鍋爐啟動及低負荷助燃用油是發電成本的重要組成部分。我國是石油消費和進口大國，隨著世界原油價格的上漲，節約鍋爐燃油就成為降低發電成本的重要手段。
    等離子點火技術是一種新型燃燒技術，其原理是采用一定壓力的潔凈空氣為介質，在直流電流的作用下，由強磁場控制產生功率穩定的定向流動空氣等離子體，該等離子體在燃燒器內形成局部高溫，能迅速將通過的煤粉射流點燃并形成火炬噴入爐膛。大唐盤電4號爐對B層燃燒器及其對應的B磨煤機采用等離子燃燒器進行了改造，在啟動試運階段應用該技術并獲得了成功，從而開創了600 MW大型機組、中速磨直吹式制粉系統采用等離子點火技術的先河、鍋爐主燃燒器同時作為啟動燃燒器、在基建調試階段應用，節約了數量可觀的燃油，取得了較好的經濟效益和社會效益。富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒顆粒機、木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、設備簡介
    天津大唐盤山發電有限責任公司（簡稱盤電）4鍋爐為HG-2023/17. 6-YM4型亞臨界控制循環、一次中間再熱、單爐膛、受熱面Ⅱ型布置、四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、半露天布置煤粉汽包型鍋爐。
    鍋爐采用寬調節比同心反切圓、低NOx排放燃燒技術，OFA燃燼風噴嘴高位布置，水平擺動，主燃燒器噴口可以上下擺動±30。。燃燒器共有22個噴口，其中2個OFA噴口、10個AUX輔助風噴口、4個油配風噴口和6個煤粉一次風噴口。鍋爐的設計煤種為準格爾煙煤。
    制粉系統采用正壓直吹式系統，配2臺雙吸入離心式冷一次風機及6臺ZGM123中速磨煤機，5臺運行能帶滿負荷。磨煤機標準碾磨出力為96.2 t/h，對設計煤種，磨煤機的最大出力為72.02 t/h，對應的最小出力為28.8 t／h。
    等離子點火系統共設計有4支等離子點火裝置，裝在B層主燃燒器位置，它由濃淡分離裝置，等離子引弧裝置（陰極、陽極）、一級燃燒室、二級燃燒室，周界二次風等部分組成，具有點火啟動及低負荷穩燃兩種功能。
2、等離子煤粉點火燃燒器應用情況
    大唐盤電4號鍋爐在機組基建試運階段應用了等離子煤粉無油點火技術，于2002年3月30日首次點火成功。點火前主汽壓力1. 01 MPa，B磨煤機啟動。B磨煤機加載彈簧壓縮量80 mm，分離器擋板開度58°，給煤量30 t/h，磨入口風量52km3/h，入口風溫149℃，磨出口溫度61℃，爐膛內壁再入口處煙溫489℃～497℃，低于鍋爐廠規定的538℃。等離子點火系統、冷爐制粉系統、輔助系統、電源系統等運行狀況良好，連續運行45min。
    2002年3月31日，主汽壓力0. 66 MPa，再次投用等離子煤粉點火系統，啟動B磨，給煤量22 t/h，進行燃燒調整試驗，調整后爐膛負壓穩定、火焰明亮、火檢穩定，燃燒狀況比首次有明顯改善。4月6日，投用等離子煤粉點火系統，鍋爐升溫、升壓到汽機沖車參數，控制主汽溫升速率為1. 65C/min，成功實現了采用等離子無油煤粉點火系統進行600 MW機組高壓缸啟動方式的汽機沖轉及定速試驗。
2002年4月23日，在機組整套啟動過程中，連續投入等離子煤粉點火系統，先后完成鍋爐的升溫、升壓，汽機沖轉、定速，發電機并網、帶大負荷，至機組負荷300 MW，鍋爐停油時停運等離子點火裝置。4月29日機組滑參數停機過程中，投入等離子煤粉點火裝置，替代了部分油槍，汽機缸溫降低到260℃，滑停取得了成功。
3、等離子煤粉點火燃燒器在本鍋爐應用中存在的難點
    等離子煤粉無油點火系統在中速磨直吹式制粉系統鍋爐上應用必須克服以下難點：首先應能在鍋爐冷態時制備出合格的煤粉，其次應有足夠的能量直接點燃煤粉，這對該系統的設計和制造提出了較高的要求，必須有效地解決上述問題。同時，在該系統的具體應用中，還存在著以下一些難點。
3.1鍋爐啟動方式問題
    根據規定，鍋爐啟動初期應滿足下列要求：初始燃燒率應小于最大燃燒率的5%；爐水升溫率不高于1.5 ℃／min，對應的啟動初期最高升壓率為0. 035 MPa／min。否則，容易造成鍋爐升溫、升壓速率較快，水冷壁受熱不均，鍋爐整體膨脹不能保證等問題。為此，首先需要確定滿足冷態啟動正常升溫、升壓速率的燃料量。經初步計算，對準格爾煤，磨煤機給煤量應小于16t／h，當燃用大同煤時給煤量應小于14t/h。根據3號鍋爐試運經驗，磨煤機最小出力為25 t/h，顯然無法達到上述要求。
    針對鍋爐的上述特性，我們確定了本鍋爐等離子點火系統的投運方式：鍋爐起壓前（關空氣門前），不投入等離子點火系統；鍋爐起壓后，及時投入等離子點火燃燒系統，但必須控制合理的給煤量，汽機側打開機組旁路系統以保證適當的升溫、升壓速率。
3.2如何維持合理的升溫、升壓速率
    為維持合理的升溫、升壓速率，必須控制適當的燃料量。本鍋爐磨煤機最小出力為25 t/h，根據機組以往啟動經驗，汽機沖車、發電機并網期間所需燃油約為9～15 t/h，對應的給煤量應為18～30t/h，即，為滿足投運等離子點火燃燒系統要求，必須降低磨煤機最小出力至18 t/h。經過分析和研究，決定采取下列措施降低磨煤機最小出力：
    (1)適當降低磨煤機磨輥的加載力：將磨煤機加載彈簧的壓縮量調整至80 mm;
    (2)適當關小磨煤機出口分離器擋板的開度，增加回粉量并使煤粉細度變小；
    (3)適當減小一次風量（但應保證磨煤機出口一次風管的風速大于18 m/s）。
3.3汽機高壓缸啟動方式下的再熱器保護問題
    盤電4號機設計的啟動方式為高壓缸啟動，即在汽輪機沖轉前，汽機高旁全關，再熱器處于干燒狀態，為保護再熱器，尤其是壁式再熱器．鍋爐廠規定：并網前爐膛出口煙溫應小于538 C。經過分析和研究，決定采用下列手段控制爐膛出口煙溫：
    (1)運行中合理控制燃料量，盡量降低磨煤機最小出力；
    (2)適當調整燃燒器配風，增加送風量，開大頂部二次風；
    (3)加強爐膛出口煙溫監測。
4、等離子煤粉點火燃燒器應用試驗研究
4.1冷爐制粉系統工作特性試驗
    中速磨直吹式制粉系統鍋爐應用等離子無油點火技術的關鍵問題和難點在于能否實現“冷爐制粉”，本鍋爐等離子點火燃燒器設計采用蒸汽加熱器加熱磨煤機制粉所需熱空氣（己申請專利），故摸索該系統的工作特性至關重要，通過多次試運調整，在每次“等離子運行模式”B磨煤機啟動前，適當提高輔汽聯箱壓力，并提前1 h投入蒸汽加熱器，對B磨進行通風暖磨，其加熱能力滿足“冷爐制粉”要求，歸納如下：
    (1)在廠用汽壓力0.8～1.0 MPa時，投入蒸汽加熱器，磨煤機入口一次風溫維持在149～156℃，當B磨煤機給煤量18～25 t/h時，磨煤機出口風溫可以達到54～63℃，基本能滿足磨煤機的干燥出力要求；
    (2)在蒸汽加熱器投入運行，B磨煤機暖磨完成并啟動后，運行2h，空預器后一次風溫即可達到170 ℃，蒸汽加熱器可以退出運行；
    (3)蒸汽加熱器加熱一次風主要依靠蒸汽在冷卻過程中的凝結放熱，所以在蒸汽加熱器投入時，應盡可能提高汽源壓力，同時加熱器的疏水罐要維持一定的水位，以保證合理的運行方式。
4.2一次風速對等離子煤粉點火燃燒器著火特性的影響試驗
    一次風速對煤粉著火的影響很大，風速太高會使著火推遲，燃燒不穩，太低則會造成一次粉管積粉、磨煤機堵磨等事故，所以一次風速的合理選擇對等離子燃燒器著火至關重要。對本系統，通過運行調整及試驗研究，確認給煤量為18～25 t/h時，一次風量控制在38～45 km3/h比較合理，對應的粉管一次風速約為19～23 m／s。
    另外，對于四角切圓燃燒鍋爐、中速磨直吹式制粉系統，為保證4個燃燒器同時著火，要求磨煤機出口4根一次粉管的風速相同，對一次風速調平的要求較高。在本系統試運過程中，在冷態調平工作的基礎上，對B磨煤機出口一次風速進行了熱態調平，調平的結果見表1。
    運行實踐表明，B磨煤機出口粉管經熱態阻力調平后，燃燒器各角的著火情況明顯改善，爐膛負壓穩定、火焰明亮、火檢穩定。
4.3煤粉濃度對等離子煤粉點火燃燒器著火特性的影響試驗
    煤粉濃度高有利于煤粉的點燃著火，但太高會使著火初期氧量補充不足，不完全燃燒增加，控制不當還會造成一次粉管積粉或燃燒器燒損，因此，合理的煤粉濃度對保證本系統的長期穩定投運至關重要。
    通過試驗發現，鍋爐點火初期，在等離子點火方式下，B磨給煤量18～30t/h，一次風量40～52km 3／h（標準狀態下，下同）時，煤粉著火穩定、火焰中心明亮，燃燒器噴口火焰穩定，穩燃特性較好。其中給煤量22 t/h，一次風量43 km3/h，即煤粉濃度為0.4時的著火最為穩定。
4.4磨出口風溫對等離子煤粉點火燃燒器著火特性的影響試驗
    根據燃燒理論，對于一次風射流，其溫度越高，煤粉著火所需要的著火熱越少，煤粉越容易點燃。故在等離子點火裝置投運時，盡量采用較高的磨煤機出口風粉混合物溫度以利于燃燒。
    在本鍋爐等離子煤粉點火燃燒器試運過程中，進行了磨出口一次風溫對煤粉著火特性的影響試驗。試驗中磨出口溫度的變化范圍為50～80℃，在相同的磨入口一次風量下，隨著磨出口一次風溫降低到60℃以下，煤粉著火有閃爍現象，且風溫越低，閃爍越明顯；反之，隨著磨出口一次風溫的提高，煤粉著火的穩定性明顯改善。
    在運行中，應根據實際燃燒狀況，通過調整一次風量和提高蒸汽加熱器汽源壓力來保證盡量高的磨出口一次風溫，從而保證煤粉著火穩定。
4.5煤粉細度對等離子煤粉點火燃燒器著火的影響試驗
    煤粉細度對煤粉著火特性影響較大，煤粉越細，比表面積越大，溫升越快，著火越穩定。在本鍋爐等離子煤粉點火燃燒器試運期間進行了煤粉細度的調整試驗，通過改變磨煤機出口的分離器擋板開度，改變煤粉細度。分別在分離器擋板開度為58°、50°、45°3種工況下進行試驗，現說明如下：
    (1)當磨煤機分離器擋板開度為58°時，煤粉能夠著火，但著火后火焰波動現象明顯，同時磨煤機最小出力也不易進一步降低到20t/h以下；
    (2)從燃燒器出口煤粉著火的情況分析，隨著磨煤機分離器擋板開度關小，著火穩定性提高，火焰明亮，爐膛負壓穩定；
    (3)當磨煤機分離器擋板開度為50。時，煤粉著火穩定，磨煤機出力能達到55 t/h，可滿足設計的5臺磨帶滿負荷的要求；
    (4)當磨煤機分離器擋板開度為45。時，煤粉細度R90。太細(4.94%)，不利于長期運行。
    通過上述試驗，建議將B磨分離器擋板開度設為50°，以利于煤粉著火及穩定燃燒，并滿足鍋爐帶負荷的需求。富通新能源生產銷售的生物質鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
4.6周界二次風對等離子煤粉點火燃燒器著火的影響試驗
    對于等離子煤粉點火燃燒器而言，周界二次風作用主要有兩個，首先是煤粉在燃燒器內著火后，形成貼壁冷卻氣膜，對燃燒器壁面進行冷卻，保證燃燒器不被燒損；其次是為著火后的煤粉射流補充燃燒所需氧量。
    為了找出周界二次風對等離子點火燃燒器著火特性的影響規律，試驗中分別控制其周界風開度為10%、20%、30%、40%、60%，現將試驗結果說明如下：
    (1)周界風由10%逐步增加到40%時，從爐膛就地觀察，火焰剛度增強，火焰后部變亮，火焰長度增加，更接近爐膛中心；爐膛出口煙溫變化不大，煙溫探針測出的煙氣溫度為425～428℃。
    (2)周界風由10%逐步增加到40%時，燃燒器噴口著火穩定，火焰明亮，測量的火焰溫度分別為1號：1160℃，2號：1250℃，3號：1080℃，4號：l180℃，火焰溫度基本不變。
    (3)周界風開度控制60%時，爐膛火焰電視畫面變暗，火檢信號強度變弱，爐膛負壓波動幅度增大，燃燒開始惡化。
    由上述試驗可以看出，合理控制周界二次風對等離子煤粉點火燃燒器的著火及穩燃非常關鍵，建議在其投運初期，周界二次風門開度控制在10%～20%；待煤粉著火穩定后，再逐漸開大至30%～40%，以利于煤粉的著火、穩燃及燃燼。4.7應用等離子煤粉點火燃燒器  高壓缸啟動方式的汽輪機沖轉試驗
    2002年4月6日、4月23日，4號機組采用等離子煤粉點火燃燒方式啟動，進行高壓缸啟動方式的汽輪機沖轉試驗，通過試驗成功地實現了等離子煤粉點火方式、無油運行，鍋爐升溫、升壓，汽機沖轉、定速及發電機并網工作。
    試驗期間：鍋爐升溫、升壓過程中控制溫升速率為1.65℃/min，給煤量為22 t/h；汽機沖轉過程中，B磨給煤量最小18 t／h，無油槍投入，爐膛出口煙溫在470℃以下，再熱器沒有超溫現象發生。
5、結論
    等離子煤粉點火系統在大唐盤電4號鍋爐應用中，經過試驗研究和調整，成功實現了冷爐制粉、600 MW鍋爐點火初期無油直接啟動磨煤機及600 MW機組高壓缸啟動方式汽輪機的無油沖轉、定速，發電機并網。
    鍋爐等離子煤粉點火啟動過程中，爐膛火焰明亮，燃燒穩定；升溫、升壓速率符合鍋爐冷態啟動曲線要求，受熱面金屬壁溫無超溫現象。