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【摘要】本文研究了等离子点火技术的原理，等离子点火技术的燃烧机理，以及锅炉等离子点火系统的组成。然后，针对目前国内锅炉等离子点火存在的问题分析了使用等离子点火时候需要注意的因素。
【关键词】电站；等离子点火；技术；应用
中图分类号：O463+.2 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
目前，国内的等离子点火技术有了很大的发展，其运用的领域也越来越广，与此同时，如何更好的使用等离子点火技术，使得其在电站锅炉中的使用可以更加的科学，已经成为了一个急需解决的问题。因此，本文研究电站锅炉等离子点火技术，旨在为国内使用等离子点火技术提供更好的技术支持。
二、等离子点火技术原理
等离子点火技术的基本原理是以大功率电弧直接点燃煤粉。利用直流电流（大于200A）在介质气压大于0.01MPa的条件下通过阴极和阳极接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体。其连续可调功率范围为50～150kW，中心温度可达6000℃。一次风粉送入等离子点火煤粉燃烧器经浓淡分离后，使浓相煤粉进入等离子火炬中心区，在约0.1s内迅速着火，并为淡相煤粉提供高温热源，使淡相煤粉也迅速着火，最终形成稳定的燃烧火炬。燃烧器壁面采用气膜冷却技术，可冷却燃烧器壁面，防烧损、防结渣，用除盐水对电极及线圈进行冷却。
三、等离子点火的燃烧机理 由于高温等离子体的能量有限,它不可能与无限量的风速及煤粉相匹配,所以等离子燃烧器按多级放大的原理,设计成为四级燃烧区域。实验证明:设计运用多级放大燃烧,可使单个燃烧器的出力由2t/h扩大到10t/h。
等离子拉弧引燃挥发物区称为第一区,该区的引弧点火性能,决定了整个多级燃烧器运行的成败。煤粉首先在中心筒中点燃,根据燃烧器的不同进入中心筒的粉量一般在500～800kg/h之间,这部分煤粉在中心筒中稳定燃烧,并在中心筒的出口处形成稳定的二级煤粉的点火源,依次逐级放大。另外在该区金属壁面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。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壁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。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,提前补氧的作用在于提高该区的热焓进而提高喷管的初速度,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。第四区为燃尽区,为了扩大燃烧器对一次风速的适应范围,等离子燃烧器的最后一级煤粉可不在燃烧室内燃烧而直接进入炉膛,疏松碳的燃尽率决定于火焰的长度,随烟气的温升燃尽率逐渐加大。
四、锅炉等离子点火系统组成
1等离子发生器 这部分主要包括电磁线圈和阴和阳极板，用于产生电功率为50至150 kW的空气等离子体。
2供电系统 这系统将三相380 V交流动力电源经过可控全波整流变为可调电弧电压为250至400 V的直流电源，负载工作电流可在200至375 A范围内调节。在系统改造中分别从本厂4个400 V工作段中取一路电源变送至相应的整流柜，达到合格的直流电送给等离子发生器产出等离子电弧。
3点火燃烧器 点火燃烧器分一级燃烧室及二级燃烧室。等离子引弧装置的阴阳极板装在一级燃烧室内产生高温电弧，通过内置浓淡相将煤粉分离，使浓相煤粉与高温电弧发生强烈的电化学反应，致煤粉裂解，产生大量的挥发分并在高温电弧中被点燃。二级燃烧室放在一级燃烧室之后用于燃烧煤与粉挥发分，并通以二次风，使二级燃烧室冷却，补充炉膛内燃烧所需要的空气。
4控制系统 系统由CRT、PLC、角图像火检、通讯接口及数据总线构成，远程协调控制主机DCS控制系统。西门子S7-300可编程控制器是该系统的主机核心，与各电源柜之间为数据通讯。集控室的操作系统控制界面采用独立的工业液晶显示屏，配有触摸式面板实时显示操作功能，为操作人员提供了简捷的操作方式。
5辅助系统 辅助系统由包括冷却水和压缩空气系统。冷却水系统提供合格的冷却水，用于冷却等离子装置的阴极、阳极及励磁线圈。为保证冷却水质的需要，采用了扩容机组闭式冷却水系统来提供冷却用水。压缩空气系统提供了合格的空气。
五、等离子点火静态调试
1等离子点火器与整流柜控制接口的调试 整流柜控制采用西门子S7-200系列可编程控制器，等离子上位机采用了西门子S7-300系列可编程控制器，两者为同一系列并通过接口模块实现网络连接。设计满足了生产过程控制的需求，调试比较顺利。在网络中进行地址码赋值对调检测，数据交换都正常。
2等离子点火系统与主机热控系统接口的调试 等离子上位机和锅炉BMS系统之间原设计的接口信号有6对，其中BMS系统送给上位机的只有MFT信号。在具体调试中扩充了逻辑功能和通讯接口，进一步确保了锅炉安全稳定运行和方式灵活切换。在机组DCS控制系统中，制粉系统“正常运行模式”和“等离子运行模式”进行逻辑切换，实现了等离子点火稳燃的快捷切换，达到了安全稳燃与高效节能的目的。
六、等离子点火动态调试
1等离子体的空载动态调试 使用冷却水和压缩空气等辅助系统，参数调节到引弧条件，上电发启弧指令，就地观察等离子体阴阳极板间拉弧情况。首次空载试验成功，得到空载引弧参数值为：电流300 A，直流电压300 V。
2离子体带制粉系统的空载调试 放入等离子体，调试制粉系统一次配风，发现即使最大限度投入暖风器系统，入口最高风温也只能达到104℃，达不到设计要求180℃。且暖风器阻力过大，差压达到5.8 kPa，设计要求要小于1.73 kPa。为了解决通风阻力问题，决定拆除暖风器。
3第一次投粉引弧试验调试
投入等离子体引弧，锅炉投油点火提高风温至150摄氏度，启动B层制粉系统，磨入口风量定为45 t/h，给煤量由14 t/h逐渐加到20 t/h。磨出口温度由63℃降到53℃，煤热值为5 000 k，挥发分为20 %，调试25分钟后煤粉仍没有点着。停运系统并检查，发现磨石子煤满，干燥出力不够。
4第二次投粉引弧试验调试 维持一次风温150摄氏度，投入等离子体引弧，启动B层制粉系统，风量先控制在50 t/h，煤量为20 t/h。几分钟后炉膛出口烟温上升，调整风量到55 t/h，再升至65 t/h，炉膛出口烟温从328℃升到520℃。由于炉膛出口烟温过高，汽轮机暖机蒸汽参数适应不了，试投了20 分钟后退出等离子装置和制粉系统运行。
5第三次投粉引弧試验调试 投入等离子体引弧后启动B层制粉系统，控制煤量26 t/h，风量55 t/h，一次风温200℃以上，磨出口温度达70摄氏度。检查等离子装置点着煤粉，控制输出电流为320 A，运行较稳定。后因汽机解列做试验而退出该系统。第二天机组启动，重投该系统，调试煤粉着火正常，测四角一次风速为：24.8/23.2/20.4/23.1m/s，基本均衡。随着加负荷投入相邻制粉系统后，锅炉燃烧也稳定。在机组220 MW高负荷状态下，试投了该系统，引弧着火也正常，退出该系统后发现炉膛燃烧稳定无扰动。
七、采用等离子点火技术需注意的问题等离子点火系统在设计、运行时需注意的问题：
1等离子点火装置在锅炉冷态点火初期投运、直接点燃煤粉，点火装置应进行细致调试方可得到较高得燃烧效率；2等离子发生器用压缩空气的品质应较高，若压缩空气含水、含油，容易导致等离子发生器阳极的污染，引拉弧失败、断弧等情况，影响点火装置的可靠性；
3等离子燃烧器运行中存在电弧熄火的隐患，未燃尽的煤粉将直接喷入炉膛，对炉膛安全造成威胁，设计中应通过热工保护避免上述现象的发生；
八、结束语
通过本文的研究，分析得出的结论是我国电站锅炉使用等离子点火技术的时候仍然存在一些的技术问题，但是，总体上，我国电站锅炉使用等离子点火技术还是取得了很大的成效，在今后，需要进一步的开发等离子点火技术的应用范围。
参考文献
[1] 郭赉佳. 四角切圆超临界直流锅炉等离子点火技术应用[J]. 华东电力,2008，36(2)
[2] 葛伟峰,史珂. 锅炉等离子点火燃烧器的应用及效果分析[J]. 华中电力，2010，23(1)
[3]姚文达，等.电站锅炉微油点火技术现状与发展[J]. 华电技术，2008，30（1）：14-18.
[4]姚少勇，等.锅炉等离子点火与气化微油点火技术的安全性分析[J].河北电力技术， 2008，27（4）：28-30.
【关键词】电站；等离子点火；技术；应用
中图分类号：O463+.2 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
目前，国内的等离子点火技术有了很大的发展，其运用的领域也越来越广，与此同时，如何更好的使用等离子点火技术，使得其在电站锅炉中的使用可以更加的科学，已经成为了一个急需解决的问题。因此，本文研究电站锅炉等离子点火技术，旨在为国内使用等离子点火技术提供更好的技术支持。
二、等离子点火技术原理
等离子点火技术的基本原理是以大功率电弧直接点燃煤粉。利用直流电流（大于200A）在介质气压大于0.01MPa的条件下通过阴极和阳极接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体。其连续可调功率范围为50～150kW，中心温度可达6000℃。一次风粉送入等离子点火煤粉燃烧器经浓淡分离后，使浓相煤粉进入等离子火炬中心区，在约0.1s内迅速着火，并为淡相煤粉提供高温热源，使淡相煤粉也迅速着火，最终形成稳定的燃烧火炬。燃烧器壁面采用气膜冷却技术，可冷却燃烧器壁面，防烧损、防结渣，用除盐水对电极及线圈进行冷却。
三、等离子点火的燃烧机理 由于高温等离子体的能量有限,它不可能与无限量的风速及煤粉相匹配,所以等离子燃烧器按多级放大的原理,设计成为四级燃烧区域。实验证明:设计运用多级放大燃烧,可使单个燃烧器的出力由2t/h扩大到10t/h。
等离子拉弧引燃挥发物区称为第一区,该区的引弧点火性能,决定了整个多级燃烧器运行的成败。煤粉首先在中心筒中点燃,根据燃烧器的不同进入中心筒的粉量一般在500～800kg/h之间,这部分煤粉在中心筒中稳定燃烧,并在中心筒的出口处形成稳定的二级煤粉的点火源,依次逐级放大。另外在该区金属壁面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。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壁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。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,提前补氧的作用在于提高该区的热焓进而提高喷管的初速度,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。第四区为燃尽区,为了扩大燃烧器对一次风速的适应范围,等离子燃烧器的最后一级煤粉可不在燃烧室内燃烧而直接进入炉膛,疏松碳的燃尽率决定于火焰的长度,随烟气的温升燃尽率逐渐加大。
四、锅炉等离子点火系统组成
1等离子发生器 这部分主要包括电磁线圈和阴和阳极板，用于产生电功率为50至150 kW的空气等离子体。
2供电系统 这系统将三相380 V交流动力电源经过可控全波整流变为可调电弧电压为250至400 V的直流电源，负载工作电流可在200至375 A范围内调节。在系统改造中分别从本厂4个400 V工作段中取一路电源变送至相应的整流柜，达到合格的直流电送给等离子发生器产出等离子电弧。
3点火燃烧器 点火燃烧器分一级燃烧室及二级燃烧室。等离子引弧装置的阴阳极板装在一级燃烧室内产生高温电弧，通过内置浓淡相将煤粉分离，使浓相煤粉与高温电弧发生强烈的电化学反应，致煤粉裂解，产生大量的挥发分并在高温电弧中被点燃。二级燃烧室放在一级燃烧室之后用于燃烧煤与粉挥发分，并通以二次风，使二级燃烧室冷却，补充炉膛内燃烧所需要的空气。
4控制系统 系统由CRT、PLC、角图像火检、通讯接口及数据总线构成，远程协调控制主机DCS控制系统。西门子S7-300可编程控制器是该系统的主机核心，与各电源柜之间为数据通讯。集控室的操作系统控制界面采用独立的工业液晶显示屏，配有触摸式面板实时显示操作功能，为操作人员提供了简捷的操作方式。
5辅助系统 辅助系统由包括冷却水和压缩空气系统。冷却水系统提供合格的冷却水，用于冷却等离子装置的阴极、阳极及励磁线圈。为保证冷却水质的需要，采用了扩容机组闭式冷却水系统来提供冷却用水。压缩空气系统提供了合格的空气。
五、等离子点火静态调试
1等离子点火器与整流柜控制接口的调试 整流柜控制采用西门子S7-200系列可编程控制器，等离子上位机采用了西门子S7-300系列可编程控制器，两者为同一系列并通过接口模块实现网络连接。设计满足了生产过程控制的需求，调试比较顺利。在网络中进行地址码赋值对调检测，数据交换都正常。
2等离子点火系统与主机热控系统接口的调试 等离子上位机和锅炉BMS系统之间原设计的接口信号有6对，其中BMS系统送给上位机的只有MFT信号。在具体调试中扩充了逻辑功能和通讯接口，进一步确保了锅炉安全稳定运行和方式灵活切换。在机组DCS控制系统中，制粉系统“正常运行模式”和“等离子运行模式”进行逻辑切换，实现了等离子点火稳燃的快捷切换，达到了安全稳燃与高效节能的目的。
六、等离子点火动态调试
1等离子体的空载动态调试 使用冷却水和压缩空气等辅助系统，参数调节到引弧条件，上电发启弧指令，就地观察等离子体阴阳极板间拉弧情况。首次空载试验成功，得到空载引弧参数值为：电流300 A，直流电压300 V。
2离子体带制粉系统的空载调试 放入等离子体，调试制粉系统一次配风，发现即使最大限度投入暖风器系统，入口最高风温也只能达到104℃，达不到设计要求180℃。且暖风器阻力过大，差压达到5.8 kPa，设计要求要小于1.73 kPa。为了解决通风阻力问题，决定拆除暖风器。
3第一次投粉引弧试验调试
投入等离子体引弧，锅炉投油点火提高风温至150摄氏度，启动B层制粉系统，磨入口风量定为45 t/h，给煤量由14 t/h逐渐加到20 t/h。磨出口温度由63℃降到53℃，煤热值为5 000 k，挥发分为20 %，调试25分钟后煤粉仍没有点着。停运系统并检查，发现磨石子煤满，干燥出力不够。
4第二次投粉引弧试验调试 维持一次风温150摄氏度，投入等离子体引弧，启动B层制粉系统，风量先控制在50 t/h，煤量为20 t/h。几分钟后炉膛出口烟温上升，调整风量到55 t/h，再升至65 t/h，炉膛出口烟温从328℃升到520℃。由于炉膛出口烟温过高，汽轮机暖机蒸汽参数适应不了，试投了20 分钟后退出等离子装置和制粉系统运行。
5第三次投粉引弧試验调试 投入等离子体引弧后启动B层制粉系统，控制煤量26 t/h，风量55 t/h，一次风温200℃以上，磨出口温度达70摄氏度。检查等离子装置点着煤粉，控制输出电流为320 A，运行较稳定。后因汽机解列做试验而退出该系统。第二天机组启动，重投该系统，调试煤粉着火正常，测四角一次风速为：24.8/23.2/20.4/23.1m/s，基本均衡。随着加负荷投入相邻制粉系统后，锅炉燃烧也稳定。在机组220 MW高负荷状态下，试投了该系统，引弧着火也正常，退出该系统后发现炉膛燃烧稳定无扰动。
七、采用等离子点火技术需注意的问题等离子点火系统在设计、运行时需注意的问题：
1等离子点火装置在锅炉冷态点火初期投运、直接点燃煤粉，点火装置应进行细致调试方可得到较高得燃烧效率；2等离子发生器用压缩空气的品质应较高，若压缩空气含水、含油，容易导致等离子发生器阳极的污染，引拉弧失败、断弧等情况，影响点火装置的可靠性；
3等离子燃烧器运行中存在电弧熄火的隐患，未燃尽的煤粉将直接喷入炉膛，对炉膛安全造成威胁，设计中应通过热工保护避免上述现象的发生；
八、结束语
通过本文的研究，分析得出的结论是我国电站锅炉使用等离子点火技术的时候仍然存在一些的技术问题，但是，总体上，我国电站锅炉使用等离子点火技术还是取得了很大的成效，在今后，需要进一步的开发等离子点火技术的应用范围。
参考文献
[1] 郭赉佳. 四角切圆超临界直流锅炉等离子点火技术应用[J]. 华东电力,2008，36(2)
[2] 葛伟峰,史珂. 锅炉等离子点火燃烧器的应用及效果分析[J]. 华中电力，2010，23(1)
[3]姚文达，等.电站锅炉微油点火技术现状与发展[J]. 华电技术，2008，30（1）：14-18.
[4]姚少勇，等.锅炉等离子点火与气化微油点火技术的安全性分析[J].河北电力技术， 2008，27（4）：28-30.