该方案与立即取消燃油系统的方案相比，风险大大降低，更加切实可行。因此，建议采用分阶段简化燃油系统，直至最终取消燃油系统，实现无燃油电厂目标的方案。
3.8等离子点火电源的设置
等离子点火电源按每台炉一套设置，两台炉共设两套，各自连接到本炉的最下层等离子燃烧器上。同时，一号炉的电源通过切换开关连接到二号炉的第二层燃烧器；二号炉的电源通过切换开关连接到一号炉的上层燃烧器。每台炉的等离子电源分别取自各自对应的厂用电系统，两炉等离子电源分别取自I、II母线段，同时，I段母线设置切换柜与二号炉等离子电源连接；II段母线设置切换柜与一号炉等离子电源连接，从而实现一次电源互备。这样就能保证每台炉两层等离子燃烧器中任何一层都能随时投入。
4、效益分析
根据电力部最新颁布的试运导则中的规定，600MW机组试运期间燃油消耗的标准定量为9000吨。而近年来，随着设计、安装和调试水平的提高，在此期间的燃油量已大大降低，一般不高于2500吨。如果在机组试运初期投入等离子煤粉点火系统实现无燃油启动，将产生巨大的经济效益。
经计算，两台机组采用等离子点火技术后，试运行期间可以节省费用达647.4万元。另外，锅炉机组正常运行后，两台机组等离子点火系统每年还可为电厂节省费用300万元以上。
按照常规的试运方法，机组在试运期间要长期低负荷运行，此期间锅炉纯烧油或油煤混烧，为避免未燃尽的油滴粘污电极，锅炉电除尘器无法正常投入，大量烟尘直接排放到大气中，给环境带来严重的污染，同时烟气中的粉尘会对锅炉引风机叶片造成磨损，这些均给电厂带来间接的经济损失。在机组试运期间投入等离子煤粉点火系统，电除尘器可以在锅炉启动及低负荷期间正常投入，大大减少粉尘的排放，避免了环境污染和引风机磨损，给电厂带来显著的社会效益和经济效益。
5、结论
●该工程2×600MW机组锅炉采用等离子点火技术是可行的。
●安装等离子点火系统后，2台机组试运行期间可以节省费用达647.4万元，机组正式投产运行后，两台机组等离子点火系统每年还可为电厂节省费用300万元以上。
●可以采用根据运行的实际情况分阶段简化燃油系统的方案，直至最终完全取消锅炉燃油系统，实现无燃油电厂的目标。
相关生物质锅炉颗粒机产品：
1、
生物质壁炉
2、
秸秆颗�；�
3、
木屑颗�；�
