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1、等离子无油点火技术在流化床锅炉运用的前景foreground of Plasma Igniting Technology for Application in CFB Boilers【摘要】本文主要针对等离子点火技术在循环流化床锅炉的实际应用和工艺考虑问题提出一些技术分析，以便对有关情况作更进一步的探讨和研究。Abstract： this paper is included of the technical analysis about the practical application for plasma igniting in CFB boilers and its related pr
2、ocess policy. The basic target is lead the experts to its future deeply research and discover.【关键词】CFB 等离子点火 问题 技术应用 结构工艺Key words: CFB plasma igniting problems technical application structure process 0引言国电电力科环集团所属的*电力技术股份有限公司是国内唯一具有多项成熟自主技术的等离子点火应用技术的专业公司，具有一流的专业人才结构和完善的产、学、研一体化管理模式。在当今能源和经济危机的双重市场
3、推动的前提下，公司非常注意对CFB机组的专项技术储备，目前更加大了对等离子点火技术应用方面的研发工作，基于二十多年来对循环流化床锅炉应用技术的全面深入研究，我们的CFB专家队伍已取得非常丰富的实践经验并形成了很多的独到见解和专项技术，已被CFB领域广泛认可。我们在135MW、300MW循环流化床点火风道制造和设计项目以及所有类型和容量的CFB机组的技术改造、基建调试、运行优化、节能降耗和脱硫工艺改进等诸多项目上取得了相当多的业绩和成功案例，理论上也构成了自有的基础体系。今后一段时间内，我们将在等离子点火技术的CFB应用方面投入大量的的人力和财力资源，力求从工业示范、实验研究、性能优化和工艺结构
4、优化等内容上获得进一步的进展，做到技术务实求新，工作认真细致。1 CFB锅炉等离子点火技术应用的关键技术难度浅析目前来看，对于等离子点火技术应用于循环流化床锅炉的工程项目来说，最影响技术成败的几个方面的关键点如下。1.1采用燃煤来替代燃油的基本品质要求近年来随着能源危机和经济危机双重压力的影响，国际油价的波动很大，且预计在今后相当长的一段时期内仍然会持续走高，国内柴油价格将不会低于每吨6000元的基本底线。这就迫使很多大中型火力发电厂在市场推动的作用下，主动采用无油点火技术以降低启动和低负荷稳燃的燃油消耗。作为纯粹的无油点火技术来讲，国务院和国家发改委的有关文件已明确新建机组和大型节能型机组技
5、改必须无条件地接受无油或微油点火技术，为此，燃煤的基本品质问题就成为主导条件之一被提出来。流化床锅炉燃用劣质煤和其他有足够热值的气、液态废物燃料也是其广泛发展的基本支撑点之一，因而使得CFB锅炉等离子无油或微油点火技术应用到实际的工程总需要考虑专门引进一些较优质煤种来实现燃煤对燃油的替代过程。根据目前的成功经验和成熟范例的情况，为保证相当高的成功率，要求达到起码的CFB启动燃煤品质如下：干燥无灰基挥发份Vdaf30%或空干基挥发分Vad23%；收到基低位发热量18MJ/kg；燃煤全水分7%；收到基灰分20%，哈氏可磨系数48。1.2煤粉制备系统的基本要求制粉系统设计应当充分考虑煤粉的研磨细度和
6、制粉均匀性，要求煤粉细度R9015%，均匀性指数n1.0。此外，每套制粉系统的安全连续运行小时数至少可保证1500小时以上，能够实现冷风制粉和基本无故障启停要求，控制单元能够实现随锅炉保护状态的联动关系，具有足够的信号联络通道和简易操作的要求。设备运转过程的机械外在噪音应小于100db。可选用制粉系统的基本形式为钢球磨煤机或中速碾压类磨煤机，系统方面应考虑中间储仓式或可调直吹式制粉系统，尽量采用负压体系以防粉尘污染。1.3 煤粉输送与给粉方式要求基于防爆安全的技术考虑，建议煤粉输送系统尽可能采用高浓度的密相输送系统。一般来讲其控制浓度应为：中间储仓系统的粉仓前煤粉输送管道或锅炉之间煤粉转移管道
7、按煤粉浓度为215kg/kg实现密相输送；直吹系统或粉仓下面一次风管则可按照实际需求，按0.250.5kg/kg煤粉浓度以最短的路径送入燃烧器。给粉方式按中间储仓锁气式旋转给料机原理或螺旋式气封给粉机原理实现；而直吹式系统则考虑负压原理的排粉机出力可调机构来实现粉量调节，如果密封状态良好也可采取正压洁净式一次风机原理来调节。煤粉输送要求克服1020kPa的空间压力和颗粒群的阻碍作用，这一点上我们已经予以充分的重视，并在实验室内和设计方案上予以实施，同时更对密封方案做了很可靠的改进设计。1.4 床下点火风道对等离子点火燃烧器的要求床下点火风道及其后续风道的断面热负荷和容积热负荷都是严格限制的，一
8、般情况下断面热负荷控制为30004000kW/m2；而容积热负荷控制为230320kW/m3。这样就要求我们的床下风道点火装置必须在一个受迫的有限空间内燃烧，对应的火焰形状和火炬长度成为关键控制对象。因此，在设计床下点火装置时，必须慎重地对所对应的燃料量进行控制，有时简单地对煤粉量的床下部分根据热量加倍似乎不很合适，必须顾及到火焰充满度与燃烧器出力之间的关系。此外，尽可能使得火焰的绝对长度不超过布风板以下300mm以上路径；直径方向的粗细要占据50%以下通道截面积且不出现火焰偏斜。为此，床下燃烧器的设计中必须考虑火焰整形所需的周界二次风、环向多孔或多孔隙单层或双层的环向气膜二次风。另外，与床上
9、CFB煤粉等离子点火燃烧器一样，流化床的煤粉点火燃烧器燃尽率必须超过80%，否则很难保证床温理想控制和防爆燃机制，而一般的煤粉炉点火燃烧器煤粉燃尽率在一次风喷口为30%左右即可，剩余的依靠上下各层二次风来分级燃尽。这样就要求围绕CFB煤粉燃烧器喷口火焰附近，至少要形成局部的富氧环境。整流二次风同时具备火焰热烟气温度控制作用，将点火风道的出口烟气温度限制在850以下，并利用气垫原理将火焰与壁面隔离开来。煤粉量的限制必须达到原来油枪出力的一倍重量出力以下。1.5 床上点火等离子燃烧器的要求流化床锅炉的布风板以上炉膛区域充满830kg/m3浓度的复杂流场固体粉尘颗粒，其作用对流化床本身的流态化燃烧过
10、程至关重要，但对点火燃烧器的煤粉火焰或燃油火焰具有消极的影响，如何克服扬尘的火焰阻挡和燃烧弱化效应是实现可靠点火的关键点。为此，区别于床下点火燃烧器的是其外周界二次风的设计必须遵从二级或二级以上的双通道或多通道布风原则，同时要求最外侧的二次风要选择一次风压或一次风压以上的更高压周界风，“护送”一次风和内周界二次风所形成的高燃尽率火焰顺畅地进入炉内空间，实现强烈、稳定、受控和连续的火焰行程，同时满足温控要求。外层周界风的高压“风套管”的内部区域，为火焰形成产生了一个理想的低阻力通道，便于火焰钻入料层物料当中，有效加热床料且对屏式过热器和屏式再热器不构成任何显著不良影响。1.6 煤粉仓的设计与结构
11、取舍选择的要求作为煤粉仓的设计，必须保证立料腿的高差至少达到1.5米以上，形成良好气封。与此同时，配套适宜的机械式或气封式锁气装置。还必须考虑启停阶段低粉位状态下的稳定性影响以及清空粉仓所需的吹扫过程，加装必要的粉位计，注意监测料位和粉仓温度。粉仓需要有专门的布袋除尘器，保证环境清洁。对于大多数CFB机组来说，不要求过大的体积和庞杂的附属环节，一般情况下人力疏松已满足防堵措施要求。总体来说，240t/h左右的CFB应满足总煤粉仓容量为1825m3，两个粉仓或集中式的一个粉仓； 450t/h左右的CFB应满足总煤粉仓容量为3845m3，两个粉仓或集中式的一个粉仓；1025t/h左右的CFB应满足
12、总煤粉仓容量为8595m3，四个粉仓或集中式的两个粉仓。粉仓建议为不锈钢结构，内衬光滑；也可以为混凝土结构加钢制内衬。1.7 对流态化过程的影响以及布风均匀性的设计要求 考虑到有可能对流化均匀性的影响，建议床上部分应采取外周界风高达65m/s以上流速的射流控制基础，几何计算角度以穿越料层物料后。而床下部分则应更强调火焰传播的温度场分布影响，如果布风面积小于15m2则尽可能采取侧给风和预燃的单点火燃烧器方案，且注意引导段足够的燃烧份额。1.8 锅炉安全经济运行对点火系统设计的要求对于锅炉整体来说，等离子点火装置所完成的主要任务在于锅炉的启动和低负荷稳燃，需要我们充分考虑过程因素控制的关键。CFB
13、等离子点火装置与煤粉炉类似装置有较大的不同，要求我们单独地依靠煤粉火焰就可以确保个物料的较高的燃尽率和稳定运行。其煤粉火焰的行程或者是要穿越高浓度的粉尘环境，或者是在一个较小空间内经整形而产生的火焰燃烧，整个燃烧器类似于某种热烟气发生器的装置，否则很难实现安全的火焰输送过程，这一点与煤粉炉有所不同。为了达到这样的效果，要求我们的CFB等离子燃烧器（可简称CFB-PIB：plasma igniting burner）具有燃烧热负荷较宽范围可控的特点，满足20%锅炉热负荷以下的安全适应能力。事实上，这一点对燃油燃烧器也有所要求，但两者的燃烧后效应是不同的，需要设计时予以考虑和量化，这一点正是*电力
14、所擅长的，可以在投入设备之前进行各类关联性实验室研究分析工作，不断对样件进行冷模和热态试烧改进工作。设计的燃煤火焰需要与料层温度分布均匀性相适应，热烟气贯穿床料过程中必须不破坏流化，只能促进燃烧而不能恶化炉内动力场分布。2 等离子点火技术应用到流化床锅炉的优势分析2.1 CFB等离子煤粉燃烧器燃烧过程各自独立、可控区别于燃油点火方式的是，煤粉火焰可以很方便地实现安全的燃烧热的独立机械调整，而燃油燃烧器的出力和火焰相互之间在切换油枪时会产生明显的波动，各个燃烧器不能独立地得到单个稳定控制，油泵的不良工作状态和油压调节波动使整体的油燃烧器都会发生异变，很难保证全过程的稳定控制。煤粉燃烧器各自的独立
15、性很好，只受对应给粉机调节特性和燃烧器自身性能的影响，相互之间基本没有干扰。只要点火成功，完全可以根据自己的配风要求和过程热负荷限制，确定一个准确的给粉量，启动或稳燃过程最需要这一点。2.2 彻底消除了煤、油混烧带来的问题采用煤粉点火方案后，脱硫装置、石灰石系统、静电除尘器和布袋除尘器都不再受到投油过程的禁用限制，可以随时予以投入，确保环保指标的全过程达标，解决了带油启动的除尘不正常问题。对于煤油混烧阶段的不完全燃烧和结焦趋势加大的情况，各型锅炉都非常敏感，另外还存在着瓦斯气体积存的麻烦。取消或减少掺入燃油比例会使这些困难得以解决，至少可以降低由煤油混烧转为纯煤工况时的温度阶跃的可能性，使床温
16、的控制趋于平缓，易于实现正常850900床温运行，结焦的可能性大为降低。采用油点火启动方式转换切风时，很容易造成12/min以上温升率，产生快速高温结焦，也消除了油雾化不良时在风道或料层内的积存爆燃和局部烧结现象。2.3 启动初始阶段对炉内温度的合理控制从燃烧来讲，要求启动过程中燃烧强度和稳定状态在床料升温的全过程都达到很理想的程度，尤其是在300以下的低温阶段更应重视。可以实现在锅炉未正式投入燃料以前实现400750范围内任何一个料层温度的动态恒定过程，便于屏式再热器、屏式过热器和其他工质冷却流量较小时的受热面安全，使得锅炉在很小蒸发量下的受热面不至于因为温度的因素而产生超温爆管、整体变形和
17、膨胀异常。这一点，是比较主要的一个内容，对减缓受热面变形有极大的好处。事实上，作为一个单独可以自我保持稳定燃烧的环节，燃煤火焰更易于形成贯穿料层的长焰区，温度惰性和耐久性更好。料层温度在启动和低负荷下的最高值不应超过720，否则疲劳失效极限为680730的高温段优质合金钢实际不能够承受太高的床温，煤点火技术正好克服了这一缺憾。2.4 煤点火技术可以帮助机组实现经济的安全启动过程设计的煤点火基本热负荷为12%20%，个别的锅炉可以实现8%的最低煤点火热负荷稳定过程，这就形成了非常有利于汽轮机组的启动条件。在启动时，首先让锅炉以最低的热负荷逐渐升温，达到一个很稳定的最低热负荷，这样就可以在主蒸汽参
18、数达到温度260340、主蒸汽压力为0.82.0MPa、主蒸汽流量425t/h时开始3MW300MW的各容量汽轮发电机组的汽轮机冲转、并网，等到机组稳定转速并接带基础负荷时，我们可以按照需求逐步增加带负荷能力，一旦各方面条件成熟，即可逐渐升至启动容量CFB煤粉燃烧器的最高负荷，并限制床温在合适的范围，随时具备正常投煤操作的条件，比以往对煤油混烧的担心就彻底消除了，极大提高了平缓的启动过程的掌控能力。2.5 煤粉点火燃烧器能节约大量的燃油 由于替代了燃油消耗，使得流化床锅炉也能够实现无油或少油点火启动，这样就大量地减少了启动燃料成本的消耗，带来可观的经济价值。为此，可以很便利地获得启动收益，构成
19、煤粉点火的价值核心。对一台135MW的床上点火CFB锅炉、27吨左右的启动耗油来说，其燃油燃料成本约为165000元人民币；而改用优质烟煤进行点火的话，约消耗50吨左右的煤粉，折合大约42000元人民币，两者相对比产生每次约123000元人民币的收益。针对其他的床下点火的一台135MW的床下点火CFB锅炉、15吨左右的启动耗油来说，其燃油燃料成本约为100000元人民币；而改用优质烟煤进行点火的话，约消耗30吨左右的煤粉，折合大约24000元人民币，两者相对比产生每次约75000元人民币的收益。2.6 对于掺入煤泥等劣质煤的流化床的稳燃贡献随着煤价的上涨，电厂逐步意识到劣质煤掺烧的重要性。但这
20、些泥煤等劣质煤的混入，使点火投煤的床温要求提高，甚至于后期低负荷下还要进行助燃操作。而煤粉启动燃烧器所提供的煤粉火焰，具有优于燃油火焰的稳定性和扩散能力，覆盖的物料范围较为广泛，易于产生流畅的加热环境。这样对于劣质煤稳燃具有不可比拟的稳燃和启动优势，关键时刻可以充当主燃烧力的一部分，填充劣质煤失稳的缺憾部分。2.7 解决了大型流化床锅炉不易进行压火操作的不足 相对于中小锅炉来讲，大型循环流化床锅炉蓄热能力相对不足，不宜进行压火操作和过于迅速的热恢复启动。而CFB煤粉启动燃烧器具有类似于热烟气发生器的功能，能够很方便地随时予以启动点火，也不要求过于繁琐的点火状态和正常运行状态的切换，温度和配风的
21、变动性降低到最低程度，实现了故障状态下安全可靠的点火操作，可以快速启动。解决了压火的难题与瓦斯防爆的困难。3CFB等离子点火技术基本特点的分析与建议3.1 煤粉火炬的局部控制因素考虑鉴于煤粉火焰相对比较发散，聚拢能力略逊色于燃油火焰，这就要求我们设法通过环形风、气膜风、高压周界风来控制火焰形状和长短关系。热烟气发生器性质的燃烧器本身，就要非常注重容器内容积热负荷的限制，断面热负荷也要适应于特定的燃烧强度和稳燃要求。燃烧器设计是不能简单地根据燃油出力放大一倍来考虑煤粉量，更多地应考虑不同粉量所形成的火焰长度、宽度和整形状态，避免对炉内屏式受热面和点火风道的伤害，也要照顾到火焰的整体覆盖程度。床上
22、燃烧器的火焰，通过高压环形风形成的物料内空间环状风通道，可以安全可靠地送入密相区正常燃烧，并达到相当高的燃尽率。为保持较好的稳燃状态，扩容式的煤粉燃烧器预燃段会采用耐火保护层的概念或气膜风保护的形式，这是一个全新的设计理念，一些高科技手段将加以应用。床下受限空间的燃烧主要针对如何排灰、限制火炬长度、保证射流宽度和绝对保证80%以上燃尽率几个方面，同时也对原来的点火风道加以适当技改，至少应增加足够数量和风速的高压环形风设计。对于给粉的防回火设计和顺畅落粉的工艺考虑主要依靠专门结构及其气力密封来实现，我们要正视高压背景环境对给粉及火焰输送过程的特殊性要求，没有充分的设计模拟和试烧工作证明，就坚决不
23、能投入工业应用。此外，根据实际需求，还可以在*自己的实验室内模拟粉尘雨幕对火焰的干扰破坏性影响，切实体现火炬模拟的充分性，使我们的技术始终处于绝对的领先和很高的可靠性。3.2 制粉系统设计方案循环流化床锅炉燃用燃料粒径较大，不设有相应的一次风粉系统，因此，不能满足等离子点火燃烧器燃用煤粉的需求。为此需要建设一套制粉、送粉系统。一次风粉系统的设计原则是：1）、在保证安全的前提下，尽量降低初投资；2）、尽量利用现有的设备和系统；3）、能够做到一套制粉系统，多台锅炉使用。一次风粉系统的设计，可以有如下三种方案：方案一：如电厂同时有煤粉锅炉，而且煤粉锅炉的煤质非常好，符合流化床锅炉等离子点火的要求。那
24、么可以采用如下方案：1、循环流化床锅炉安装12个小型粉仓，粉仓下安装给粉机。2、等离子点火燃烧器安装在原床上或床下油枪处，一次风来自原锅炉的一次风机。3、煤粉从煤粉炉的粉仓下面，通过气力输送系统输送到流化床锅炉的粉仓中。该气力输送系统示意图如下：方案二：如电厂没有煤粉炉或煤粉炉的煤质较差，不适合循环流化床锅炉等离子点火的需要，那么需要单独建设一套制粉系统，然后将制成的煤粉通过气力输送系统送到流化床锅炉的就地粉仓中。为降低投资，可以一套制粉系统对应多台锅炉。流化床锅炉的粉仓、给粉机、一次风系统的设计方案同方案一。该制粉系统属于成熟技术，磨煤机可以采用钢球磨或者中速磨，根据锅炉容量的不同，可以选择
25、不同出力的磨煤机，其初投资从十几万元到几十万元不等。*公司热态试验台安装了一套中速磨制粉系统，可供电厂参考。如下图：方案三：如电厂附近有煤粉炉，而且能够提供满足流化床锅炉等离子点火需要的合格煤粉，那么也可以采用汽车输送煤粉的方案。电厂在点火前将其他地方的煤粉通过煤粉运输车运到电厂，并储存于粉仓中，供等离子点火使用。其他一次风粉系统同方案一。系统如下图所示：1、煤粉运输车 2、等离子点火燃烧器 3、煤粉混合器 4、粉仓 5、给粉机该设计方案的优点是：1、系统设计简单，投资和方案一相比大幅度降低；2、如能够找到可靠的煤粉来源，可以实现锅炉无燃油系统运行；缺点：煤粉现在并非常规工业产品，锅炉等离子点
26、火受煤粉来源的制约，需要落实采购煤粉渠道；必要时可以考虑多个电厂建设一个制粉中心，或有固定的煤粉供应商。4等离子无油点火技术在流化床锅炉运用的前景4.1 等离子点火技术简介煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术是一项可以在煤粉锅炉点火和稳燃过程中以煤粉燃烧完全替代燃油的有效节油技术，目前对于Vdaf25%的烟煤类型燃煤具有非常好的商业运用业绩，成功率极高。最近在俄罗斯成功点燃挥发分相对较低的哈巴煤（Vdaf=20.5%）、且配套锤击磨煤机的哈巴地区某电站锅炉，最具说服力的是这台锅炉的历史，该炉曾经在俄罗斯等离子专家们努力了近三十年后无法采用等离子成功点火后放弃的原型炉，该业绩已被俄罗斯很多家报纸和电视台
27、报道，并给予非常高的评价。目前在韩国已有五台600MW以上机组成功业绩，台湾和平电力已有两台660MW机组的建设业绩，欧共体、能源部和东西亚很多国家已经十分关注这项技术，并以开始正式的意向性接触，不久将陆续在这些地域获得合同。该技术具有很多优点，一是可以煤替代燃油，年节约数百万吨的火力发电耗油；二是运行成本低，仅为燃油运行成本的1020%；三是辅助系统安全，避免了因燃油而造成的时有发生的火灾和人身伤亡事故；四是避免了有油点火不能投电除尘器而造成的冒黑烟等环保问题；五是简化了电站燃料系统，实现电站锅炉单一燃料运行。等离子体点火技术应用的关键在于对现场锅炉技术性能的理解和经验，没有良好的市场声誉和
28、强大的技术储备没有办法实现成功的商业应用，而循环流化床技术正是我们二十三年来最充分的积累，*公司有多人从事过多年的CFB运行与检修，并有相当权威性的专家们主导这方面的专业学术研究和运用，已完成六台自主改进型135MW/300MWCFB点火风道及系统设计制造，在技术上引用了最先进的理念。此外已在某电厂一台135MWCFB机组上开始了等离子点火的技术合作，产品不久完成安装投入使用。一九九八年，由原中国国家电力公司立项重点攻关，在国家科技部、国家经贸委、国家发展改革委员会等单位的大力支持下，项目承担单位国电科技环保集团公司*电力技术有限公司在充分总结前人经验的基础上，针对关键技术难题做了大量的工作，
29、攻克了多项技术难关，申请了十几项专利（其中国际专利一项），形成了具有自主知识产权的DLZ200型等离子点火及稳燃技术，并使该技术达到了广泛的工业应用水平。2000年9月28日，原中国国家电力公司针对该技术召开鉴定及现场技术交流会，与会专家鉴定结论认为：“该成果解决了多项技术关键问题，达到了世界领先水平”。2001年，等离子点火装置被中国国家五部委确认为“国家重点新产品”，为了进一步积极慎重地推广等离子点火， 2002年7 月，中国国家电力公司组织专家组对全国等离子点火的推广情况进行调研，组织编写电站锅炉等离子点火技术应用指南。随后，等离子点火装置产业化示范工程被中国国家环保总局确认为国家重点环
30、境保护实用技术（A类），2003年该项目荣获“中国电力科学技术一等奖”,2004年荣获“国家科学技术进步二等奖”。自2000年取得技术鉴定以来，该技术在商业应用中得到较快发展，已形成较完善的系列产品,具有广泛的适用性.截至2008年12月，*电力技术股份有限公司等离子煤粉点火装置已经完成或正在实施的大型电站煤粉锅炉已超过470余台，其中机组容量从50MW至1000MW机组，已节约燃油费用67亿多元人民币。这些机组燃用的煤种包括贫煤、烟煤、褐煤；制粉方式既有中间贮仓式，也有直吹式，而以直吹式为多；磨煤机有钢球磨、中速磨、风扇磨、双进双出磨等；燃烧方式既有四角切圆燃烧，又有墙式燃烧；有直流燃烧器，
31、亦有旋流燃烧器。基本涵盖了国内外大型电站锅炉的各种不同燃烧方式、不同制粉方式的各种炉型。这其中除少数电厂是技术改造外，绝大多数是基建机组。应用实践证明该技术点火稳燃灵活可靠。在大型基建机组上的成功应用，不仅使每台机组节约了几千吨的调试用油，同时还简化了燃油系统，减少了贮油罐的容量，降低了油枪出力，减少了建设油系统的占地，节省了基建初投资。目前拥有内蒙古东胜电厂等三座无燃油示范电厂的成功业绩。这些年以来,大多数已运用*等离子技术的3001000MW火电燃煤主力机组在基建调试期都实现了无油启动和点火，应用效果很好。该技术已进行了大规模的商业应用，且得到了市场广泛的认可，其可靠性、稳定性、安全性和适
32、应性都在实际应用中得到了证实。等离子点火原理及说明可参考有关附件说明。4.2 循环流化床锅炉对等离子点火技术运用的技术特点4.2.1循环流化床锅炉的燃烧特点循环流化床锅炉燃烧技术最大特点是通过物料循环系统在炉内循环反复燃烧和低温燃烧，循环流化床的床温一般控制在850900左右。循环流化床燃烧时大量的固体颗粒被烟气带出炉膛，在炉膛出口处的分离器将固体颗粒分离下来并经过反料器送回炉床内再燃烧，如此反复循环，就形成了循环流化床。由于循环燃烧使燃料颗粒在炉内的停留时间大大增加，直至燃尽，流态化的燃烧是以高扰动、固体粒子强烈混合以及没有固定床面和物料循环系统为其特征，被烟气携带床料经气固分离器后，返回床
33、内继续燃烧。物料的这种多次循环和炉膛内固体粒子剧烈碰撞混合，提高了燃烧效率和锅炉的燃烧效率。床内惰性热物料在任何时候都占全部床内固体物料的9798，床内的含碳量只占153，床内98以上惰性热物料的巨大热容量以及流态化燃烧过程，使得燃烧热强度增大，其炉膛截面热强度可达2.88MWm2(300MW机W型煤粉炉为471MWm2)，炉膛容积热强度可达0.821.7MWm2，炉内水冷壁传热系数是煤粉炉的数倍。4.2.2 针对CFB等离子点火的技术运用考虑等离子煤粉点火燃烧器是等离子点火装置的重要组成部分，其性能必须满足通过等离子电弧直接点燃煤粉的需要，同时又受到机组原设计的限制，需要统筹考虑等离子燃烧器
34、的布置位置、点火和稳燃的能力、出力的大小、以及作为燃烧器单独使用时的性能要求等。设计CFB等离子燃烧器的原则如下。a在保证燃烧器可靠点燃、高效燃烧、不发生结渣现象的前提下，最大限度地保持原设计系统的特性，避免对锅炉物料流化和炉内温度场产生较大的影响。b能够在循环流化床正式投煤点火以前可以充当独立的燃烧支持系统，帮助机组轻松地完成锅炉、汽轮机和整个热力系统的暖机、冲转、定速、并网和接带基本负荷的全部过程。c此外，为确保锅炉耐火浇注料的舒适膨胀和控制几本负荷参数，建议等离子点火煤粉射流所具备的燃烧热功率不超过锅炉最大热负荷的23%。d燃烧器进行改造时，仅需将原设计油枪的位置布置为等离子煤粉燃烧器，
35、燃烧器输出热功率不变最大给煤出力应为原来油燃烧器油量的两倍左右，使用煤量通过给粉机转速来实现控制。c 需要定制一个中间粉仓，用于来粉的良好控制和储备，该粉仓可以共用。也可以根据场地情况，采用正压的或负压的直吹式给粉调节一次风系统。d 煤粉的来源可以采用自制粉、就近输粉、外购等方式，仅需要一个造价不超过几十万元的制粉及输粉系统即可，多台厂内机组则只需要公用一个制粉系统和多路输粉系统。e 充分考虑炉内复杂的湍流固体颗粒对煤粉火焰的破坏性影响，燃烧器属于专用的具有预燃室、强流导向风和预混段功能的多级自稳燃直流燃烧器，燃烬率不小于85%。f 煤粉细度R9015%、挥发分Vdaf30%、热值18000k
36、J/kg、灰分25%是对煤粉质量的基本要求，煤矸石电厂、燃用普通燃煤和其他燃用劣质煤的CFB机组需要订购这样的煤种。g 一般情况下，对于具有床上点火油枪的CFB锅炉，不建议更改床下点火风道，仅需要对床上点火燃烧器进行等离子改造即可，可以简化由于粉尘所带来的排灰问题和火炬引导困难；而对于仅有床下点火风道的等离子改造必须加装排灰管和火炬引导二次风环或喷嘴组，此时也建议将床上下二次风口作为等离子煤粉点火燃烧器改进点，在点火后可正常地采用双二次风概念供风。4.3煤质是否满足等离子点火要求的可行性分析锅炉燃料的燃烧特性是等离子煤粉点火装置设计的基本依据，通过等离子发生器的合理布置、等离子燃烧器的结构设计
37、，合理分配内燃式燃烧器内的热负荷，在保证点火的前提下，实现防止结焦和提高燃烧效率是等离子煤粉点火装置设计优先考虑的因素。通常循环流化床锅炉燃用煤种煤质较差，大多属于灰分较大、挥发份较低的煤质，而且煤的发热量很低，属于较难着火的煤，直接用这种煤来进行点火，往往会产生如下问题：1、煤粉发热量低，投入热量少，不能满足锅炉启动要求；2、煤粉的燃尽率低，造成底料中积聚了大量热量，可能导致结焦等问题；3、煤中灰分多，点火过程中产生的炉渣增加了底料量，可能导致局部流化不畅。4、煤质灰分大，较难被磨制成粉，所以将不得不加大磨煤机的出力和送粉系统的容量。由于启动过程仅需要少量的燃煤，建议采购神木神府煤、大同烟煤
38、、印尼烟煤等类似易燃煤种，如燃用神府，那么煤中的灰分仅占10左右，按每次点火燃用煤粉60100吨来计算，那么每次点火产生的灰渣的总量为610吨，按煤粉锅炉的计算方法，其中90是飞灰，则增加的大渣仅为6001000kg，不会对锅炉的底料构成大的影响。4.4 等离子点火系统的设计等离子点火辅助系统主要包括：等离子载体风系统、图像火检系统、冷却水系统、电气系统及控制系统。这些系统的设计和其他的煤粉锅炉的设计要求完全相同。设计方案是成熟的。一套等离子点火系统的构成如下图所示：隔离变压器电源整流柜控制系统载体风气冷却水等离子点火燃烧器等离子发生器数据总线控制柜#1CRT一次风火焰4.4.1等离子载体风系
39、统 等离子载体为稳压、洁净、干燥的空气；空气经母管分别送至就地等离子发生器内，等离子发生器上安装压力表和压力开关用来控制载体风压力：压力满足信号送回主控室控制系统。载体风通常使用绝对干燥、无灰和无异常污染物的压缩空气，风压条件设计时确定。4.4.2 冷却水系统为保护等离子装置本身，需用水冷却阴阳极和线圈，完成对等离子发生器的冷却后，可以回收继续使用。冷却水可以取自闭式冷却水系统，如果闭式冷却水参数满足不了等离子发生器冷却要求，则增设两台管道增压水泵，保证等离子发生器冷却良好。也可以采用单独设立冷却水箱的方案。4.4.3 电气系统 电源系统主要包括隔离变压器、整流柜等，还包括等离子发生器及其附属
40、设施的电源、变压器、开关柜和开关等。电气系统设备的布置及安装位置选择的原则：通风良好、环境温度不超过40、环境洁净、无漏水、无较大的粉尘、与锅炉等离子燃烧器距离较近、便利设备运输及安装。4.4.4 图像火检系统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，在燃烧器上各安装1套图像火检装置。火检信号经四画面分割器后进锅炉集控室的工业电视。该系统可以将实时的图像传送到控制室中，可做为运行人员进行燃烧调整的参考。4.4.5 一次风速在线监测系统为便于等离子煤粉燃烧器风速的控制，在用于等离子点火的一次风管上各安装一套风速在线监测装置，用于在线监测一次风速，方便运行人员进行燃烧调整。整个系
41、统的显示和控制可由DCS完成，一次风速测量系统中差压变送器集中布置在一次风速测量柜中，只需接入差压信号管即可。4.4.6 控制系统控制系统的主要作用包括等离子发生器的启动和停止、各电动设备的控制、各运行参数的显示和调整等。具体方案根据电厂的控制系统情况定，可以是DCS直接控制型，也可以通过PLC控制。4.5经济效益4.5.1直接经济效益电厂锅炉每年的运行中需要消耗大量的燃油，以某电厂135MW机组为例。据统计，每次启炉约需要68小时，每小时耗油约56吨，即每次锅炉点火约耗油3050吨，按每吨油6000元计算，每次点火约需费用1830万元。如果安装了*公司的等离子点火系统，根据其他电厂的经济效益
42、分析比较结果，其点火成本一般为油点火的1020，将为电厂带来巨大的经济效益。等离子点火系统如果用于基建机组，可以节约锅炉烘炉、吹管、机组试运行期间的大量用油，基建期间就完全可以收回投资，经济效益更加明显。4.5.2间接经济效益按照常规的点火启炉方法，锅炉在启动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。在锅炉启动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。
