等離子點火裝置常見的問題及改善措施

鄭長川

摘要： 本文針對電廠中等離子點火裝置存在的煤粉燃盡率低、點火斷弧、陰極壽命短、煤粉著火延時等問題進行了具體分析，并提出解決措施。

關鍵詞： 電廠等離子點火裝置問題措施

電廠中等離子點火裝置存在煤粉燃盡率低、點火斷弧、陰極壽命短、煤粉著火延時等問題。本文對這些問題進行了分析，并提出了解決措施。

一、點火初期煤粉燃盡率低

等離子點火技術可以在燃燒器內部形成局部高溫，迅速點燃煤中的揮發分，但是熱強度不足，無法提供煤粉后期固定碳燃燒所需的熱量，同時，由于在點火初期爐膛溫度較低，煤粉中固定碳的燃盡率很低。電廠鍋爐在第一次使用等離子冷態無油點火技術啟動后，鍋爐飛灰含碳量很大。

（一）點火初期煤粉燃盡率低的原因

1.對于一定的煤種來說，等離子點火可以迅速點燃煤中的揮發分并進一步點燃部分煤粉，而煤中固定碳的燃燒速度主要取決于燃燒的溫度。此時，提高燃燒、強化燃燒過程的最有效、最直接的方法就是提高燃燒溫度。而在等離子冷態點火初期，爐內溫度較低，煤粉不能完全燃燒。

2.在等離子點火初期，煤粉濃度低于等離子技術要求的最低濃度范圍。因此，等離子點火初期著火情況達不到設計要求。為了防止因為飛灰含碳量高而造成鍋爐尾部煙道再燃燒或者空預器、除灰設備燃燒的重大事故，須采取必要措施，盡量提高等離子點火初期的煤粉燃盡率。

（二）提高煤粉燃盡率的措施

1.適當提高煤粉細度。提高煤粉細度可以增加單位質量煤粉的表面積，有利于穩定燃燒和燃盡。試驗研究發現，煤粉燃盡時間與顆粒直徑的平方成正比，當鍋爐燃用煤質一定時，適當提高煤粉細度能顯著提高煤粉氣流著火的穩定性。在點火初期磨煤機分離器出口擋板開度厚為50%，我廠調整為40%；同時，調整磨煤機的加載力偏低，由0—0.5MPa增加到3—4MPa，飛灰含碳量明顯降低。

2.合理降低一次風速。合理的一次風速對于煤粉的著火和燃盡尤為重要，尤其是在等離子點火初期。在試運行初期，磨煤機出口一次風速在20—22m/s，著火不穩定，爐膛負壓擺動也較大，在-350—+l00Pa之間波動。隨后，先降低一次風速至16—18m/s，待點燃后再增加一次風速。這樣調整以后，點火過程中火焰較為穩定，火焰顏色較為明亮；同時，爐膛負壓的擺動幅度降至-150—+60Pa之間。隨著爐膛溫度升高、給煤量增加，燃燒狀況愈加穩定。但在操作過程中一次風速不可以降得過低，以免煤粉在一次風管中沉積，造成一次風管堵塞、燃燒和制粉系統爆炸。操作過程中應密切監視制粉系統風量、風壓等參數的變化，降低事故的發生概率。

3.提高磨煤機出口溫度。磨煤機出口溫度對于等離子燃燒器冷態點火的著火特性影響很大。一次風溫度高，可以縮短煤粉預熱至揮發分著火所用的時間，使得煤粉的著火提前，從而加快煤粉的燃燒和燃盡。因此，在點火初期應該盡量提高磨煤機出口的一次風溫。在點火初期，由于等離子暖風器用汽量不足，煤質水分含量大，導致磨煤機出口風粉混合物溫度只有50—55℃，點火困難，著火不穩定。我廠將磨煤機出口風粉混合物溫度升至65—70℃，火焰明亮無閃爍，爐膛負壓擺動幅度減小，煤粉燃燒情況得以改善。

4.盡快提高爐膛溫度。爐膛溫度對于提高煤粉燃盡率，降低飛灰含碳量有顯著的影響。因此，在冷態啟動過程中應提前做好各種準備工作，在滿足鍋爐升溫、升壓曲線的前提下，盡快提高爐膛溫度。

采取上述各種措施后，鍋爐飛灰可燃物含量大幅下降，點火初期只為25%左右，投入第2臺磨煤機后，飛灰含碳量低于15%，進一步降低了因飛灰積聚而導致的鍋爐尾部煙道二次燃燒、預熱器和除灰設備著火等事故的發生。

二、等離子點火斷弧

等離子調峰過程中經常發生的斷弧現象，是制約等離子點火器使用的一個關鍵問題。

（一）等離子點火斷弧的危害

1.影響機組安全運行。等離子點火裝置安裝在鍋爐的兩個對角，也可以四角安裝，一般在鍋爐啟動或者鍋爐燃燒不穩時投入，來維持鍋爐的穩定燃燒和冷態啟動，如果此時有一個角的等離子斷弧，將影響燃燒效果，若兩個角的等離子都斷弧，就會造成爐膛滅火保護動作，產生連鎖反應，造成其他設備聯動，影響安全生產。

2.影響經濟效益。等離子耗電耗煤，陰陽極費用、維護費用、點火費用、啟停費用都不低，所以如果等離子點火裝置不能正常使用，對經濟的影響是巨大的。

（二）等離子點火斷弧的原因分析

1.膛內拉弧。等離子點火器的點火原理為：點火器的陰極與陽極接觸后放電，放電電流在300mA，電弧在線圈磁力的作用下拉出噴管外部。具有0.01MPa以上的壓縮空氣在電弧的作用下，被電離為高溫等離子體，其能量密度高達105—106W/cm2。在壓縮空氣的作用下，電弧的拉弧點特別容易發生變化，使陰極與膛體拉弧而燒毀設備。

2.電源波動。我廠等離子點火煤粉燃燒器的功率組件與直流控制器采用的是美國與德國進口的設備，產生的電源有極強的恒流能力，但是對輸入電源的品質要求非常高，電源電壓的波動不允許超過±1%。

3.風壓、水壓影響。數次試驗證明，風壓在等離子點火過程中的作用，是提供被電離等離子體的介質和等離子體的助推氣體。風壓的大小將直接影響電弧的長短，溫度的高低和能量大小，同時其對陽極還有極強的識別能力，即使陽極發生很小的變化，對應的風壓也必須隨之變化。水壓在等離子點火過程中起到的是冷卻陽極、陰極和線圈的作用，避免高溫電弧將陽極、陰極與線圈燒損，因此水壓只要保持在0.25Mpa以上就可以。

4.陽極污染。陽極實際上是一個接地的金屬導體，當陰極與陽極接觸之后判斷電壓為零，開始加電流。陰極后退的同時增加電壓，才能產生電弧。因此，陽極必須保持清潔，接觸面、啟弧點、放電部位的對地電阻應在2.5Ω以下，最好為0。

5.通訊故障。整流柜與PLC，PLC與上位機分別采用RS485和RS232通訊方式進行數據傳輸。通訊卡件，通訊電纜，適配器，程序設置，任何部分出現問題會引發通訊故障。

（三）為防止斷弧而采取的措施

1.對設備進行改進。我們經過近一年的研究和實驗，在爐膛內拉弧之后，最終確定了一種保護方法——在陽極起弧點內壁加絕緣套。絕緣套，顧名思義，是一個雙層的套筒，外套筒為絕緣材料，內套筒為金屬材料。金屬起到支撐作用，絕緣物使膛內被保護部分與大地絕緣，這樣就避免了意外而造成的膛內拉弧、燒膛斷弧現象的發生。

2.嚴格管理制度，明確各自的職責。

（1）制定等離子點火操作記錄。向運行人員提供各臺爐等離子煤粉燃燒點火器的風壓、水壓、電流、電壓等各項參數，并記錄操作步驟。檢修人員處理等離子煤粉燃燒點火器的缺陷后也在操作記錄、登記故障原因，處理結果。消耗品的更換及使用情況。

（2）檢修人員每月進行一次陽極污染清理。陰極運行20小時以上更換陰極頭，每次大、小修都要對等離子煤粉燃燒器進行全面拆裝檢修，更換所有墊片，緊固好各個螺絲，防止漏水、漏氣而引起斷弧，運行過程中一旦發生故障要立即處理。

（3）運行人員應定期對空氣壓縮機進行除油、排水，防止陽極污染、陰極污染、啟弧點偏移。在每次啟動等離子燃燒器前按操作記錄規定調整風壓、水壓，通過四畫面分割器監視火焰燃燒情況，發現燃燒不好應做好記錄，以便檢修人員及時處理。

（4）將等離子燃燒器的電源與大型轉機的電源分段布置。以免啟動大型轉機時，電源產生的瞬間波動造成整流器故障而發生斷弧跳閘。

（5）通訊電纜布置在單獨的電纜槽盒內，防止強電干擾及其他意外損傷，防止因通訊中斷而發生斷弧。

三、等離子點火裝置陰極使用壽命短

目前，制約等離子點火裝置應用的一個重要因素是陰極的使用壽命比較短，一般不超過50小時。但是，在調試過程中，50小時是遠遠不夠的；更為關鍵的是，陰極的使用壽命和等離子點火裝置運行的參數有關，如電流、電壓、冷卻水壓力、載體風壓力等參數。如參數調整不當，陰極的使用壽命更多。特別對于電流和電壓，在運行過程中，要勤于調整，盡量使等離子點火裝置的運行電流趨于穩定。

在煤粉被等離子點著火后，等離子電流可以適當降低，一般維持在280mA即可，電壓隨著陰極的燒損會逐漸增大，因此也要經常調整，每次調整的幅度不要大，如電壓要從310V降至300V，就需要多次微調電壓，不能一步到位，否則容易引起斷弧。在運行過程中，電壓一般維持在300V即可。在3號機組整個調試過程中，大部分被更換的陰極使用壽命超過50小時，最長達103小時。

四、磨煤機制粉熱風的運行控制問題

直吹式制粉系統鍋爐應用等離子點火的首要問題是鍋爐啟動時磨煤機的干燥出力問題。如果沒有熱風，磨煤機就沒有足夠的制粉條件，無法實現整個機組的無油啟動。在該機組設計方案中，通過在A磨煤機入口熱風道上增加等離子暖風器，使磨煤機在鍋爐冷態啟動初期即可投入運行。但暖風器在實際運行中出現的主要問題是經暖風器加熱后一次風溫實際只有130℃左右，遠達不到設計值180℃。

由于暖風器蒸汽來源于廠輔汽聯箱，要想通過提高暖風器人口蒸汽壓力、溫度來提高風溫，會受到輔汽系統允許壓力的限制，通過多次試驗，我廠采取了在磨煤機啟動前提前1h投入暖風器運行、加大疏水、提高輔汽壓力到0.8—0.9MPa等方法，使磨煤機入口一次風溫達到150℃，當A磨煤機給煤量為15t/h時，磨煤機出口風溫達到60—65℃，基本滿足磨煤機的干燥出力要求。在A磨煤機運行2h后，空氣預熱器后一次風溫即可達到170℃，暖風器可以退出運行，順利解決了磨煤機的冷爐制粉問題。

參考文獻：

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