大功率等離子點火裝置的應(yīng)用

李 軍，范 雷（內(nèi)蒙古包頭鋁業(yè)自備電廠，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

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大功率等離子點火裝置的應(yīng)用

李 軍，范 雷
（內(nèi)蒙古包頭鋁業(yè)自備電廠，內(nèi)蒙古 包頭 014000）

〔摘 要〕介紹了等離子點火燃燒器的優(yōu)點，從等離子點火燃燒器的工作原理、結(jié)構(gòu)特征、煤質(zhì)要求、配風(fēng)調(diào)整以及安全監(jiān)控事項等方面，全面論述了等離子點火及升溫控制的技術(shù)要領(lǐng)，總結(jié)了等離子點火裝置點火及升溫控制的技術(shù)經(jīng)驗。

〔關(guān)鍵詞〕等離子點火裝置；燃燒器；磨煤機；拉弧

0 引言

某熱電廠1期2×330 MW機組鍋爐為東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的DG1163/ 17.35-Ⅱ13型鍋爐。由于設(shè)計煤種水分高，應(yīng)采用較高的干燥劑溫度，故預(yù)熱器先加熱一次風(fēng)，以獲得較高的熱一次風(fēng)溫，滿足爐內(nèi)燃燒的需要。A，B 2層8只直流式燃燒器上裝有等離子點火裝置，采用徐州燃控科技股份有限公司生產(chǎn)的XPS-2-150/8 A型等離子點火燃燒器。

1 等離子點火燃燒器的優(yōu)點

與傳統(tǒng)的燃油點火方式相比，采用等離子點火燃燒器點火和穩(wěn)燃有以下幾大優(yōu)點。

（1） 經(jīng)濟。采用等離子點火的運行和技術(shù)維護費僅是使用重油點火費用的15 %-20 %，對新建電廠而言，可節(jié)約上千萬的初投資和試運行費用。

（2） 環(huán)保。由于點火時不燃用油品，電除塵裝置可以在點火初期投入，因此減少了點火初期排放大量煙塵對環(huán)境的污染。另外，電廠采用單一燃料后，減少了油品的運輸和儲存環(huán)節(jié)，亦改善了電廠的環(huán)境。

（3） 高效。等離子體內(nèi)含有大量化學(xué)活性的粒子，如原子（C，H，O）、原子團（OH，H2，O2）、離子（O2-，H2-，OH-，O-，H+）和電子等，可加速熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，促進燃料完全燃燒。

（4） 簡單。電廠可以采用單一燃料運行，簡化了系統(tǒng)和運行方式。

（5） 安全。取消爐前燃油系統(tǒng)，也自然避免了因燃油系統(tǒng)造成的各種事故。

2 等離子點火燃燒機理

等離子點火燃燒器是借助等離子發(fā)生器的電弧來點燃煤粉的一種煤粉燃燒器。與以往使用的煤粉燃燒器相比，等離子燃燒器在煤粉進入燃燒器的初始階段就被等離子弧點燃，并將火焰在燃燒器內(nèi)逐級放大，屬內(nèi)燃型燃燒器，可在爐膛內(nèi)無火焰狀態(tài)下直接點燃煤粉，從而實現(xiàn)鍋爐的無油啟動和無油低負荷穩(wěn)燃。

等離子發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定功率的空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的中心筒中形成大于5 000 K、梯度極大的局部高溫區(qū)。煤粉顆粒通過該等離子“火核”時受到高溫作用，并在0.001 s內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物，且使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于此反應(yīng)是在氣相中進行的，使混合物組分的粒級發(fā)生了變化，加快了煤粉的燃燒速度，極大地減少了促使煤粉燃燒所需要的引燃能量。除此之外，等離子體有再造揮發(fā)分的效應(yīng)，這對于點燃煤粉、強化燃燒有特別的意義。

考慮到有限的點火功率不可能直接點燃無限量煤粉的問題，等離子燃燒器采用了多級燃燒結(jié)構(gòu)。煤粉首先在中心筒中點燃，進入中心筒的粉量根據(jù)燃燒器的不同在500-800 kg/h之間，這部分煤粉在中心筒中穩(wěn)定燃燒，并在中心筒的出口處形成穩(wěn)定的二級煤粉的點火源，并依次逐級放大，最大可點燃15 t/h的煤粉量。

3 等離子點火裝置結(jié)構(gòu)

等離子點火裝置由等離子發(fā)生器、等離子燃燒器、電源裝置和輔助系統(tǒng)組成。輔助系統(tǒng)包括冷卻水系統(tǒng)、載體風(fēng)系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)、一次風(fēng)風(fēng)速測量系統(tǒng)和磨煤機冷爐制粉系統(tǒng)等。

等離子發(fā)生器是用來產(chǎn)生高溫等離子電弧的裝置，由陰極、陽極、前腔進氣環(huán)、后腔進氣環(huán)等組成，如圖1所示。其中陰極材料采用高導(dǎo)電率的金屬材料制成，連續(xù)工作時間大于150 h；陽極由高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱率及抗氧化的金屬材料制成，連續(xù)工作時間大于1 000 h。兩者均采用水冷方式，以承受電弧高溫沖擊。等離子發(fā)生器設(shè)計壽命為8-10年。在兩電極間加穩(wěn)定的大電流，將電極之間的空氣電離，形成高溫導(dǎo)電特性的等離子體。帶正電的離子流向電源負極，形成電弧的陰極；帶負電的離子及電子流向電源的正極，形成電弧的陽極。

等離子燃燒器的高溫部分采用耐熱鑄鋼，其余和煤粉接觸部位采用高耐磨鑄鋼，和現(xiàn)場管路連接時須正確選用焊條型號。

電源裝置采用全波整流技術(shù)并具有恒流性能。其拉弧原理為：首先建立空載電壓，設(shè)定好輸出電流；啟動后，高頻引弧器工作，將陰極和陽極之間的間隙擊穿，由于有空載電壓，電弧就建立起來了，從而形成等離子體。

圖1 等離子發(fā)生器結(jié)構(gòu)

4 等離子點火裝置的應(yīng)用

4.1 燃燒器管理系統(tǒng)設(shè)定

為保證機組的安全及等離子點火系統(tǒng)的正常運行，需對燃燒器管理系統(tǒng)（BMS）邏輯進行以下設(shè)定。

（1） 在BMS中設(shè)定磨煤機“正常運行模式”與“等離子運行模式”2種運行模式，并可相互切換，從而實現(xiàn)磨煤機BMS邏輯切換功能。

（2） 以“正常運行模式”運行時，磨煤機維持原有的BMS邏輯。

（3） 以“等離子運行模式”運行時，磨煤機BMS啟動條件中增加等離子啟動成功信號，同時略去點火能量需滿足的條件。

（4） 在主控室光字牌上增加“等離子點火裝置故障”信號，當(dāng)任一角等離子點火裝置異常時，送信號至光字牌，發(fā)聲光報警。

（5） 以“等離子運行模式”運行時，任意2個角等離子點火裝置工作故障時，等離子控制器送信號至BMS，保護停磨煤機。

（6） 以“等離子運行模式”運行時，磨跳閘信號與鍋爐MFT 2個信號“或”后送至等離子控制器，實現(xiàn)磨煤機跳閘，等離子點火器跳閘；鍋爐MFT時，等離子點火器跳閘，并禁止啟動。

（7） 磨煤機運行時，等離子燃燒器的火焰保護仍采用鍋爐原有的火檢裝置，保護邏輯為“四取三”，圖像火檢僅用來幫助運行人員觀察等離子燃燒器內(nèi)火焰的燃燒情況。

4.2 調(diào)試磨煤機系統(tǒng)

（1） 磨煤機變加載系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試好磨煤機加載壓力系統(tǒng)，確保A，B磨煤機加載壓力系統(tǒng)特性滿足等離子點火燒燒器啟動要求。

（2） 煤粉細度調(diào)整。啟動A磨煤機前，將分離器折向擋板調(diào)至25 %，確保煤粉細度滿足等離子點火要求。待第2臺磨煤機啟動后再將分離器折向擋板調(diào)至正常位置。

（3） 風(fēng)粉在線系統(tǒng)調(diào)試。啟動前全面檢查風(fēng)粉在線系統(tǒng)，防止風(fēng)速在線測量設(shè)備及濃度測量設(shè)備堵塞，確保檢測系統(tǒng)能夠正常運行。

（4） 等離子拉弧試驗。點火前進行等離子拉弧試驗，電流設(shè)定為290-320 A，功率設(shè)置為100 kW，確保等離子拉弧穩(wěn)定。準備好等離子陰陽極頭備件，并做好陰極頭壽命計算，防止突然斷弧；若發(fā)生斷弧，維護人員應(yīng)立即組織處理。

4.3 等離子點火初期安全監(jiān)控

（1） 在啟動時將爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）切至“離子模式”，直到啟動第3臺磨煤機后再切回“正常模式”。

（2） 啟動A磨煤機后，當(dāng)任一角在180 s內(nèi)未點燃時，應(yīng)立即手動停運磨煤機，經(jīng)充分通風(fēng)、查明原因后再重新投入。

（3） 點火啟動后應(yīng)加強爐內(nèi)燃燒監(jiān)視，就地觀察燃燒狀況，確保爐內(nèi)燃燒良好。

（4） 根據(jù)升溫、升壓速度，逐步調(diào)整煤量，調(diào)整二次風(fēng)小風(fēng)門配風(fēng)，以適應(yīng)燃燒需要。維持二次風(fēng)箱與爐膛差壓400-460 kPa。

5 結(jié)束語

等離子點火技術(shù)是火廠電一種有效的節(jié)能技術(shù)。燃煤機組采用等離子冷態(tài)無油啟動，一次可節(jié)省燃油40 t以上，全年4次冷態(tài)啟動可節(jié)約燃油高達160 t。如果需要對機組進行大修后啟動、安全門定砣試驗、機組熱態(tài)試驗等，節(jié)省的燃油量將會更多。

參考文獻：

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收稿日期：2015-09-05；修回日期：2015-11-12。

作者簡介：

李 軍（1978-），男，助理工程師，主要從事電廠鍋爐運行技術(shù)及節(jié)能新技術(shù)管理工作，email：yi_fan0524@163.com。

范 雷（1984-），男，助理工程師，主要從事發(fā)電廠集控運行工作。