鍋爐等離子點(diǎn)火技術(shù)

電站鍋爐等離子體煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)是由中國(guó)科技大學(xué)與皖能集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)的新型系統(tǒng)，屬低溫等離子體物理應(yīng)用技術(shù)成果。

電站鍋爐等離子體煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)

中國(guó)科技大學(xué)與皖能集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)的電站鍋爐等離子體煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)在合肥發(fā)電廠5號(hào)機(jī)60萬千瓦機(jī)組獲得成功應(yīng)用。

該系統(tǒng)由中科大熱科學(xué)和能源工程系與皖能集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)，屬低溫等離子體物理應(yīng)用技術(shù)成果。它利用大功率等離子體電弧所產(chǎn)生的高溫火焰，在專門設(shè)計(jì)的煤粉燃燒器內(nèi)瞬間點(diǎn)燃煤粉顆粒并釋放可燃?xì)怏w，一次風(fēng)粉在燃燒器的作用下火焰逐級(jí)放大并噴燃進(jìn)入鍋爐爐膛，實(shí)現(xiàn)等離子體點(diǎn)火。使用等離子體點(diǎn)火技術(shù)，在新機(jī)組調(diào)試運(yùn)行期間可節(jié)省約千萬元。

與現(xiàn)有的類似系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)采用氣旋穩(wěn)弧等離子體發(fā)生器技術(shù)，點(diǎn)火器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，等離子體電弧穩(wěn)定，電極壽命長(zhǎng)，點(diǎn)火器熱效率高，在合肥發(fā)電廠5號(hào)機(jī)組調(diào)試過程中，陰極壽命達(dá)到200小時(shí)以上，是目前普通商業(yè)陰極壽命的4倍；系統(tǒng)采用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)設(shè)計(jì)的多級(jí)火焰放大燃燒器適應(yīng)工況范圍更廣，工作更可靠，設(shè)計(jì)工況內(nèi)燃燒器不超溫、不結(jié)焦，放大燃燒性能穩(wěn)定。專家表示，其性能和關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

該系統(tǒng)主要應(yīng)用于發(fā)電行業(yè)大型燃煤火力發(fā)電廠煤粉鍋爐的啟動(dòng)點(diǎn)火與穩(wěn)燃，也可用于其他工業(yè)領(lǐng)域類似的煤粉鍋爐的點(diǎn)火與穩(wěn)燃，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油點(diǎn)火技術(shù)。專家稱，合肥發(fā)電廠5號(hào)機(jī)組如果采用燃油點(diǎn)火系統(tǒng)，調(diào)試期間的用油運(yùn)行費(fèi)用約為1200—1400萬元；而采用等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)，其運(yùn)行費(fèi)用只需300萬元，調(diào)試費(fèi)用節(jié)省約1000萬元。該機(jī)組通過168小時(shí)考核運(yùn)行后，等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行消耗費(fèi)用只是燃油點(diǎn)火系統(tǒng)的1/4。2100433B

鍋爐點(diǎn)火指的指通過點(diǎn)火器與引火燃料在鍋爐點(diǎn)火準(zhǔn)備完成后打開引火燃料閥門，再打開點(diǎn)火開關(guān)，待其燃燒火焰穩(wěn)定正常后，關(guān)閉點(diǎn)火系統(tǒng)的過程。

目的：使鍋爐內(nèi)部增壓，升溫，讓鍋爐燃料進(jìn)入爐膛能穩(wěn)定進(jìn)行著火穩(wěn)定燃燒

點(diǎn)火前準(zhǔn)備：必須打開煙道擋板和風(fēng)道擋板，通風(fēng)10~15分鐘，以引入新鮮空氣及排除爐膛和煙道的殘存可燃?xì)怏w。

（點(diǎn)火失?。貉杆訇P(guān)閉引火燃料閥門，并查清原因妥善處理，再增大配風(fēng)，排除爐內(nèi)可燃?xì)怏w后再重新點(diǎn)火）

鍋爐點(diǎn)火指的是通過鍋爐來起火源。2100433B

激光等離子體點(diǎn)火技術(shù)具有點(diǎn)火位置和時(shí)序精確可控、電磁兼容性好、工況適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，在內(nèi)燃機(jī)、天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)上具有廣泛的應(yīng)用前景。項(xiàng)目針對(duì)激光等離子體點(diǎn)火參數(shù)和機(jī)理不明確的研究現(xiàn)狀，開展了激光等離子體點(diǎn)火機(jī)理研究，獲得了如下創(chuàng)新性研究成果。 1）建立了甲烷/氧氣混合燃?xì)饧す獾入x子體點(diǎn)火化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，研究了熱效應(yīng)和燃燒化學(xué)反應(yīng)效應(yīng)在點(diǎn)火過程中的作用，明確了影響成功點(diǎn)火的關(guān)鍵因素是初始火核中激光等離子體產(chǎn)生早期形成的活性基團(tuán)的濃度，提出了“熱效應(yīng)-燃燒化學(xué)反應(yīng)”點(diǎn)火新機(jī)理，完善了現(xiàn)有的“間接點(diǎn)火”模型。 2）系統(tǒng)獲得了甲烷/氧氣混合燃?xì)饧す庹T導(dǎo)等離子體的電子溫度、電子密度、時(shí)空演化、活性粒子分布、振轉(zhuǎn)溫度等特性，為分析激光等離子體點(diǎn)火機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。 3）系統(tǒng)開展了甲烷/氧氣預(yù)混和擴(kuò)散燃?xì)庀到y(tǒng)激光等離子體點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)研究，建立了最小點(diǎn)火能量、點(diǎn)火延時(shí)等參數(shù)的研究方法，獲得了相關(guān)參數(shù)的邊界條件，為激光等離子體點(diǎn)火的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 4）提出了激光燒蝕等離子體點(diǎn)火技術(shù)，使成功點(diǎn)火的激光脈沖能量降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，有利于激光等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)的小型化，促進(jìn)了激光等離子體點(diǎn)火技術(shù)的工程應(yīng)用。 5）在國(guó)內(nèi)最先開展了液氧/甲烷等低溫燃料的激光等離子體點(diǎn)火研究，突破了低溫推進(jìn)劑燃料可靠重復(fù)點(diǎn)火的技術(shù)瓶頸，在姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒模擬器上成功實(shí)現(xiàn)了液氧/甲烷的激光等離子體點(diǎn)火，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。 6）克服了超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中湍流耦合、激波干擾等惡劣條件，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了Ma2.52超聲速氣流條件下航空煤油的直接激光點(diǎn)火和穩(wěn)定燃燒，為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠重復(fù)點(diǎn)火奠定了基礎(chǔ)。 本項(xiàng)目的研究成果對(duì)于加深激光等離子體點(diǎn)火機(jī)理的研究、促進(jìn)激光等離子體點(diǎn)火的工程應(yīng)用具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值，為火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)等先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)的可靠重復(fù)點(diǎn)火提供了重要的技術(shù)支撐。 2100433B