等離子點火系統在330MW機組中的應用與控制邏輯設計

摘要：本文介紹了大唐琿春發電廠進行等離子點火系統改造的必要性，等離子點火系統點火的工作原理，相應的磨煤機控制邏輯及FSSS保護邏輯的設計，目前此系統在火力發電廠中存在的一些共性問題分析，并且提出了一些建議，對改進后取得的經濟效益及社會效益進行了闡述。

關鍵詞：穩燃等離子點火社會效益經濟效益

1 概述

大唐琿春發電廠（以下簡稱我廠）為兩臺2*330MW擴建機組，為了減少燃油的消耗量，在最初的設計時就選用小油槍點火作為鍋爐啟動手段。這種方式燃油消耗量大，成本高。

我廠共有2臺鍋爐，制粉系統均為中速磨煤機、冷一次風機正壓直吹系統，每臺爐配5臺磨煤機，每臺磨煤機帶一層噴燃器，分別命名為A、B、C、D、E層。按原有的設備配置，我廠屬于調峰機組，機組的啟動、停止以及低負荷調峰非常頻繁，在以往的機組啟動中一直是利用少油點火來點燃B磨煤機磨制出的煤粉，進行鍋爐的啟動。為了控制點火及穩燃時的用油量，降低發電成本，減少對環境的污染，我廠采用了經濟、環保、高效、簡單、安全的等離子點火技術對點火系統設備進行了改造。

我廠等離子點火系統設備加在了A層，打破了我廠傳統的B磨煤機起爐規律，經過試驗A磨煤機與等離子點火系統配合，與少油點火起爐過程相比，能更好的完成鍋爐啟動的要求，各項參數能夠快速的達到預設目標，真正意義上的實現了以煤代油。利用等離子點火技術，可以通過煤粉的燃燒來提高爐膛的溫度、風溫、汽溫、壓力，用燃煤的消耗代替燃油的消耗，用低價燃料替代高價燃料，節省了非常可觀的燃油，從而達到節能降耗的目的。

鍋爐采用等離子點火時，由于爐膛初始溫度較低，煤粉在爐膛內不能完全燃燒，而未燃盡的可燃物由煙氣帶入鍋爐的尾部受熱面，長時間運行時積集在尾部受熱面的可燃物可能會發生再燃燒。另外，由于等離子初次使用時本身的不穩定不可靠性，發生點火器斷弧或煤粉著火差等現象，如不能及時正確處理，會導致大量煤粉在爐膛內不能完全燃燒，一旦突然燃燒會引發鍋爐爆燃事故。

2 等離子點火技術

我廠3號機組在A層噴燃器安裝等離子點火系統，等離子點火系統具有鍋爐啟動點火和低負荷（包括停爐）穩燃功能。等離子體點火系統主要由制粉系統、等離子體發生器及燃燒器、電源系統、冷卻水系統、載體介質（空氣）系統、火檢冷卻風系統、吹掃風系統、監測控制系統等構成。

等離子是繼固態、液態和氣態之后的第四種物質形態。等離子發生器是等離子點火系統的核心部分，陽極與陰極利用直流電流（300A，300V）在介質氣壓（0.01～0.03

MPa）的條件下接觸短路，通過電極的前后緩慢運動產生電弧，使電極之間的壓縮空氣在大電流、強磁場的作用下電離，形成高溫等離子弧。等離子體對外呈中性，但在等離子體內有許多帶電的陽離子和陰離子，該等離子體在專門設計的燃燒器的中心燃燒筒中形成一個4000～10000℃之間的高溫以及溫度梯度的超高溫區，煤粉顆粒以一定的風速一定的濃度通過該等離子電弧受到高溫作用，迅速破裂粉碎，釋放出揮發物，再造揮發份，從而迅速燃燒。

由于反應是在氣相中進行，使混合物組分的粒級發生了變化。濃煤粉進入電弧核心，在極短的時間內迅速著火，并穩定燃燒；未完全燃燒的部分煤粉在補入足夠二次風中，接力燃燒，燃燒器向爐內噴出火舌。在各項參數達到與設定數值時，按實際情況投入其它制粉系統，安全可靠地啟動鍋爐。同時在鍋爐低負荷情況下，可隨時投入運行，起到良好的穩燃作用。

3 等離子點火系統控制邏輯設計

等離子點火系統最大可能的實現了無油點火以及低負荷穩燃時以煤代油，是一次火力發電廠技術的革新，但是我們不能僅僅看到它帶來的好處，在很多優點體現出來的同時，一些缺陷也不應該被我們忽略。如：等離子冷態啟動點火初期煤粉燃盡率低、點火初期鍋爐爐膛爆燃及尾部再燃、等離子斷弧等等。

鍋爐采用等離子點火時，經過等離子電弧的煤粉只有揮發分被電離出來進行了燃燒，由于爐膛初始溫度較低，煤粉在爐膛內不能完全燃燒，而未燃盡的可燃物由煙氣帶入鍋爐的尾部受熱面，長時間運行時積集在尾部受熱面的可燃物可能會發生再燃燒。另外，由于等離子初次使用時本身的不穩定不可靠性，作為等離子載體的空氣含水、含油及壓力波動大發生點火器斷弧或煤粉著火差等現象，如不能及時正確處理，會導致大量煤粉在爐膛內不能完全燃燒，從而引發鍋爐爆燃事故。

我廠3號爐等離子點火系統只針對A磨煤機，鍋爐FSSS系統邏輯不作根本性修改，爐運行時，燃燒器的火焰保護仍采用鍋爐FSSS系統，燃燒器火焰“有/無”的判據等均由FSSS系統給出，并在判斷滅火時跳閘磨煤機，為了機組的安全啟動和正常運行，我們對A磨煤機的邏輯進行了增加及修改。

為了保證A磨煤機能夠正常啟動，在等離子體燃燒器對應的A磨煤機邏輯中設計“等離子體點火模式”與“等離子體穩燃模式”兩種運行模式，并可相互切換且閉鎖。并設置“等離子體點火模式”與“等離子體穩燃模式”切換提示功能（負荷高于60MW時，提醒運行人員切至“等離子體穩燃模式”；汽輪機轉速大于2900r/min時，提醒運行人員切至“等離子體點火模式”）。

在A磨煤機“點火能量具備”啟動條件中增加一路信號：在“等離子體點火模式”運行時，且1-4號角等離子體啟弧成功信號均來。此信號與原“點火能量具備”啟動條件中其它信號相“或”，作為新的A磨煤機“點火能量具備”啟動條件。

為了保證在斷弧的情況下，爐膛內不能聚集大量的未燃燒的煤粉，A磨煤機在“等離子體點火模式”運行時，1-4號角任意一個等離子體發出斷弧信號，關閉磨煤機對應角的出口煤粉管關斷閥，當故障角重新啟弧成功后，由運行人員手動開啟對應角的出口煤粉管關斷閥；A磨煤機在“等離子體點火模式”運行時，1-4號角任意兩個等離子體發出斷弧信號，停止A磨煤機運行。

防止爐膛爆燃，我們進行了多方面的考慮和論證，最終確定了保證爐膛安全的邏輯。A磨煤機在“等離子體點火模式”運行時，給煤機啟動后延時180秒，若A層煤火檢至少有2個無火，停止A磨煤機運行。A磨煤機在“等離子體點火模式”運行時，且A磨煤機跳閘信號來，通過一路硬接線送至就地PLC，聯鎖等離子體跳閘。鍋爐發出MFT信號時，通過一路硬接線送至就地PLC，聯鎖等離子體跳閘并禁啟。

在操作員畫面中，為了方便運行人員的操作及及時準確的觀察，我們進行了畫面的組態。同樣是為了保證爐膛的安全，畫面上的A層噴燃器著火狀態組態為等離子拉弧成功與A層煤火檢。畫面上的等離子點火設備的操作，通過DCS與PLC通信方式進行控制。

為了確保等離子點火系統能夠正常投入使用，我們多次對整套保護、控制邏輯及就地設備進行了靜態試驗和動態試驗。發現并解決了冷卻水泵出口母管水壓低（母管壓力＜0.6MPa）聯鎖啟動備用泵的問題，PLC中原控制邏輯利用壓力低開關的常開接點信號觸發兩臺冷卻水泵的聯鎖，只要聯鎖開關投入，兩臺水泵就會并列運行，經過分析，我們對壓力開關常開接點送來的信號取非，完美的解決了這個問題。

4 等離子點火系統存在的問題及解決措施

我廠還不能真正達到冷態鍋爐冷粉點火，不能做到真正無油點火，需要保留鍋爐的燃油系統。點火時需要對一次風預熱，煤粉進行加熱。同時等離子點火前需要用小油槍預熱鍋爐。

等離子點火時產生的溫度雖高，但熱強度不夠，因此會造成煤粉燃盡率低，為了提高煤粉燃盡率，應該提高煤粉碾磨的細度等級，合理調整一次風風速及風壓，提高磨煤機出口溫度。

等離子點火系統在拉弧的過程中非常容易斷弧，這是因為等離子載體風中含有油、水等雜質，造成斷弧，應該在進入燃燒室前增加效果良好的過濾閥，減少壓縮空氣中的雜質。

點火初期容易發生爐膛爆燃及鍋爐尾部發生二次燃燒，應對這種問題需要運行人員豐富的經驗、正確的保護邏輯，運行人員需要根據飛灰含碳量來改變一、二次風速、磨煤機的出力、煤粉細度、風煤配比等等參數，空氣預熱器吹灰必須投入。

5 結束語

電力市場的競爭越發激烈，上網電價便宜、提供更加清潔的電力是發電企業能立于不敗之地的有力武器。我廠新增的等離子點火系統，可以大大的減少燃油的使用量，減少發電成本，提高煤粉的燃盡率，并且針對調峰機組，半年至一年就可以收回投資成本。能夠提前將電除塵投入運行，減小了對環境的污染，減小了煙氣中含有的粉塵對增壓風機靜葉葉片的磨損。取得經濟效益的同時還能收獲社會效益。

參考文獻：

[1]王彪.等離子點火系統在600MW機組中的應用及與BMS系統的結合.

[2]李永富.等離子點火存在的問題與解決措施.

[3]《火力發電廠鍋爐爐膛安全監控系統驗收測試規程》（DL[1].T 655-2006）.

[4]《等離子體點火系統設計與運行導則》（DL/T1127-2010）.