等離子點火技術在魯北電廠的應用

摘要：本文介紹了等離子點火技術的發展過程和基本原理，以及在魯北電廠實際應用的情況。

關鍵詞：等離子點火 應用 原理

1 等離子點火技術的意義

我國的能源結構是煤多油少，這就決定油價的起伏，制約著發電企業的成本，節約石油就顯得十分重要。特別是能源危機的來臨，使用清潔、可替代的能源就更為重要。等離子點火技術，就為我們電力企業節約鍋爐啟動及低負荷助燃油提供了解決辦法。事實表明，等離子點火技術在新建機組上，節約效果特別明顯。有資料顯示：內蒙古托克托電廠600MW機組投產中采用了等離子點火，從首次點火到1號機組“168滿負荷試運”完成，節約燃油達2000t以上。

2 等離子點火技術的發展過程

2000年12月，等離子點火技術在佳木斯發電廠100MW中儲式制粉系統燃用煙煤的鍋爐中，成功的實現了冷態點火，是我國等離子點火技術在工程上的首次應用。2001年3月以來，等離子點火技術有了明顯的發展。首先將直流主燃燒器改造為等離子燃燒器，然后將該技術應用于直吹式雙進雙出磨煤機制粉系統鍋爐的旋流燃燒器上。隨著技術發展，該技術逐漸應用于200MW、300MW及600MW.2003年，等離子點火技術實現首臺褐煤600MW機組的點火，拓展了等離子點火技術煤種適應范圍。2006年，等離子點火技術成功應用于玉環電廠1000MW機組，是目前我國最大火電機組應用此技術的典范。

3 等離子點火技術原理

等離子點火裝置是利用直流電流在0.004MPa~

0.03MPa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，該等離子體在專門設計的燃燒器中心燃燒筒中形成溫度T大于4000K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，受到高溫作用，在1*10-3s內迅速釋放出揮發物，并破裂粉碎而再造揮發分，迅速燃燒。

4 魯北電廠等離子點火系統的組成

魯北電廠等離子點火系統由等離子發生器、點火燃燒器及其輸粉系統，直流電源柜及控制系統，輔助系統和熱工監視系統組成。

以魯北電廠安裝的DLZ-MA-300-B等離子體發生器為例，等離子體發生器在電源、冷卻水和介質氣等條件具備的情況下產生高溫等離子體。電源系統提供保證等離子體穩定運行的恒定電流，最大功率可達200KW。

魯北電廠等離子點火裝置的輔助系統由冷卻水和空氣的供給系統組成。

空氣系統通過介質氣管路提供用于電離產生等離子體的潔凈穩定的工作氣體；冷卻水管路對陰陽極進行冷卻，冷卻水進回水壓差的大小直接影響陰陽極乃至整個發生器的使用壽命。空氣系統的來源：魯北電廠等離子壓縮空氣由儀用壓縮空氣出口母管的管道分別送到等離子體發生器附近。然后每根壓縮空氣管道分成兩路，分別提供發生器所需的一、二級介質氣。兩路壓縮空氣管道上均設有壓力表（浮子流量計）和壓力開關。壓力開關把壓力滿足信號送回電源柜。空氣系統同時設計有備用吹掃管路，吹掃空氣取自圖像火檢探頭冷卻風機出口母管，用于保證在鍋爐高負荷運行、等離子體發生器停用時對發生器內部進行吹掃，使其不受煤粉污染。等離子體發生器運行時，等離子體發生器運行時，弧柱溫度一般在5000K到30000K范圍，因此對于形成電弧的陰極和陽極必須通過水冷的方式來進行冷卻，否則很快就會燒毀。冷卻水系統的來源：魯北電廠等離子冷卻水取自鍋爐側閉式冷卻水，單獨配備兩臺互為備用的冷卻水泵，以保證等離子發生器的安全運行，同時需要控制進入等離子發生器的進回水壓差不低于0.6MPa，用以保證足夠的冷卻水量和冷卻效果。

控制系統由PLC、CRT、通信接口據總線構成。

直流電源柜(含整流變壓)用于將三相380V電源整流成直流電，用于產生電弧。

點火燃燒器用于與等離子發生器配套點燃煤粉。

等離子體系統如下圖所示：

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1.二級介質氣管路 2.一級介質氣管路 3.DLZ-MA-300-B等離子體發生器 4.電源系統 5.進水管路 6.回水管路

4 等離子點火過程

等離子體發生器為磁穩空氣載體等離子發生器，它由線圈、陰極、陽極組成，陰極材料采用高導電率的金屬材料或非金屬材料制成;陽極由高導電率、高導熱率及抗氧化的金屬材料制成。它們均采用水冷方式，以承受電弧高溫沖擊。線圈在高溫250℃情況下具有抗2000V的直流電壓擊穿能力。電源采用全波整流，并具有恒流性能。

點火原理為：首先設定輸出電流，當陰極前進與陽極接觸后，整個系統具有抗短路的能力且電流恒定不變，當陰極緩緩離開陽極時，電弧在線圈磁力的作用下拉出噴管外部。在電弧的作用下，具有0.03MPa左右壓力的空氣被電離為高溫等離子體，其能量密度高達105-106W/cm2，為點燃不同的煤種創造了良好的條件。

5 魯北電廠等離子發生器在實際應用中遇到的問題及解決辦法

5.1 現象1.發生器啟動不成功

5.1.1 原因：①啟弧電流設定不當；②載體風流量/壓力調整不當；③啟動時陰陽極未接觸；④陰極和陽極之間被含油的載體風或爐內灰塵污染；⑤發生器漏水；⑥啟弧陽極啟弧處燒損嚴重。

5.1.2 解決方法：①啟弧電流設定為不小于235A；②對照載體風參數表調整流量/壓力至要求的范圍；③電機推拉桿故障，更換電機推拉桿；④抽出陰極槍，用干凈的砂布打磨陰極頭起弧點，直到完全磨掉黑色的油污；卸下過渡陽極，將起弧點附近的油污打磨干凈；⑤查處漏水點，更換O形圈；⑥拆下啟弧陽極，打磨啟弧面，如損壞嚴重則更換啟弧陽極。

5.2 現象2：啟動后電壓＜380V

5.2.1 原因：①一二級氣參數設置不當，電弧落在過渡陽極上；②啟弧陽極啟弧處燒損嚴重。

5.2.3 解決方法：①停止運行，調整一二級氣到規定范圍；②拆下啟弧陽極，打磨啟弧面，如損壞嚴重則更換啟弧陽極。

5.3 現象3：陽極漏水

5.3.1 原因：密封圈老化失效。

5.3.2 解決方法：更換密封圈。

6 魯北電廠等離子點火技術實際應用改進

迄今為止，魯北電廠2號爐等離子點火裝置始終處于熱備用狀態，即等離子點火裝置的冷卻風機、冷卻水和壓縮空氣系統始終處于投入狀態，需要投入時即可正常快速投入并保證各角點火正常，另外1號爐等離子點火裝置在大修安裝后使用狀態良好，但結合魯北電廠燃油系統暫時保留但爐前燃油系統在機組正常運行中退出備用，燃煤為揮發份較高、易點燃的優質煙煤的實際情況，擬在操作員DCS畫面增加快投按鈕，以實現鍋爐在事故或緊急情況下等離子裝置的快速投入，保證鍋爐的安全穩定運行。

7 小結

通過對等離子點火技術的了解，可發現等離子技術確實在節約能源、環保、提高機組效益上具有顯著優勢，隨著等離子點火技術的發展，等離子設備的可靠運行，簡單易行的操作與維護，無燃油電廠必然是未來發展的趨勢。魯北電廠的等離子點火裝置雖然使用時間較短，但因為其發展時間較長，各項技術相對較為成熟，所以從電廠的實際使用效果和運行人員快速學習掌握狀態來看，等離子點火裝置都是一個不錯的選擇。

參考文獻:

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