等離子點火裝置起弧及穩弧特性差的原因分析

黃熾煌，陳敏生，廖曉春

(廣東粵電靖海發電有限公司，廣東 揭陽 515223)

等離子點火裝置起弧及穩弧特性差的原因分析

黃熾煌，陳敏生，廖曉春

(廣東粵電靖海發電有限公司，廣東 揭陽 515223)

介紹了某1 000 MW超超臨界鍋爐采用的非接觸式等離子點火起弧系統，敘述了其存在的起弧成功率低、穩弧特性差、陰陽極壽命短等問題，分析了影響離子發生器特性差的主要原因，并提出了相應的改造和處理措施。

超超臨界鍋爐；等離子；點火；非接觸式

1 概述

某1?000?MW超超臨界機組鍋爐是由東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司制造的一次中間再熱、單爐膛、尾部雙煙道結構鍋爐，型號為DG3033/26.15Ⅱ1。該鍋爐采用煙氣擋板調節再熱汽溫、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構，配置6臺HP1163中速磨煤機正壓直吹式制粉系統，燃燒器前、后墻各布置3層，最下層(B，F層)采用等離子燃燒器。

鍋爐煤粉點火及穩燃系統采用武漢天和技術股份有限公司的THP-1000-1型等離子點火裝置，其結構如圖1所示。

圖1 THP-1000-1型等離子點火裝置結構

該裝置主要有以下特點。

(1)?采用高頻非接觸式引弧。在電極電路和直流電源之間串聯連接高頻引弧器，運行時陰陽極間距保持不變，不需要直線步進電機。

(2)?采用同軸雙氣室結構。前進氣室的壓縮空氣將等離子體壓縮后，由后進氣室的壓縮空氣將等離子體吹出陽極筒體，形成連續、穩定的高溫等離子體流。

(3)?采用儀用壓縮空氣。點火時，每臺等離子點火裝置的壓縮空氣流量約為1.5～2?Nm3/min，每臺爐最大需要量為32?Nm3/min，需要額外配置1臺儀用空壓機。

(4)?陰極為空心圓柱體。陰極腔電弧游動變化，避免電極固定灼燒，其可燒蝕面積大，在設計功率下的運行壽命大于170?h。

2 現存的問題

2.1 起弧成功率低

等離子發生器存在隨機性起弧不成功的現象。若起弧后立即停用重新拉弧，或者停用一段時間后拉弧，大部分等離子點火裝置均無法正常起弧，即便同時更換陰陽極也不能正常起弧。

2.2 穩弧特性差

等離子點火裝置起弧成功后，其穩燃的可靠性差，斷弧主要以短路跳閘為主。

2.3 陰陽極使用壽命低

運行過程中發現，等離子燃燒器陰陽極使用不到50?h后，端面和腔內局部就出現嚴重燒蝕現象。優化運行方式和參數設置后，陰陽極的使用壽命有所提高，但距預期值差距仍較大。

2.4 陰陽極裝配要求高

該型等離子點火裝置起弧方式為非接觸式起弧，因此，陰陽極的間隙大小對拉弧成功與否非常重要。陰陽極的裝配間隙要求在1?mm左右，但該間隙不易控制；特別是陰陽極經拉弧后其端面出現燒蝕銼刀現象，修平后間隙更大，并且裝配完成后也無法對間隙進行測量。

3 原因分析

3.1 起弧特性差的原因分析

經過對等離子點火系統各部件的排查和試驗，發現起弧成功率低主要是由高頻點火脈沖損耗大引起的。非接觸式高頻起弧脈沖并聯在等離子發生器的陰陽極上，陰陽極通過等離子冷卻水的內阻接入鍋爐剛性地，此內阻在陽極接地電阻未惡化時約為0.1～1?MΩ，惡化后約為0～0.1?MΩ。

高頻起弧電纜長度為12.5?m，正負極電纜 共 25?m， 此 電 纜 (40?kV/4?mm2)對 地 電 容 為2?500 ～ 3?000?pF。在 1?MHz～ 1?kHz 頻率下，電容對地電流過大，即絕大部分高頻高壓脈沖被電纜電容對地電流泄放掉，導致等離子點火裝置所獲得的實際高頻脈沖電流過小，從而導致起弧失敗。

3.2 穩弧特性差的原因分析

等離子點火裝置斷弧后，檢查發現陰陽極端面出現較多蝕坑和黑色熔合物。由于陰陽極的間隙較小，雜質隨載體風通過高溫等離子弧時熔合附著在端面上，導致陰陽極間隙變小，引起短路斷弧。黑色熔合物為粉末狀，來自儀用壓縮空氣系統。

如圖2所示，每臺等離子發生器入口壓縮空氣過濾器和比例閥中均存在大量氧化鋁粉末。比例閥堵塞后，陰陽極載體風風量減少，加劇了陰陽極的燒蝕及氧化。

圖2 等離子點火裝置支路壓縮空氣過濾器積粉

3.3 陰陽極使用壽命低的原因分析

對等離子點火裝置進行全面檢查發現，各支路載體風管與法蘭焊接處的焊瘤未清理干凈，導致管子通徑堵塞近1/3，載體風量減少，如圖3所示。非接觸式起弧等離子點火裝置采用移動風技術，布置軸向和徑向載體風2路，風量周期性波動，等離子電弧的起弧點在陰陽極內壁游動。因此，當風量減小時，將導致電弧在單點或小區域運行，造成陰陽極單點或小區域燒穿，導致其使用壽命急劇下降。

圖3 等離子點火裝置載體風管被焊瘤堵塞

此外，該等離子點火裝置陽極較短，造成冷卻水帶走的等離子體向陽極傳遞的熱量較小，導致陽極燒蝕和氧化速度加快，也會影響陽極的使用壽命。

3.4 陰陽極裝配要求高對起弧的影響分析

陰陽極的間隙大小對拉弧成功與否非常重要，裝配間隙要求在1?mm左右。當間隙大于1.5?mm時，易出現“有電壓、無電流”現象，導致無法起弧;當間隙小于0.8?mm時，易出現“短路”現象，同樣也無法起弧。

4 應對措施

針對非接觸式等離子點火裝置起弧及穩弧特性差的問題，提出了以下應對措施。

(1)?將等離子點火箱移至距離等離子發生器最近的地方，使點火電纜長度減小至6?m，從而減小高頻點火脈沖的損耗，提高起弧成功率。

(2)?對儀用壓縮空氣系統的后處理設備進行局部改造，更換品質高的氧化鋁并優化裝塔方式，從源頭上解決壓縮空氣的含粉問題。同時，對壓縮空氣管路進行分段割管吹掃，清理壓縮空氣管路中的殘余氧化鋁粉末。

(3)?更換等離子點火裝置壓縮空氣各支路管及法蘭，滿足等離子壓縮空氣流量要求。同時，對陽極結構進行優化設計，將其長度加長90?mm，以提高陽極的使用壽命和穩定性。

(4)?制作陰陽極間隙的專用測量小工具。在裝配完成后可進行間隙檢驗，避免間隙控制不合格導致需要重復實施隔離措施。

5 結束語

采用上述措施后，等離子點火裝置長期可靠運行，未出現隨機性起弧不成功的現象。陰陽極使用壽命得到顯著地提高，解決了困擾機組點火和穩燃特性差的難題，這說明采用非接觸式起弧等離子點火系統在技術上是可行的。

1?殷立寶，崔振東，余岳溪，等．等離子無油點火技術應用中存在的問題及應對措施[J]．熱力發電，2007(1).

2014-02-17。

黃熾煌(1965-)，男，工程師，主要從事電廠運行經濟指標分析及優化研究，email：cms0404@163.com。

陳敏生(1980-)，男，工程師，主要從事電廠鍋爐生產技術管理工作。

廖曉春(1967-)，男，高級工程師，主要從事電廠鍋爐生產技術管理工作。