等离子点火技术应用及经济性分析
大型机组等离子点火及稳燃技术的应用
摘要：结合山西省某扩建电厂（2×200 ＭＷ）工程初步设计，对锅炉启动点火、锅炉低负荷助燃的方式进行了探讨和分析，得出了采用等离子点火系统及低负荷稳燃技术节能效果明显的结论。
关键词：等离子点火；稳燃技术；节油节约和替代燃料油，对缓解石油供需矛盾，保障国家经济安全具有重大的战略意义。
国家电力公司制定了节油规划，在规划中明确提出“要加大力度重点抓好等离子点火技术的完善和推广应用，这是火电厂实现大幅度节油的重大技术措施”。
世界上许多国家都在致力于研究等离子点火燃烧器，以期减少火力发电机组的油耗。
目前，等离子点火及稳燃技术已成功应用于近100台电站煤粉锅炉中。
等离子点火在新建机组上应用，节油效果特别明显。
例如内蒙古托克托发电厂600ＭＷ机组投产中采用等离子点火，从首次点火至１号机组“168ｈ满负荷试运”完成，等离子点火装置共累计运行超过540ｈ，各项设备均性能稳定、工作正常，初期投入等离子点火系统时，锅炉燃烧效率达95以上。
由于应用了等离子点火系统，在１号机组试运期间为电厂节约燃油达2000多t。
1 等离子点火技术基本原理1.1 等离子点火机理等离子点火装置是利用直流电流在介质气压0.004 ＭＰａ～0.03 ＭＰａ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1×10－3ｓ内迅速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少点燃煤粉所需要的引燃能量。
等离子体内含有大量化学活性粒子，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。
1.2 等离子点火系统等离子点火系统由等离子燃烧器及其输粉系统，直流供电及控制系统，辅助系统和热工监控系统组成。
锅炉｜电厂锅炉应用等离子点火的技术
锅炉｜电厂锅炉应用等离子点火的技术电力百科第 67 期：点火系统1. 等离子点火系统及原理1.等离子点火系统及原理1.1 等离子点火系统在等离子点火系统当中，主要由等离子发生器、直流电源、点火燃烧器、控制系统等部分组成。
其中，等离子发生器能够对50kW~150kW电功率的空气等离子体进行产生，直流电源能够将三相380V的交流电源整合成直流电源，向发生器供电。
点火燃烧器配合等离子发生器使用，对煤粉进行点燃。
控制系统采用了数据总线、通信接口、CRT、PLC等部分构成，能够实现全数字化自动控制。
系统具有50kW~150kW的输出功率，且连续可调。
压缩空气压力在0.12MPa~0.4MPa，流量在150m3/h以上，且能够保持洁净无油。
冷却水压力在0.3MPa以上，流量在10t/h 以上，t在40℃以下。
1.2 等离子点火原理在等离子点火装置当中，对直流电源进行利用，基于相应的介质气压条件接触引弧，在强磁场控制下，对稳定功率定向流动空气等离子体进行获取，采用磁压缩、机械等方法，向需要点火的位置送入等离子体射流，在点火燃烧器当中，能够达到4000K以上具有极大梯度的局部高温火核，当等离子火核与煤粉颗粒相接触，煤粉颗粒会对挥发物进行迅速释放，劈裂粉碎再造挥发充分，从而被快速点燃。
在等离子发生器当中，采用了阳极、阴极、线圈等部分，在发火原理上，基于相应的输出电流条件，中心阴极和阳极进行接触，系统达到短路的状态，阴极和阳极缓慢分开的过程中，会有电弧产生，在线圈磁场的作用下，将电弧拉出喷管外部。
在电弧的作用下，压缩空气受到电离，产生高温等离子体，从而使煤粉产生了被点燃的可能性。
在设计过程中，采用进退执行机构控制点火装置的阴极，同时控制电弧电功率。
此外，还利用相同的计算机控制系统，监视冷却水、冷却风等。
2. 等离子点火技术的实际应用2.1 技术改造在电厂锅炉对等离子点火技术的应用中，对老机进行技术改造是一项重要的内容。
等离子点火系统
06
等离子点火系统应用前景与挑战
在不同领域的应用前景
航空航天领域
用于火箭发动机和航空发动机的点火系统， 提高发动机的可靠性和性能。
能源领域
应用于燃气轮机、锅炉等设备的点火系统， 提高能源利用效率和环保性能。
交通运输领域
用于汽车、船舶等交通工具的点火系统，提 高燃烧效率和动力性能。
工业领域
应用于工业燃烧设备的点火系统，如冶金、 化工、陶瓷等行业的燃烧器。
维护成本低
经济效益显著
通过提高燃烧效率、降低污染物排放 和减少能耗等措施，等离子点火系统 可为企业带来显著的经济效益和环境 效益。
系统结构简单，维护方便，可降低维 护成本和停机时间。
04
等离子点火系统设计及优化
设计原则与方法
安全性原则
确保系统在各种工作条件下都 能安全稳定运行，防止意外点
火或爆炸等危险情况发生。
通过改进电源设计、优化控制算法等方式，提高系统的可靠性和稳定 性。
推动等离子点火系统的应用拓展
积极推广等离子点火系统在各个领域的应用，促进相关产业的发展和 进步。
THANKS
感谢观看
典型案例分析
案例一
某型火箭发动机等离子点火实验 。通过对比实验，验证了等离子 点火系统相较于传统点火方式的 优越性，如点火可靠性、燃烧效
率等。
案例二
航空煤油等离子点火燃烧特性研 究。针对不同燃油类型，探究等 离子点火系统的适应性及燃烧特
性变化规律。
案例三
等离子点火系统在燃气轮机中的 应用。将等离子点火技术应用于 燃气轮机中，提高了燃烧室点火 性能和燃烧效率，降低了污染物
等离子点火系统
汇报人：XX
• 等离子点火系统概述 • 等离子点火系统组成及工作原理 • 等离子点火系统性能评价 • 等离子点火系统设计及优化 • 等离子点火系统实验研究与案例分析 • 等离子点火系统应用前景与挑战
等离子点火技术在火电厂的实践应用
圃 圆 怿
耗 ， 唐洛 阳热 电发 电有 限 责任 公 司对 现有 点 火 系统 进行 改 造 ， 采 用 水冷方 式 ， 大 以 以承受 电弧 高 温冲 击 。 圈在 高温 ２０℃情 况下 具 线 ５ 实现 无油 或少 油 点火 。 有 抗 ２００ 的 直流 电压 击 穿能 力 ， ０ Ｖ 电源 采用 全波 整 流并 具有 恒 流 性 能 。其 拉 弧原 理 为 ： 先 设定 输 出 电流 ， 阴极 ３ 进 同 阳极 ２ 首 当 前
匡 习 大唐 洛 阳热 电厂 装 机容 量 ２ ０ Ｍｗ 供 热机 组 ， 为 豫西 电 ２２ 等 离子 发 生器 工 作原 理 ×３ ０ 作 ． 本 发生 器 为磁 稳 空 气 载 体等 离 子 发 生器 ， 由线 圈 、 极 、 它 阴 阳
数 为 ｌ ， 均 启动 油 耗 和低 负荷 助 燃 用 油达 ２ １ １ ， ５次 平 ４ 由此 造 成 极 组 成 。其 中阴 极材 料 采用 高 导 电率 的金 属 材料 或 非金 属材 料 制 ｔ 一 风一 直接 平均 燃料 成本 １ ３ 万元 ／年 。 节约 机组 启停 过程 中燃 油消 成 。阳极 由高 导 电率 、 导 热率 及 抗氧 化 的金 属 材料 制 成 ， 们 均 ３ ２ 为 高 它
Ｊｕｎ！ ｌ ｔ 堡 ｓＴａ ｈａ。
等 离子 点火技术在 火 电厂 的实践 应用
雷宁波 李振 国
（ 安建筑科技大 学， 西 西安 ７０５） 西 陕 １０ ５
摘
要： 通过对等 离子点火系统工作 原理的介绍 ， 以及 该技术在大唐洛 阳热 电厂 ２ ０ ×３ ０Ｍｗ 供热燃煤机 组锅炉上 实际应用效 果分析 ， 证实
第 在该 区 内一般 采用 介 质气 压 ０ １ ． ａ的条 件 下接 触 引弧 ，并在 强磁 场 下 获得 以及 燃烧 器 的烧蚀 问题 。 二 区为 混合 燃烧 区 ， ． ｔ００ ＭＰ ０ ３ 浓 的 将浓 粉 掺入 主点 火燃 烧 器燃烧 。 三 区为 强化燃 第 稳 定功 率 的直 流空 气等 离 子体 ，该等 离 子体 在燃 烧 器 的一 次燃 烧 “ 点浓 ” 原则 ，
锅炉等离子点火燃烧器的应用及效果分析
控制系统为等离子点火装置提供远方操作手 段。 大唐洛阳热电 5，6 号炉每台炉配置 1 台等离子 控制柜，主要由西门子 S7－300 可编程控制器组成， 工业液晶触摸屏安装在该柜的前门上。 等离子控制 柜与等离子电源柜内的西门子的 S7-200 之间采用 数据通讯，与 DCS 间采用硬接线的连接方式。 该系 统可实现等离子控制柜上所有的调试和操作，也可 实现在 DCS 的操作员站对等离子点火系统进行监 控。 3.9 图像火检系统
1 设备简介
大唐洛阳热电厂 5、6 号锅炉为亚临界参数、自 然循环、一次中间再热、单炉膛平衡通风、四角切圆 燃烧、固态排渣、露天布置、全钢构架的∏型汽包
炉。 锅炉型号为 DG1025/18.2-Ⅱ4。 制粉系统采用 双进双出磨煤机热一次风正压直吹式制粉系统，设 计煤种是 50 ％新安煤和 50 ％义马煤的混煤， 属中 高挥发分烟煤；磨煤机采用双进双出磨煤机，单台 锅炉采用三台磨煤机，每台磨煤机带两层燃烧器。 锅 炉燃烧器布置六层百叶窗式浓淡主燃烧器， 其中最 下层燃烧器配置为等离子煤粉点火燃烧器。
单台炉共装 4 台等离子发生器，等离子发生器 安装在等离子煤粉燃烧器上。 3.3 隔离变压器
主要作用为等离子装置提供可靠稳定的电源 系统，根据等离子装置功率不同，通常每台炉配置 4 台隔离变压器。 3.4 等离子电源控制柜
电源控制柜的主要作用是为等离子发生器提 供可调节的直流电源，并对点火器实现程控。 每台 炉配置 4 台电源控制柜。 3.5 冷炉制粉系统
等离子点火技术在600MW燃煤机组中的应用
等离子点火技术在600MW燃煤机组中的应用通过等离子点火技术在大唐国际盘山电厂600MW燃煤机组中的应用，指出了等离子燃烧技术为燃煤机组在经济和环保方面提供的诸多优势。
等离子点火技术的工作原理是通过采用直流空气等离子体作为点火源来点燃煤粉的，这样可以实现燃煤锅炉冷态启动中的无油点火，这项先进的技术必将成为燃煤电厂点火和稳燃的首选设备。
标签：经济；等离子；点火；煤粉引言从我国目前的能源结构中分析，油资源短缺是一个不争的事实，我国每年所消耗的石油都要大量依靠进口来满足国内日益增长的需要，这是一项耗费巨额资金的经济活动。
面对国内油资源短缺这一严峻事实，我们迫切需要节约燃油来减少进口。
当前情况下石油已成为影响我国能源安全和经济发展的重要战略物资，通过节约和寻找燃油替代品来保证国家能源和经济安全已经被提上了重要日程。
为了满足燃煤机组的无油点火，等离子燃烧技术应运而生。
随着科技的发展，等离子点火技术已经得到很大的进步，在国内很多电厂中得到使用，而且使用效果良好，可以在保证机组安全的基础上为发电企业节约部分发电成本，已经逐渐成为电厂的主流点火方式。
锅炉点火初期，用油点火时，油在燃烧的过程中会出现燃烧不完全的情况，即使当时的氧量很高，也会在烟气中形成小颗粒的油粒。
如果这些油粒粘附在电除尘上，光靠机械振打无法将其除去。
投用油枪的时候是坚决不能用电除尘的，而且布袋除尘对此要求的更是严格。
再有就是在排烟温度低于100℃的时候，由于烟气中含有水分，液态的水不但容易在电场中发生电离，造成危险，而且，水滴与烟气中的灰分混合，也容易粘附在电场上，再经过高温的烟气烘烤，形成一层坚硬的泥巴外衣，如果振打装置无法将其去除就会造成电场无法正常工作。
这些都是油点火的缺点。
等离子点火技术作为一项不同于以往燃油点火的点火技术，在基建调试、机组启停过程中，能够大量节约燃油。
在机组运行期间，能够实现稳燃节能，并实现设备的安全可靠运行。
1 天津大唐盘山电厂设备简介天津大唐国际盘山发电有限责任公司选用的是哈尔滨锅炉有限责任公司制造的HG-2023/17.6-YM4型锅炉。
等离子点火
大型工业煤粉锅炉的点火-等离子近年来，随着世界性的能源紧张，原油价格不断上涨，火力发电燃油愈来愈受到限制。
通过引入等离子点火系统，不但保证提高燃烧过程的经济性，而且可以改善火电厂的生态条件，达到真正意义上的经济、环保、高效。
关键词：等离子PLC 燃烧1概述大型工业煤粉锅炉的点火和稳燃传统上都是采用燃烧重油或天然气等稀有燃料来实现的，近年来，随着世界性的能源紧张，原油价格不断上涨，火力发电燃油愈来愈受到限制。
因此锅炉点火和稳燃用油被做为一项重要的指标来考核，为了减少重油（天然气）的耗量，传统的做法是提高煤粉的磨细度，提高风粉混合物和二次风的预热温度，采用预燃室燃烧器，选用小油枪点火等等，但是，这些方法已到了尽头，若要进一步减少燃油到最终不用油，必须采用与传统上完全不同的全新工艺，这种工艺应既可保证提高燃烧过程的经济性，又可以改善火电厂的生态条件——DLZ-200型等离子煤粉点火燃烧器，采用直流空气等离子体做为点火源，可点燃挥发份较低的（10%）贫煤，实现锅炉的冷态启动而不用一滴油，是未来火力发电厂点火和稳燃的首选设备，采用等离子点火燃烧器，点火和稳燃与传统的燃油相比有以下几大优点：1) 经济：采用等离子点火运行和技术维护费仅是使用重油点火时费用的15%～20%，对于新建电厂，可以节约上千万的初投资和试运行费用；2) 环保：由于点火时不燃用油品，电除尘装置可以在点火初期投入，因此，减少了点火初期排放大量烟尘对环境的污染；另外，电厂采用单一燃料后，减少了油品的运输和储存环节，亦改善了电厂的环境；3) 高效：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；4) 简单：电厂可以单一燃料运行，简化了系统，简化了运行方式；5）安全：取消炉前燃油系统，也自然避免了经常由于燃油系统造成的各种事故。
等离子点火技术应用研究
等离子点火技术应用研究【摘要】目前等离子点火技术已在国内两百多台燃煤发电机组上得到应用，在应用过程中不同程度地存在本研究项目中存在的问题，通过研究不仅使等离子点火技术在锦界电厂的应用更加稳定可靠，同时对其它应用等离子点火技术的电厂具有很大的借鉴作用，应用前景十分广阔。
【关键词】等离子点火装置；阴极头；输弧器陕西国华锦界能源有限责任公司#1-#4机组锅炉SG—2093/17.5—M910是亚临界参数∏型汽包炉，采用控制循环、一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧方式、燃烧器摆动调温、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊结构、紧身封闭布置的燃煤锅炉。
2006年7月28日，#1炉等离子点火器首次进行拉弧试验成功，至2006年9月30日，完成168小时时运投入商业运行，整个基建过程实现无燃油投入，经济效益显著。
目前，由于等离子设备接近使用寿命，等离子燃烧器、护套组件、弯头导流板等磨损严重，影响到等离子点火效果，在2013年5月1日至6月22日其间，陕西国华锦界能源有限责任公司设备一部锅炉专业完成了#1炉点火装置的升级，由原DLZ-200型升级为Ⅳ型（L=1200mm）。
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介质气压条件下接触引弧，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，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，这样就大大地减少点燃煤粉所需要的引燃能量。
系统核心设备--等离子发生器、燃烧器分别介绍如下：（1）等离子发生器：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。
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等离子点火技术的应用及经济性分析
1 前言
我公司2x135mw+3x410t/h机组采用钢球磨中储式制粉系统，锅
炉采用直流低氮燃烧器，机组较低负荷运行，由于冷却水压力不稳
定、拉弧不稳定，使得保护频繁动作，等离子不能正常起弧无法正
常使用，每次锅炉启炉或低负荷运行时均使用柴油燃烧。
锅炉在启炉或低负荷稳燃时耗费了大量的柴油，为了降低发电
成本，减少燃油，组织对锅炉配套的等离子点火装置进行调试投运，
减少燃油费用近3000万元。
2 等离子点火装置简介
2.1等离子点火机理
等离子点火装置是利用直流电流在介质气压0.01～0.03mpa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
＞50000k、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，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。
2.2等离子发生器的组成
由线圈、阴极、阳极等组成。其中阴、阳极材料均采用具有高
导电率、高导热、耐氧化的金属材料制成。阴、阳极均采用水冷方
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。
2.3等离子发生器的工作原理
等离子发生器的点火原理为：在冷却水及压缩空气满足条件后，
首先设定电源的工作输出电流(300～400a)，在一定输出电流条件
下，当阴极在直线电机的推动下，与阳极接触后，电源按设定的工
作电流矢能工作，当输出电流达到工作电流后，直线电机推动阴极
向后移动，当阴极离开阳极的瞬间，电弧建立起来，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。
等离子点火装置的阴极进退执行机构的控制、电弧电功率的控
制，冷却风、冷却水的监视均由计算机控制系统完成。
2.4等离子点火装置的附属系统
为保护等离子装置本身，需用水冷却阴、阳极和线圈。等离子
冷却水系统水源取自闭式冷却水，经增压泵后分别送至就地点火发
生器内，再分三路分别送入线圈和阴、阳极。
等离子发生器采用稳压、洁净、干燥的空气作为等离子载体，
一般采用高压离心风机出口高压风系统为等离子发生器提供载体，
设计上还有压缩空气作为备用气源。在等离子点火器停止工作以
后，高压离心风机继续工作，为等离子点火器、图像火检探头供冷
却风。
为监视等离子点火燃烧器的火焰情况，方便运行人员进行燃烧
调整，在等离子点火燃烧器上各安装一套图像火检装置，其视频信
号送至集控室内大屏幕，运行人员可在点火初期同时监视五个等离
子点火燃烧器的火焰，并可以随时切换至全炉膛火焰。图像火检探
头的冷却风取自等离子载体系统的高压离心风机出口。
3 等离子点火技术的改造及实际应用
我公司2台135mw单抽凝汽式汽轮发电机组+3台410t/h高压煤
粉锅炉，锅炉型式为：高压、四角切圆燃烧、固态排渣、紧身封闭、
自然循环、管式空预器、汽包煤粉炉。锅炉采用的等离子点火系统
由等离子点火设备及其辅助系统组成，等离子点火设备由等离子发
生器、等离子燃烧器、电源控制柜、隔离变压器等组成，辅助系统
由载体空气系统、冷却水系统、图像火检系统、热控系统、冷炉制
粉系统等组成。
针对等离子冷却水压力不稳定、风压波动大、起弧不稳定等问
题结合现有系统进行认真分析，发现主要为闭式冷却水系统供等离
子点火装置的冷却水为其系统中的分流管道供给，随着系统阻力的
影响，供给等离子点火装置的冷却水压力在0.3mpa波动，而等离
子点火装置的冷却水压力要求最小为0.3mpa，低于此压力时会出现
断弧、击穿等现象，使得等离子点火装置无法正常投入使用。
对此进行对其冷却水进行改造，加装管道增压泵来提高冷却水
压力，将压力提高到0.5~0.6mpa范围内，此时等离子点火装置可
正常投运，同时其主要的阴极头与阳极头使用寿命提高一倍左右，
阴极头最长使用时间达到100h以上。
对等离子点火装置水压、风压、压差等出厂指标进行试验、观
察，现场对等离子间隙、行进距离等进行了最终的调整，现可以满
足正常使用。
4 经济性分析
我公司对等离子冷却水改造后此装置运行稳定，经调试后基本
实现了无油点火启动、低负荷稳燃的目标，在调试、生产期间节约
了大量燃油。
等离子点火系统用电量很小，一台等离子制粉系统点火装置每
小时耗电量约400kwh，等离子冷却水泵7.5kwh、冷却风机11kwwh，
共420kwh左右，按0.5元/kwh计算每小时电费211元；如果投入
油枪，按每小时消耗燃油4吨测算，每小时耗油费用是4×
5500=22000元，一次启动共节省燃油费用20万元左右（按10h计
算），经济效益明显。
三台锅炉调试至运行期间，共计启停14次，三台锅炉低负荷稳
燃共计约100天左右，若没有等离子系统，大致应该耗油8000吨
左右，核减等离子系统使用的电费后按每吨油5000元计算，共节
省燃油费用为4000万元，扣去油折煤应消耗的对应燃煤的费用，
初步估算两台机组调试期间共节省3000多万元，经济效益非常可
观。
5 结论
钢球磨中储式制粉系统的燃煤锅炉采用等离子无油点火系统，
在调试、运行阶段成功实施产生了良好的经济效益，能够在最短时
间内收回投资。推广等离子点火技术在电站锅炉的应用，对降低机
组发电油耗及成本具有显著的作用，符合国家节能减排政策。等离
子点火技术在电站锅炉的应用上，应从方案设计、调试、参数控制、
维护保养等方面综合考虑，充分发挥等离子点火技术的节油、稳燃
作用，取得良好的经济效益。
参考文献：
[1]烟台龙源电力技术股份有限公司.dlz-200型等离子燃烧器
使用及维护说明书