1、引言
    鍋爐啟動及低負荷助燃用油是構成電廠發電成本的重要組成部分，開發新技術減少燃油、降低發電成本是大型火力發電廠的一個迫在眉睫的閩題。近年來，隨著世界原油價格的上漲及國內電廠競價上網政策的出臺，追求節約電廠鍋爐點火及助燃用油的呼聲愈來愈高，無油點火燃燒技術改造勢在必行，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、秸稈壓塊機壓制的生物質顆粒燃料。
2、改造前的系統配置
    襄樊電廠4×300 MW機組鍋爐為上海鍋爐廠生產的亞臨界參數汽包爐，燃用煙煤。采用自然循環、一次再熱、單爐膛、四角切園燃燒方式、燃燒器擺動詞溫、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構、露天布置燃煤鍋爐。
    鍋爐為，c型爐膛，煤粉燃燒器共20只，分5層布置。在熱態運行中，噴口均可上下擺動，最大擺角約±30°，噴口的擺動由進口電信號氣動執行器來實現，氣動執行器應有足夠的扭矩，擺動靈活，四角同步。燃燒器上設擺動角度指示標志。
    油燃燒器的總輸入熱量按30% BMCR計算，采用點火槍和油槍一體化油燃燒器，油燃燒器不需要外部冷卻風或冷卻永。采用機械霧化，保證燃油良好霧化。高能點火器直接點燃0號輕柴油。
    在燃用設計煤種和校核煤種，煤粉細度Roo=18%，負荷逐漸下降的條件下，不投油最低穩燃負荷不大于40%BMCR。
    鍋爐制粉系統采用的是鋼球磨中儲式制粉系統，每臺爐由4套制粉系統組成，2套制粉系統共用1個粉倉，每套制粉系統有磨煤機、排粉機、給煤機、粗粉分離器、細粉分離器及相關風門，干燥介質采用高溫風，磨煤機人口設有冷風門，排粉機出口有三次風和至磨煤機的再循環風。
3、改造后的系統配置
    襄樊電廠4號鍋爐的等離子改造技術采用煙臺龍源電力技術有限公司在借鑒國外成功技術及總結國內失敗原因的基礎上，研制的DLZ - 200型等離子點火裝置。等離子點火裝置利用直流電流在一定介質氣壓的條件下接觸引弧，并在強磁場控制下獲得穩定功率的定向流動空氣等離子體，該等離子體在點火燃燒器中形成T>4000 K的梯度極大的局部高溫火核，煤粉顆粒通過該等離子體火核時，在千分之一秒內迅速釋放出揮發物，再造揮發分，并使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于反應是在氣固兩相流中進行，高溫等離子體使混合物發生了一系列物理化學變化，從而使煤粉的燃燒速度加快，達到點火并加速煤粉燃燒的目的，較大的減少了促使煤粉燃燒所需要的引燃能量。
3.1等離子發生器及燃燒器
    等離子點火系統的核心為等離子發生器，它可以產生電功率為50—150 kW的空氣等離子體．該發生器為強磁場控制下的空氣載體等離子發生器。
    根據該鍋爐的實際情況，將A層4支主燃燒器設計為點火燃燒器。它由引弧裝置、一級燃燒室、二級燃燒室、氣膜冷卻風等部分組成。一級燃燒室內含濃淡裝置，等離子電弧與煤粉在此發生強烈的電化學反應，煤粉裂解，產生大量揮發份并被點燃。二級燃燒室為揮發份及煤粉燃燒區。氣膜冷卻風為冷卻二級燃燒室及補充二級燃燒室噴出的未燃燼固定碳在爐膛內燃燒需要的空氣。
3.2直流供電及控制系統
    電廠提供容量為4×250 kV-A的AC 380 V電源和開關，分4路分別送至4臺隔離變壓囂，再接至整流柜，輸出的直流電送至就地等離子發生器以產生等離子電弧。
    整流柜內功率組件采用三相全橋可控硅晶閘管整流功率組件，晶閘管采用美國進口芯片，全橋可控硅整流方式整流效率高，技術成熟，保證了電源長期工作的可靠性。直流控制器采用西門子公司生產的6RA70系列全數字控制整流裝置。該裝置可以作為整流和等離子發生器的引弧控制接口及水流、氣壓保護接口，并且與其他計算機實現總線式的數字通信。
    系統控制主機的核心采用西門子S7 - 300可編程控制器，S7 - 300與各電源柜之間為數據通信，集控室內操作界面采用工業液晶顯示屏設置參數和選擇功能。
    電源整流柜安裝于集控室下6.3 m配電間，隔離變壓器安裝于新建鋁合金玻璃房內，電氣間采用防雨、防塵措施，采用軸流通風機保持室內良好通風。
3.3冷卻水系統
    為保護等離子發生器本身，需用水來冷卻陰、陽極及線圈。冷卻水為除鹽化學水，系統壓力應保持在0.2—0.4 MPa之間，水溫<40℃，單臺設備用水量約8 t/h，回水均采用無壓回水。
    冷卻水水源取自鍋爐除鹽水補水母管，采用單獨的閉式循環冷卻系統，增加一只容積12 m的冷卻水箱及冷卻器，冷卻器安裝于冷卻水箱回水入口，換熱面積約10 m2，同時增加2臺互為備用的冷卻水泵，冷卻水泵型號：IH80-50-250，揚程50 m，流量80 t/h．冷卻水泵、冷卻水箱均安裝于機組Om層鍋爐排渣池邊。
    等離子點火器前來水管路加裝手動閥門、壓力表和壓力開關，水壓低信號送至整流柜。．
3.4載體風系統
    等離子載體要求為穩壓、潔凈（無油）、干燥的空氣，等離子點火裝置人口的壓縮空氣壓力要求在0.02MPa左右，并保持穩定，單臺等離子裝置的壓縮空氣流量約為1. 0—1.5 NM3/min。
    該系統由新增的2臺離心風機直供，系統壓力開關送至等離子發生器，壓力滿足信號送至整流柜。離心風機型號：8 - (J9 N0 6. 8A,流量：2 024 m3/h，全壓：11 063Pa，離心風機布置在12.6 m層探頭冷卻風機附近。
3.5圖像火檢系統
    圖像火檢系統是用來監視等離子點火裝置火焰及正常運行的燃燒監視。在靠近等離子點火燃燒器的看火孔上各安裝一個帶CCD攝像機的火檢探頭，其視頻信號送至集控室內四畫面分割器，經處理后送到工業電視。火檢冷卻風由新增的2臺離心載體風機同時提供。
4、系統投運后存在的問題及處理-
    改造后的4號鍋爐等離子點火系統于2006年1月6日至23日進行了試運行，取得了一定的效果，鍋爐啟動及低負荷助燃用油大大降低，但也存在著一系列的|可題。
4.1等離子點火系統冷卻水系統壓力不易調節
    原設計爐膛每個角的冷卻水水壓通過調節每個
角的進水手動球閥的流量來調節，在使用過程中有兩個問題需要解決：①系統壓力經常過高，等離子水泵負荷大影響使用壽命；②關閉分角手動門后再次恢復時，需要仔細調節開度，部分不熟悉該系統的人員容易全開閥門，造成通人陽極頭冷卻的冷卻水壓力過高，系統容易發生泄漏。后采取了在等離子冷卻水泵出口管上加裝再循環管道及控制閥門的辦法，解決了等離子點火系統、冷卻水系統壓力不易調節的問題。
4.2等離子水泵運行工況差
    等離子冷卻水泵自投運以來頻繁出現主軸、軸承損壞故障，電機軸承也多次出現過損壞，多次更換水泵、軸、軸承、電機軸承后，還是僅能夠勉強滿足運行的要求。經研究決定將等離子水泵全部換型，原型號為JH80-50 - 250型，現更換為拉思特IH80 -50 - 250(MI)型，等離子冷卻水泵換型后，運行情況良好。
4.3等離子頻繁出現不起弧或斷弧
    經分析認為等離子頻繁出現不起弧或斷弧的現象由以下主要原因造成。
4.3.1運行參數設置不臺理
    等離子正常工作過程中，陰極頭會隨著使用時
間不斷損耗，造成陰陽極間間隙不斷加大，間隙工作電壓不斷升高，造成電弧不穩定。同時等離子正常工作還必保證合適的電流，電流過大影響陰陽極壽命，電流過小也容易斷弧，正常電流設置應在250—350 A。
    根據以上情況要求運行人員應根據陰極工作時間和間隙電壓大小實時調整陰陽極間隙，以保證間隙電壓保持在一個合適范圍內(最高不得超過320V)。當陰極工作時間達到30 h后，應注意實時監視工作電壓不得超過320 V，超出時應減小間隙以調整電壓不超過320 V。表1為間隙正常工作電壓值和陰極工作時間的對應表。
4.3.2載體風風壓低
    等離子風機布置在鍋爐側，此處的環境比較惡劣，一旦制粉系統出現泄漏，等離子風機濾網很容易堵塞，如果濾網清理不及時，就會造成風機出口風壓低；同時在等離子冷卻風進口閥門未全開時，也很容易造成風壓低。在風壓低時，因電弧不能有效吹出，會直接在陽極內燃弧，陰陽極冷卻效果會變差，直接影響到陽極頭和陰極頭的使用壽命。
    根據以上分析要求運行人員確保等離子風機人口風門應維持在全開位置，并密切監視等離子風機出口風壓，當出口風壓降低至10 kPa以下時，應切換風機運行，同時及時聯系檢修人員，進行濾網清理，檢查有關系統是否運行正常。
4.3.3陰陽極污染嚴重
    當燃燒器周圍結焦時，由于電弧不能順利吹出，會造成陰陽極污染，造成啟動斷弧，并影響陽極壽命。在陽極頭頭部石墨盤根損壞時，因密封不良，外部粉塵就會進入等離子發生器，亦會造成陽極污染，引起啟動斷弧。此異常情況要求檢修人員加強定期維護工作，及時消除設備缺陷。
4.3.4燃燒器結焦
    燃燒器結焦后，造成燃燒器出口風粉噴出時氣流局部擾動，易造成陰陽極的污染，同時使得等離子風擾動，電弧不能有效持續穩定吹出，加快陽極的燒損，縮短陽極壽命。在一次風風速偏低時，更會加快加重燃燒器的結焦。
4.3.5渭水或斷水
    冷卻水箱的液位計故障較多，不能夠準確的指示液位，導致冷卻水箱多次被打空，造成系統斷水。運行中的斷水會立即導致陰陽極頭的急性損壞，嚴重影響陽極的壽命。陰陽極燒損或密封不良漏水后，也會直接導致斷弧。
    由于該液位計故障較多，因此采用了以下措施：
    ①在該液位計進出口管道上各安裝1個隔離閥門，這樣在液位計出現故障時，可以隔離系統，檢修該液位計；
    ②在冷卻水箱頂部再次安裝1個液位計，起到雙重監視液位的作用。
4.3.6陰陽極的燒損
    陰、陽極的燒損或損壞后會引起不易起弧或斷弧。按照廠家的資料說明：“陽極頭連續工作時間大于500 h，陰極頭連續工作時間大予50 h”。但在實際的運行中，陽極頭連續工作時間還不到200 h，陰極頭連續工作時同只有20 h左右，就出現燒損情況。因此要求運行人員加強等離子點火系統的監視，保證風壓、水壓均在正常范圍內，運行中保證各項參數調整合適，同時要求物資部門采購原配的陽極頭和陰極頭。
4.3.7陰極導桿卡澀
    因燃燒器處環境惡劣，污染比較嚴重，灰垢容易集結，陰極導桿很容易卡澀，難以調整陰陽極間隙，從而不能正常調整陰陽極間隙工作電壓，造成不能正常起弧，在間隙電壓過高時也容易導致斷弧。
5、保證等離子點火系統正常運行的措施
    根據廠家的有關資料，結合等離子點火裝置的實際使用情況，提出了一些整改措施，以保證等離子點火系統的正常運行。
    ①定期清理離心風機進口濾網，確保離心風機出口壓力不小于10 kPa。同時考慮將離心風機進口海綿濾網改為紙質空氣濾清器，以改善空氣質量。
    ②定期對等離子陰陽極部件進行清理檢查，防止陰極頭導管卡澀。
    ③在等離子裝置啟動投運前，運行人員應就地確認風壓和水壓是否正常，閥門開度是否合適，冷卻水箱水位是否正常，相關參數是否在推薦設置值范圍內，補給水箱應每周補水1～2次。投入等離子后，對應陰極頭的使用時間檢查間隙和工作電壓、電流，在工作電壓、電流超出正常范圍時，應調整間隙，保證工作電壓、電流在合適范圍內。
    ④定期對等離子燃燒器進行打焦。運行中應通過看火孔進行打焦，停爐后應及時進行徹底的除焦工作。
    ⑤當出現等離子斷弧故障時，首先檢查各參數的設置是否合理，不合理的應調整到合理范圍內。如各項參數均已經調整正常，等離子系統運行仍極不穩定，且頻繁斷弧，則陰陽極頭有可能已經到了使用期限，此時運行人員應及時聯系檢修人員辦理工作票，檢查整個等離子系統。常見的故障一般有陰陽極頭已燒損或受到污染；陰陽極頭燒穿出現漏水，陰極桿有卡澀；燃燒器處結焦等。在檢查發現有陰陽極燒損漏水情況時，應及時關閉漏水處等離子的進水閥門，確保其余未燒損等離子的正常運行，同時檢查冷卻水水位，及時補加冷卻水箱水位至正常。
    ⑥對陰極頭型號及使用壽命前后有差異的問題，由經營部聯系廠家分析原因并確保能夠提供正確的型號產品。
    ⑦針對等離子燃燒器噴嘴結焦頻繁的問題，建議運行人員在不需投等離子系統就能夠保證機組穩定運行的情況下盡量少投等離子燃燒器，多投運其余幾層燃燒器。
    ⑧由于等離子發生器在正常運行中有電弧熄滅的可能，導致未燃煤粉直接噴入爐膛，可能威脅鍋爐的安全穩定運行。因此在等離子發生器控制邏輯中增加了斷弧保護功能，在點火狀態時，若等離子發生·器出現斷弧，相應的給粉機跳閘，運行人員應該先吹掃該燃燒器，檢查出滅弧原因才能夠重新點火。
    ⑦煤粉在等離子燃燒器中燃燒時間很短，因此不可能完全燃燒，會有部分可燃物噴入爐膛，存在爐膛爆燃的隱患，因此應通過不斷的試驗來確定最佳運行方式，提高煤粉燃燒效率，減少爐膛爆燃隱患。
    ⑧根據等離子裝置投運實際情況，對等離子系統各參數設置值按照表2、表3值進行修改和設定：
6、結語
    根據襄樊電廠4號鍋爐等離子點火系統一年多來的運行情況看，雖然該系統存在著一系列的問題，但還是做到了基本上可以少油點火、無油穩燃，僅在特殊情況投油，同時考慮到該鍋爐燃用的煤種經常變化等一系列因素，因此可以說該臺機組的等離子點火系統改造還是比較成功的。從襄樊電廠2006年1號-4號鍋爐啟動及低負荷助燃用油情況的對比，可以看出4號機組改造后的節油效果是明顯的。
    另外，機組啟動及低負荷運行期間，鍋爐純燒油或油煤混燒，難免未燃燼的油滴粘污電極，至使鍋爐電除塵器無法正常投入運行，大量煙塵直接排放到大氣中，給環境帶來嚴重的污染；另一方面煙氣中的粉塵也會對鍋爐引風機葉片造成磨損。這些均給電廠帶來間接的經濟損失。因此，等離子點火系統投運的社會效益和經濟效益都是很可觀的。
（信息來自：富通新能源生物質鍋爐http://www.axspfw.cn/swzglcp/）