等離子燃燒技術在600MW發電機組中的應用

蘆海慶

大型工業煤粉鍋爐的點火和穩燃傳統上都是采用燃燒重油或天然氣等稀有燃料來實現的，近年來，隨著世界性的能源緊張，原油價格不斷上漲，火力發電燃油愈來愈受到限制。因此鍋爐點火和穩燃用油被做為一項重要的指標來考核，為了減少重油（天然氣）的耗量，必須采用與傳統上完全不同的全新工藝，這種工藝應既可保證提高燃燒過程的經濟性，又可以改善火電廠的生態條件——DLZ-200型等離子煤粉點火燃燒器，采用直流空氣等離子體做為點火源，可點燃揮發份較低的（10%）貧煤，實現鍋爐的冷態啟動而不用一滴油，是未來火力發電廠點火和穩燃的首選設備，本文從經濟、環保、高效、簡單和安全幾方面介紹了采用等離子點火燃燒器的優點。

等離子；燃燒；節能；應用

1.等離子系統概述

等離子燃燒器是借助等離子發生器的電弧來點燃煤粉的煤粉燃燒器，在煤粉進入燃燒器的初始階段使用等離子弧將煤粉點燃，并將火焰在燃燒器內逐級放大，可在爐膛內無火焰狀態下直接點燃煤粉，從而實現鍋爐的無油啟動和無油低負荷穩燃。

壓縮空氣是等離子電弧的介質，等離子點火系統配備壓縮空氣系統，由兩臺風機供給，互為備用。該系統同時供應等離子圖像火檢探頭的冷卻和吹掃氣源。

等離子發生器的陰極和陽極需要冷卻水以高的流速沖刷。冷卻水溫度不能高于30℃，否則冷卻效果差。

為了在等離子燃燒器運行時能夠監測一次風速，在一次風管加裝一次風速測量系統，同時等離子點火系統中為每個等離子點火燃燒器配置了一支高清晰圖像火檢探頭，以便運行人員能夠監視等離子點火燃燒器運行情況。

2.等離子點火燃燒系統

如圖1所示，等離子發生器產生穩定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的中心筒中形成T>5000K的梯度極大的局部高溫區，煤粉顆粒通過該等離子“火核”受到高溫作用，并在10-3秒內迅速釋放出揮發物，并使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。

圖1等離子燃燒器示意圖

煤粉的濃度影響煤粉的著火溫度，在點火區適當提高煤粉濃度有利于點火，可在彎頭內加入彎板或扭轉板，改變進入點火區的煤粉濃度分布（如圖2所示）。

圖2煤粉濃度示意圖

3.DG2070/17.5- 6型鍋爐簡介

寧夏大唐國際大壩發電公司三期5、6號機組鍋爐為東方鍋爐廠生產的亞臨界參數、自然循環鍋爐，配備東方汽輪機廠NZK600-16.7/538/538型直接空冷汽輪機和東方電機廠QFSN-600-2-22C型發電機，額定功率600MW。

A.鍋爐設備概述

DG2070/17.5- 6型鍋爐由東方股份有限公司制造的，亞臨界參數、自然循環、前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風、固態排渣、全鋼構架的 型汽包鍋爐，其空氣預熱器置于鍋爐主柱外。

爐膛四周水冷壁由管徑 66.7？mm、節距92mm的管子加焊扁鋼焊接成膜式壁。在爐膛上部垂直布置有屏式過熱器，水平煙道由上部后墻水冷壁管繞制而成，在折焰角上方水平煙道內按照煙氣流動風向依次布置有末級（高溫）過熱器和高溫再熱器；尾部后豎井四周由包墻過熱器組成，尾部豎井煙道被中隔墻分為兩部份，前后分別布置低溫再熱器和低溫過熱器，低溫再熱器和低溫過熱器被省煤器中間聯箱引出的吊掛管懸吊；其后分別布置省煤器、煙道擋板、空氣預熱器。

制粉系統采用中速磨、正壓直吹式系統，配置六臺由上海重型機械廠制造的HP1003型磨煤機，正常運行5臺，1臺備用，每臺磨煤機出口為5根一次風管引入旋流煤粉燃燒器，為同一層的煤粉燃燒器提供風粉混合物，煤粉細度R90為20%。

旋流煤粉燃燒器采用東方鍋爐廠自行設計的外濃內淡型低NOx旋流煤粉燃燒器（DBC-OPCC型），布置于爐膛前后墻水冷壁上，分成上、中、下三層，每層各5只，總共30只，在最上層燃燒器上面布置有燃燼風噴口，前后墻各一層，每層各5只，總共10只。煤粉燃燒器層間距為4400mm，列間距為3680mm，最外側燃燒器中心線到兩側墻水冷壁中心線的距離為2990mm，最上層煤粉燃燒器中心線到燃盡風調風器中心線的距離為4000mm。

在每一只主燃燒器內都設有中心風管，在A層燃燒器內布置有等離子點火裝置，其他各層燃燒器內，布置點火油槍、高能點火器等設備。

B.DG2070/17.5- 6型鍋爐參數

下面就DG2070/17.5- 6型鍋爐的熱力特性、一二次風速、燃料特性等列表說明。

表1鍋爐熱力特性

表25、6號鍋爐設計煤種為寧夏靈武羊場灣礦煙煤

表3煤粉燃燒器規范

C.等離子點火系統簡介

大唐大壩發電公司5、6鍋爐安裝的等離子燃燒系統由點火系統和輔助系統兩大部組成。點火系統由等離子燃燒器、等離子點火器、電源控制柜、隔離變壓器、控制系統等組成，輔助系統由壓縮空氣、冷卻水、圖像火檢、一次風蒸汽加熱系統等組成。

5、6鍋爐等離子點火系統共設計各有一套等離子點火裝置，其中五支等離子燃燒器分別裝在鍋爐A層五支主燃燒器中，該燃燒器具有等離子點火和穩燃功能，五套電源控制柜和隔離變壓器安裝在鍋爐17.5m平臺，系統控制是通過與DCS通訊聯系方式，進行等離子點火系統的控制。

表4等離子系統規范

4.等離子點火系統的運行

A.等離子系統的投運

在CRT上將A磨煤機運行方式置“等離子”方式。

啟動一次風機，調整一次風壓力合格。

調節A磨煤機入口風量，維持磨出口一次風速在23m/s左右。

開啟A磨煤機煤粉管出口氣動隔離門，開啟A磨煤機入口冷熱風門、總風門，保證A磨煤機入口溫度大于150℃，進行暖磨，直至出口溫度大于75℃。

調節A層燃燒器二次風，維持此層風門在15%開度。

按順序依次啟動1～5號等離子發生器引弧；調節電弧功率在110KW左右。檢查確認離子發生器1～5號引弧成功。

啟動A磨煤機。檢查A磨煤機轉動正常后，啟動A給煤機，逐漸加大給煤量。

調整等離子裝置的電弧功率，就地觀察等離子點火燃燒器煤粉燃燒情況，確認等離子點火燃燒器燃燒穩定正常。適當調整A磨煤機的出力，并對一、二次風進行調整。

B.等離子系統運行中的注意事項

等離子點火燃燒器投入運行的初期，要注意觀察火焰的燃燒情況、電源功率的波動情況，在燃燒器顯示壁溫超過400℃或超過300℃且壁溫仍然上升較快時，應及時采取降低壁溫的措施，包括降低磨煤機出力、加大磨煤機的入口風量、降低等離子發生器功率等，燃燒器顯示壁溫超過500℃時，應停止該燃燒器進行檢查。

鍋爐啟動過程中，A磨等離子投運后，當A給煤機給煤量達到40～50t/h時，穩定燃燒一段時間后，就地用測溫槍測量爐膛溫度，當爐膛溫度達到500℃以上時，可根據需要啟動C磨運行。

等離子點火裝置投運過程中，注意監視汽包壓力、過熱器蒸汽溫度。

等離子點火燃燒器投入運行過程中，對鍋爐的膨脹加強檢查、記錄。

等離子點火燃燒器點火前和點火的過程中，根據給煤量與磨煤機入口風速等參數，做好風粉速度、煤粉濃度等重要參數的調整。

當A磨煤機在“等離子方式”下運行，5支等離子點火燃燒器中的1支發生斷弧時，光字牌將發出聲光報警。此時應及時投入斷弧點火器上層的油槍，同時檢查斷弧原因，盡快恢復點火器的運行。

當A磨煤機在“等離子方式”下運行，5支等離子點火燃燒器中的2支發生斷弧時，保護將停止A磨煤機的運行，此時應仔細檢查斷弧原因，待問題解決后再繼續投入運行。

當鍋爐投入三臺磨煤機時，應及時將A磨煤機運行方式切至正常運行方式，防止因等離子點火燃燒器斷弧造成A磨煤機跳閘。

為了確保冬季等離子暖風器暖風效果良好，在調試中，檢查進汽溫度參數滿足壓力0.8MPa，溫度300℃的要求。暖風器應該盡早暖管，以便能夠盡早投入，當通過調整暖風器疏水門來調整用汽量，當全開疏水后無法達到風溫140～160℃，可通過適當提高蒸汽聯箱壓力。

正常運行或機組啟動時，A磨煤機對應的煤倉要配上高熱值、高揮發份煤種，以得到點火、穩燃的更好效果。

4.結語

在當前世界性能源緊張，原油價格不斷上漲的條件下，等離子燃燒技術節能、高效、安全、環保的獨特優勢，是火力發電廠做為點火啟動和低負荷穩燃的首選技術。我公司采用的發生器為磁穩空氣載體等離子發生器，能量密度高達105～106W/cm2，為點燃不同的煤種創造了良好的條件。

等離子燃燒技術的應用，使我公司5、6號機組調試和投入商業運行以來，燃油的使用量大大減少，機組小修后冷態啟動僅僅用燃油2.2噸，2011年機組B級檢修深度滑停時，汽輪機缸溫降至285℃，僅用油1.6噸，與沒有采用這項技術的同類型機組相比降低了生產成本近千萬元，不但提高了企業的經濟效益，而且使企業在市場競爭日趨激烈的今天能夠處于優勢地位。所以該項技術今后乃至很長一段時期在電力、化工、鋼鐵等行業將是不可替代的，而且會更加完善、更加實用。

[1]周謨仁.等離子點火技術.北京：中國建筑工業出版社，2006

[2]關醒凡.等離子節能與應用.北京：機械出版社，2005

[3]胡沛成.火電廠輔機設備.北京：水利水電出版社，2002