摘 要 本文通过等离子点火过程中影响燃料稳定燃烧特性不利因素从设计、燃烧调整方面对产生炉膛燃料爆燃、二次燃烧可能性进行了定性分析，提出等离子点火系统替代燃油设计采用独立的点火原煤提高点火过程安全性。
关键词 煤质适应性；点火燃烧率；点火爆燃性
中图分类号TM2文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）57-0172-02
0引言
等离子点火及稳燃技术是一项煤粉锅炉点火及稳燃过程中以煤代油的新技术，经过近几年的不断改进和应用技术已趋于成熟，已配套于国产各大炉型，省内三大系列烟煤（华亭、哈密、靖远、窑街），不同种内型中速磨煤机及中储式制粉系统，完成机组不同状态启动应用，从目前电站的应用中等离子无油点火系统已基本替代了锅炉燃油点火的主导作用。
1 等离子点火煤粉燃烧器工作原理
等离子点火装置是利用直流电流在一定介质气压的条件下接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的定向流动空气等离子体。等离子发生器是以压缩空气作为等离子的载体，用直流接触引弧的方法，生成功率达50kW~200kW的空气等离子体，其能流密度高达105W/cm2~106W/cm2，同时利用机械、电磁复合压缩的方法制造等离子体射流，将该射流等离子体输送至需要进行点火的部位，由于高温等离子体能量有限不可能点燃无限的煤粉量为了克服点火能量与实际应用中磨煤机最低煤粉量及媒质的多变性的匹配，引用了多级送粉燃烧技术。
等离子燃烧器采用内燃方式，为三级送粉，由等离子发生器、风粉管、外套管、喷口、浓淡块、主燃烧器等组成。在一级燃烧室内点燃少量煤粉，随火焰的传播和二次风的补给引燃剩余煤粉，逐级燃烧，完成持续稳定的点火和稳燃。
2 等离子发生器功率的煤粉点火能量及煤种适应性设计
从点火燃烧理论分析，一定量的煤粉气流进入等离子体后，被点燃的煤粉首先是挥发分的着火，进而使碳着火燃烧。也只有碳着火燃烧后，才可能形成稳定的燃烧。等离子发生器功率的大小是等离子点火装置中很主要的参数，从设计的角度，在50kW~200kW的功率范围内，电源最大消耗功率250kVA，电流工作范围200A~375A，电压工作范围250V~400V，等离子发生器电源460VDC。单支发生器200kW功率相当于约18kg/h轻柴油的热功率，煤粉着火能量约是主燃烧器热功率的1.5%左右， 但由于等离子体温度高；有热冲击作用和电离反应；煤粉中挥发分析出快；提高了等离子体点火性能。从等离子系统设计中提高煤种适应性主要途径有两个方面：一是发生器点火功率的提高；二是分级燃烧器着火能量的提高（等离子燃烧器设计）。
目前煤质对等离子点火适应性，主要表现在煤质的发热量、原煤水份、原煤挥发份，对等离子点火系统设计中等离子发生器、燃烧器、暖风器的设计。在实际运行中50kW~100kW功率等离子点火系统的应用情况看，电站设计煤种范围内（Qnet.ar:>19MJ/kg,Wt:<13%,Vdaf:>34%），可满足对点火能量的要求，由于等离子燃烧器的设计对煤种有针对性，应避免选择煤质中（Qnet.ar,Wt,Vdaf）偏离设计煤种变化较大的原煤作为等离子点火用煤。在制吹式制粉系统中等离子点火过程中给煤量的限制有3个方面：1）等离子点火能量；2）磨煤机最小出力；3）锅炉升温升压曲线，从点火安全性考虑直吹式系统易采用独立的点火原煤。由于等离子发生器在50kW~100kW连续可调的功率范围内，等离子体的形状基本固定。
3 等离子点火燃烧器燃烧率
炉膛温度水平的建立是等离子点火装置燃烧率变化的前提。在锅炉冷态工况下投运等离子点火装置，从点火初期炉膛温度水平100℃提高到400℃，在通常的点火煤量下需要3h~4h，当炉膛出口烟气温度大于400℃时，炉膛火焰充满度，火焰中心逐渐明亮度，燃烧器喷口火焰稳定，煤粉燃烧较好。这时等离子点火燃烧率逐步提高到较高的水平85%以上。等离子燃烧器在锅炉点火初期，一次风管道煤粉浓度变化较好的适用范围：煤粉浓度0.31kg/kg~0.38kg/kg。等离子冷态点火过程煤粉的燃烧率的变化以点火后3h~4h为分界点：煤粉粒径中分布越是趋于一致，而且平均粒径越小，炉膛温度水平越高，煤质中挥发份越大，煤粉燃烧率越高。
4 点火过程煤粉爆燃性
锅炉等离子点火过程中炉膛内部煤粉积存易引起爆燃，爆燃使烟气容积突然增大，炉膛来不及排出这部分烟气容积而使炉膛压力突升，通常等离子点火炉膛压力的变化小于0.5kPa，当爆燃造成炉压保护动作（大于2.5kPa）时，炉膛的尖峰压力通常大于4kPa，甚至更高。在煤粉爆燃浓度方面分析，磨煤机初始出力15t/h左右（250kg/min=4.17kg/s），初步估算，假定120s之内煤粉没有点燃，而进入炉膛的煤粉没能被引风机排出。由于炉膛容积为8156m3，此时按全炉膛可燃混合物积存容积的炉膛内煤粉浓度为（120×4.17）/8156=0.061。即使将炉膛有效容积按炉膛容积的一半可燃混合物积存容积计算，炉膛内煤粉浓度为0.122，即使将炉膛有效容积按炉膛容积的1/3可燃混合物积存容积计算，炉膛内煤粉浓度为0.18，当炉膛煤粉空气混合物的浓度在0.3kg/m3~0.6kg/m3，（烟煤），我们称其浓度为易发生爆燃浓度；安全的煤粉浓度为0.1kg/m3~0.2 kg/m3，炉膛负压、点火煤量、点火成功时间、炉膛温度水平是构成煤粉爆炸的主要因素。假定爆燃过程是定容绝热过程，我们可以根据以下公式：
p1：炉膛出压，p2：炉膛爆燃后压力，QT：原煤发热量，T1：炉膛温度，Cv：炉内介质定容比热。可估算爆燃之后的炉膛压力。
5 结论
烟煤性燃烧器对省内主要煤种点火试验，着火性能较好，DLZ-200系列功率发生器完全可满足锅炉启动点火要求，但考虑到电站煤质的多变性及锅冷态点火和低负荷稳燃的可靠性，等离子点火系统采用相对独立的原煤或相对稳定可靠煤源。
煤粉在炉膛的爆燃性，依靠FSSS逻辑设计及图象火检是完全可控，锅炉低负荷稳燃作用可完全替代燃油；对煤粉的助燃作用相对燃油弱，其前提是等离子点火燃烧稳定，间接稳定因素炉内燃烧工况稳定 ，而燃油稳燃具有直接性且有燃料的替代作用，稳定燃烧作用较等离子可靠性较高。
参考文献
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[2]黄少鹗，等.国外电站锅炉运用煤粉无油点火燃烧系统的技术特点，2005，3.