长期以来，火力发电机组锅炉的启停及低负荷稳燃消耗大量的燃料油。特别是对于新建的火力发电机组，其在试运期间要经过锅炉吹管、汽机冲转、机组并网、电气试验、机组带大负荷运行等许多阶段，此期间由于锅炉无法投磨或无法完全断油运行，因此要耗费大量的燃油。根据原电力部颁布的试运导则中的规定， 600MW机组试运期间燃油消耗的标准定量为9000吨，燃料费用十分可观。
我国是一个石油进口大国，国家鼓励推广节油和以煤代油技术，国家经贸委资源节约与综合利用司在“节约和替代燃料油十一五规划”中明确提出：电力行业等节约和替代燃料油的目标是3800万吨。
等离子煤粉点火是使用等离子火炬直接点燃煤粉使用煤粉火焰启动锅炉，达到以煤代油的目的。
1．等离子火炬点燃煤粉的基本原理
通常所说的用于煤粉点火的等离子体称之谓热等离子体。
小能量等离子火炬（100KW~几百KW ）能够直接点燃煤粉是因为风粉混合物通过等离子体时具有以下特点：
1.1 等离子体高温效应
空气等离子体是靠空气作为等离体形成气，等离子体形成气在等离子发生器阴极的电弧区形成被电离化的等离子气，这就是温度可高达3000~10000K的等离子火炬，被用作点燃煤粉的高温热源。被点燃的物质应是煤粉与空气的混合物。等离子炬与空气煤粉混合物相接触遇到3000K以上的等离子炬，首先发生物理变化，由于两者温度相差极大，煤粉颗粒遇热急剧膨胀，在0.1~0.005秒内分裂成8~10个细微颗粒，此即所谓的热爆炸，这使煤粉表面反应面积急剧增大，对加快煤粉的热化学反应速度与反应能力非常有利。同时，高温的等离子炬可使煤粉中挥发份的逸出速度加快，其成分包括CO、CO2、CH4、C6H6、 N2和H2O，这些挥发份气体与等离子气相火炬直接相互作用进入气相反应阶段。根据热化学反应原理，高温的等离子气体与挥发份气体化学反应活性加大，反应的活化能值降低，在这段反应过程中又可形成化学反应活性更大、活化能值更低的单个原子气体（O、H、N、C、S）、原子基团（NH、CH、CN、OH）以及电子气与相应的正负离子（C-、H-、CO-、N+、SI+、K+）,即所谓活化中心。由于进入气相反应所产生数量巨大的更有利于燃烧的原子、原子基团、电子气以及各种正负离子将数倍的加快氧化反应，甚至达到爆炸反应的程度，在反应的过程中迅速释放出大量的热量加速残余焦碳升华。这个过程伴随着碳从煤粉颗粒体积中向反应表面扩散释出，在均匀工况下燃烧时将加强碳与氧化剂的相互作用。这在一定条件下使火焰前端的传播速度大大加快。
煤粉中碳成分的气相转化率以及活性原子、原子团、电子气、各种正负离子的多少，关键在于等离子炬的核心温度，温度越高碳成分的活性气相转化率越高。当温度在 1600~1900K时，活性成分不超过1?，当温度在3000K时，活性成分达到7.5?，当温度在4000K时，活性成分达到41.5?，接近最大值，此后随着温度的升高活性成分缓慢增加。
1.2 等离子体化学效应
在等离子体中,热电离,光电离,解离和合成导致具有化学活性的组分: 氧原子,臭氧，离子和游离原子团,这些大大改变了在等离子体和其相邻区域内燃烧的状态。尤其是氧原子对着火温度、着火时间影响很大，有研究表明即使在氧化剂中含有少量的（约0.6％），也会使煤粉颗粒的着火温度降低3/8。使着火前的预热时间减少2/3。原子氧的这种浓度当T=2500K时就可以在空气中达到，当T=4000K时，浓度约为25%。
1.3 等离子体电物理效应
电弧产生等离子体,特别是在高压下,可能伴随在燃烧区里产生相当强的电场,这种电场的存在无论在气相中,还是在非均匀燃烧中,都可能对燃烧过程产生积极影响,可以把煤粉燃料的燃尽程度提高一倍以上［1］。
另外，等离子火炬的功率毕竟很小，要用小功率等离子火炬点燃大量的煤粉，不仅需要产生一个3000~10000K的等离子火炬；其次需要一个热化学反应室，提供一个反应和反应时间的足够空间，将等离子火炬的能量尽可能的用于使煤粉的挥发份及煤中碳成份的逸发，成为化学反应能力很强的可燃性气体，然后再与其他未被等离子炬激活的煤粉进行热化学反应作用，从而加速达到或超过煤粉的实际着火温度，实现点燃煤粉火炬的目的。
2. 等离子煤粉点火系统的基本构成
2.1 等离子点火煤粉燃烧器（简称等离子燃烧器）（plasma ignition pulverized coal burner）??由燃烧器本体、浓谈分离装置、等离子发生器耦合接口装置、方圆节等组成［2］。
2.2 等离子发生器（或称等离子点火器、等离子枪）（plasma producer）
2.3 电源装置（power supplies）??由隔离变压器、整流柜、高频引弧器、连接电缆等组成。如采用IGBT开关电源可省去隔离变压器。
2.4 压缩空气系统（compressed air system）??由空气压缩机、输送管路及阀门、油（水）气分离装置、压力传感器及显示仪表等。如使用厂用仪表气源可省去空气压缩机，如仪表气源满足使用要求可省去油（水）气分离装置；如采用高压风作为等离子形成气则整套系统改为风机系统。
2.5 冷却水系统（cooling water system）??由循环水箱、水泵、换热器、输送管路及阀门、温度传感器、压力传感器及显示仪表等。如采用厂用无盐循环水，循环水箱、水泵、换热器可省去。
2.6 风粉在线检测系统（air-coal powder online monitoring system）??由靠背管产生差压信号，用于在线监测一次风速，方便运行人员进行燃烧调整。
2.7 图像火焰检测系统（image flame monitors）??CCD摄像探头、通信传输电缆、显示与控制柜等组成。
2.8 控制系统(contral system)??由控制柜本体、直流24V电源、触摸屏、PLC、工控机、通讯电缆、编程电缆等组成。
3. 国内外研究发展与应用情况
我国和世界上许多专家长期致力于研究点火器和燃烧器以期减少火电机组的油耗。从七十年代初期开始美国CE公司、BW公司和西屋公司等都曾投入大量的人力和财力研究开发等离子技术用于燃煤锅炉的点火和稳燃。前苏联为解决每年2000万吨锅炉油耗问题制定5年（1986~1990）计划，由三个科学院对等离子技术和设备进行研究，至今这项科研工作在俄罗斯国内一直没有停止过，并于上世纪九十年代初以后在其国内以及蒙古国和北朝鲜得到应用。我国从七十年代中期开始，清华大学、华中工学院、哈尔滨锅炉厂、武汉锅炉厂等单位都曾进行过长期的研究和开发并分别在淮北电厂和潍坊电厂做过工业应用试验，点燃了少量煤粉，但一直没有研制出工业应用的成功产品，
九十年代，澳大利亚太平洋公司研制出容量为50Kw的等离子点火煤粉燃烧器并应用于曼莫拉电厂300MW机组。该产品只适用于挥发份25?以上的烟煤，必须采用氮气做等离子体形成气以避免电极烧损，此外煤粉必须采用精细煤粉。因此必须配套使用制氮机、精细粉磨煤机等设备，整套系统设备价格昂贵，且不能燃烧贫煤和无烟煤。
俄罗斯和哈萨克斯坦均已经完成了等离子弧点燃烟煤的工业试验，但设备简陋、设备损坏率高、部分配套设备如电源技术落后、自动化程度低尚、不能作为工业产品广泛地推广应用。1995年11月 30日开始，哈萨克斯坦动科院在中国宝鸡电厂先后做了5次工程应用试验，均因设备损坏而失败。1997年3月俄罗斯新西伯利亚动科院与我国广州鑫际等离子有限公司在我国广东韶关电厂利用煤粉等离子点火技术点燃劣质无烟煤试验，历时5年也均因设备损坏而失败。
国内外的研究在理论上也取得了很大进展，如：“煤粉通过4000K以上等离子体时瞬间析出和再造挥发份20~100?，引起煤粉松裂、爆炸燃烧”，“煤粉通过等离子体高温区域发生热化学反应的过程及其生成物质”，“煤粉通过等离子高温区时有C+H2O CO+H2 化学反应再造挥发份”，“作为点火源的等离子体功率与被点燃煤粉的功率比值”等研究成果，为后人的研究奠定了理论基础。
烟台龙源电力技术有限公司利用前人理论研究成果，在前人工作的基础上，吸取了他们的经验教训，针对他们存在的问题进行攻关，从1997年到2000年历时3年多，于2000年初在烟台电厂1#炉（220t/h）上采用四台等离子点火煤粉燃烧器（不能作为主燃烧器使用）点燃了烟煤，在我国历史上第一次实现了电站燃煤锅炉无油启动和低负荷稳燃。
从上世纪七十年代中期至今清华大学在这方面科研开发工作断断续续一直未中断，但未取得实质性进展。最近和俄罗斯有关科研单位有合作意向，正在洽谈，结果如何不太清楚，但一直未见其产品应用于实际工程。
4. 国内某些公司失败的原因及经验教训
上世纪九十年代随着我国经济体制改革的深入，综合国力的不断增强，股份制企业、民营企业的崛起，具备了以企业为投资主体的条件。尤其上世纪九十年代后期随着我国经济规模的急剧膨胀，中国由石油出口国变为石油净进口国，到目前我国石油进口的依赖度已接近 50?,以煤代油，节约燃油已成为国家一项基本的能源政策。一部分掌握国家政策动向的企业，抓住了这一商机，在此领域投入了大量的人力、财力、物力。第一个涉及此领域的企业是广州鑫际等离子有限公司，该公司于一九九七年与俄罗斯全俄等离子动力股份有限公司新西伯利亚动科院合作，引进其人才、技术和设备，在广东省韶关电厂6#炉（220t/h）进行了长达五年的工程应用试验，但最终以失败而告终。既然俄罗斯的技术在其国内以及蒙古国和朝鲜得到了应用，为什么在我国五年的工程应用试验以失败告终呢？根据我们的调查和了解原因是多方面的。其主要原因有：
4.1 是俄罗斯人对中国的国情不了解，对中国的煤质情况不了解，同样功率的等离子发生器能够点燃俄罗斯的优质烟煤点燃不了韶关电厂的劣质无烟煤；
4.2 忽略了点火条件，即：无油、三冷（冷炉、冷风、冷粉）条件下点燃挥发份≤8?，灰份≥35?的劣质无烟煤。
4.3 试验条件不具备，如：供粉系统工作不正常、没有提供洁净的等离子发生器冷却用除盐水，使用的是普通的江河水，污物堵塞等离子发生器冷却通道，造成其不能正常工作。
4.4 是俄罗斯人提供的设备适用于俄罗斯电厂的运行工况，不适用于我国的运行工况，过于简陋，自动化程度太低。我们要求等离子点火系统所有设备在启炉点火结束后始终处于热备用状态，随时准备因煤质变化或负荷变化投用等离子点火系统，而俄罗斯电厂的煤热值高、挥发份高、灰份低，一般均为优质烟煤，燃烧稳定不会熄火，也无需调峰，启炉点火结束后即可从炉子上拆下等离子发生器备下次启炉时使用，自动化程度无需太高。
尽管工程应用试验是失败的，但它给后人留下了很多宝贵的经验和教训。具体讲有如下经验教训：
1）在技术尚不成熟的情况下，尽可能的不要涉足贫煤、无烟煤，因为其挥发份低、灰份高，要求着火热大、着火温度高，要求点火源的功率就要大，其等离子炬与煤粉的燃功比达到1：50，而点优质烟煤燃功比仅为1 ：200［3］，相比之下要求的点火源功率要小的多。点火源也就是等离子炬的功率加大后带来的问题是等离子燃烧器也就是马弗炉（又叫热化学反应室）的耐温问题、温度太高带来的结渣问题等很难处理。采用耐热钢由于其保温性能差等离子燃烧器内很难达到一千度以上，即使达到，在此温度下又很难保证其物理机械性能。如采用耐高温陶瓷虽然解决耐温和炉温问题，但又带来了新的问题，陶瓷容易挂焦结焦以及冷热急变造成陶瓷内衬的损坏。一旦陶瓷内衬结焦便会迅速长大，堵塞携粉一次风的流通面积，改变气流方向，造成气流紊乱，降低气膜风对一级管的冷却效果，最终导致一级管局部过热而烧穿。其次大功率等离子发生器体积相应较大，在等离子燃烧器上安装困难，就要考虑使用两台等离子发生器同时工作，一般50MW机组φ377一次风管上就需安装两台等离子发生器，运行维护量加大、可靠性降低、成本增加。此外大功率离子发生器的配套设施能力亦相应增大，如：电缆线径、压缩空气设备、水冷却设备、电源设备等。电源配套电力也非常大， 50MW机组单台等离子燃烧器就需600KVA，如按四角布置四台需要2400KVA，占用很大的厂用电力，并且由于电源设备体积庞大还需占用较大专用厂房。总之在初期技术尚不成熟的情况下，如果涉足贫煤、无烟煤，问题多而复杂，成功的把握性很小，广州鑫际公司就是一个例证。
2）所谓无油等离子点火是一个理想的目标，刻意的去追求无油没有多少现实意义，初始阶段能够节约80~90?已经是很好的结果了，待技术成熟后再去追求真正的无油点火的目标，所以不能为了检验等离子点火系统的技术先进性、可靠性就一滴油不用。
3）在可能的情况下尽可能的提供有利于等离子点火系统工作的条件，如投大油枪适当暖炉、邻炉借热风或制备热风启磨实现热风送粉等。不能人为设置最不利于等离子点火系统工作的条件和工况，这不利于新技术、新装备的推广和应用。
4）工程应用前应先进行必要的冷态和热态的数值模拟试验，确定各种设备结构参数和设备运行参数，并在一比一的试验台上进行实际的燃烧试验，以校验各种参数的正确性。切不可直接将未经验证的装备应用于锅炉，那是相当危险的，将可能导致供需双方经济损失巨大，企业的声誉也将可能受到损害。
5）越是试验装备其自动化、智能化要求要越高，这样即便试验不成功，设备得到了保护，可以从容的对其加以改进或更新，应尽可能的避免电源烧毁、煤粉燃烧器烧穿、等离子发生器电极损毁情况发生，尤其是煤粉燃烧器不能出现故障，更不能发生煤粉在炉内的爆燃事故。火焰检测及炉膛灭火保护系统应安全可靠，最好采用图像火检，或采用图像实时监控和开关量火检联合使用，以避免爆燃事故的发生。
6）工程应用试验时要保证其他电站辅机工作正常，如给粉机、磨煤机、风机、水泵等，试验期间保证煤质稳定、供粉正常。
7）保证各种介质符合设备运行要求，如无油无水压缩空气，洁净的高压风，洁净的符合温度要求的除盐水等。
5． 国内某些公司成功的经验和存在的问题
1997年烟台龙源电力技术有限公司（以下简称龙源公司）在总结宝鸡电厂、韶关电厂经验教训的基础上，从烟煤开始起步，从220t/h锅炉做起，开发出150Kw同轴单气室电磁压缩空气等离子发生器及其配套的全桥控晶闸管直流电源和气膜冷却多级燃烧式马弗炉。2000年初在山东烟台电厂50MW机组220t/h锅炉上进行了工程应用试验取得了成功，龙源公司近几年在工程应用的实践中不断的摸索，取得了一些成果和好的经验，但是仍然存在以下问题：
5.1 对煤种的适应性太差，仅适用于优质烟煤，其原因是它采用的同轴单气室等离子发生器无法将功率做大，这种结构的发生器是仿照原宝鸡电厂哈萨克斯坦生产的第一代产品，所不同的是龙源公司将阴极材料由石墨或铜改为纯银，使用寿命有所增加，即便如此在 100Kw出力时也仅能使用40小时（标称50小时），最大出力120Kw（标称150Kw）时仅能使用30小时，150Kw以下这种出力的发生器只能用来点燃优质烟煤，无法点燃贫煤、无烟煤，而超过150Kw出力时阴极寿命又太短没有实用价值。换言之，龙源公司还没有解决大功率等离子发生器的问题。此外，即便解决了大功率等离子发生器的问题，其针对无烟煤配套的煤粉燃烧器材料耐温问题、高温结渣问题他们也没有得到很好的解决。
5.2 等离子发生器的电极寿命太短，同轴单气室等离子发生器基本的工作原理类似于工业上常规的等离子割具，只不过工作电压较高、功率较大而已，而目前等离子割具的电极材料本身就没有得到很好的解决，虽然龙源公司采用了贵金属银作为阴极材料但其工作寿命也只有30~50小时。由于电极尤其是阴极寿命太短，造成现场频繁更换电极、维护等离子发生器的工作量极大。
5.3 等离子发生器结构复杂，主要在两个方面：一是电磁压缩线圈体积较大，绕制困难且工作时需通水冷却，增加了一路冷却水；二是变极距电动引弧装置，电机极其减速机构易发生故障。
5.4 全桥控晶闸管整流电源技术落后，效率低下，仅60%，占用了很大厂用电力资源，电源附属设备?隔离变压器体积庞大，需专用厂房布置，增加了用户的改造费用。
6． 徐州燃烧控制研究院有限公司（XCC）开发了新一代等离子煤粉点火技术
上世纪九十年代，我国点火燃烧控制领域的领军企业徐州燃烧控制研究院（XCC的前身）就此科研工程对国家政策、行业发展趋势、市场需求曾进行过广泛的调研和分析，科研人员还就此撰写了可行性研究报告。对等离子煤粉点火技术进行攻关，历时数年。XCC的介入不是对他人工作的简单重复，而是在总结前人失败的教训、成功的经验的前提下，有所发明、有所创新。
XCC在等离子煤粉点火技术方面的技术优势主要有以下几点：
6.1 等离子发生器采用同轴双气室空气压缩的结构，这种等离子发生器不需要另设电磁线圈压缩电弧，不同于市场上的同轴单气室电磁压缩空气等离子发生器。由于电磁线圈是串接在主回路中需要消耗较多的电能，而且电磁线圈因为发热需要通冷却水，又带走了部分热量，因此降低了电热转换效率。例如在100Kw时,XCC 研制的等离子发生器火焰长度可以达到500mm，而带电磁压缩的等离子发生器火焰长度仅有400mm。