[科普中国]-锅炉等离子点火技术

锅炉等离子点火技术是依靠等离子发生器发射的高温等离子体射流，直接点燃一次风煤粉，实现冷风点火。

发展背景等离子点火技术的研究始于20世纪70年代美国研制的等离子煤粉点火器。其点火机理：依靠等离子发生器发射的高温等离子体射流，直接点燃一次风煤粉，实现冷风点火。美国的CE、B&W公司和西屋公司都有等离子点火技术成功点燃煤粉的经验，前苏联和澳大利亚也初步掌握了的国内离子直接点燃煤粉技术。我国在80年代也进行了等离子点火的工业试验。 但无论国内外，等离子点火技术都未能进入实质性应用阶段。

烟台龙源技术有限公司总结国内外无油点火技术的经验和教训的基础上，成功解决了等离子点火的关键性问题，开发出了DLZ-200型等离子点火燃烧器。目前，等离子点火及稳燃技术已成功应用于贫煤、烟煤、褐煤锅炉，机组容量等离50MW-1000MW，燃烧方式包括切向燃烧和墙式燃烧。

机理DLZ-200型等离子点火装置是利用直流电流在空气介质气压～0.01MPa的条件下接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在专门设计的燃烧器的中心燃烧筒中形成温度T>5000K的，温度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，使煤粉颗粒破裂粉碎并再造挥发分，从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行，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。 等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2－、H2－、OH－、O－、H+）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。1

等离子发生器及原理DLZ-200型等离子发生器为磁稳，空气载体等离子发生器，它由线圈、阴极、阳极等组成。其中阴极材料采用具有高导电率、高导热、耐氧化的金属材料制成。阳极亦由高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成，它们均采用水冷方式冷却，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。在冷却水及压缩空气满足条件后，电源的电流控制在250－350安培之间，当阴极达到规定的放电间距后，在空气动力和磁场的作用下，装置产生稳定的电弧放电，生成等离子体。

等离子燃烧器及其原理DLZ-200型等离子发生器的功率为50～200kW，该功率的等离子体能直接点燃一定量的煤粉，这些剧烈燃烧的煤粉又要在瞬间点燃其它煤粉，为使燃烧器内顺利完成持续稳定的点火和燃烧过程，同时又要保证内燃式等离子燃烧器不被烧损，为此，发明并采用逐级点火、分级内燃、气膜冷却技术。

为了获得煤粉点火的最佳浓度，根据制粉系统一次风煤粉浓度及现场一次风管道的具体情况，可分别采用叶栅、撞击块或导流板等方式浓缩煤粉，使之达到点燃煤粉的最佳煤粉浓度。按煤质的情况，尽可能使煤粉细度、一次风气流速度和一次风温度也在所要求范围之内，满足条件的一次风粉进入点火区，浓煤粉经过高温的等离子体被点燃，在燃烧器内部燃烧。淡煤粉流经高温套筒的外壁，对其起到冷却的作用，在“环形缩口”的作用下被浓缩，并被已燃烧的火炬点燃。然后进入混合燃烧。完成逐级点火分级燃烧的过程。

等离子燃烧器点火示意图

利用双筒结构将部分煤粉推至燃烧器出口，在炉膛内燃烧。内外筒形成同心双层并联通道。按压差平衡原理必然导致内筒流速降低，有利于着火燃烧，降低飞灰含碳量，并有利于冷却内筒筒壁。 燃烧器的一、二级点火筒为圆形，外筒为方形，与锅炉原主燃烧器的几何尺寸配合，有利于改造后的燃烧器与原主燃烧器出口气流的动量矩保持相近。燃烧器必须耐烧、耐磨，满足运行检修维护的要求。 这样不但提高了燃尽率，简化了结构，降低了阻力，有利于与其它燃烧器之间的阻力匹配；耐磨损的能力也得到提高。等离子技术的设计思想和关键技术 1.稳定、高效的点燃 a、控制等离子所需的气、水、电、风的各项参数保持在合理的范围。 b、煤质，煤粉浓度、煤粉细度、一次风速和温度及湿度、煤粉水分。最关键的为煤质。 2.确保原主燃烧器的基本性能不变。 3.以系统工程的观点来研究等离子点火技术。2

本词条内容贡献者为:

曹慧慧 - 副教授 - 中国矿业大学