660MW超超臨界機組等離子系統運行穩定性的研究

摘 要：本文以湖南華電常德發電有限公司2×660MW超超臨界機組為研究對象，先闡述了提高等離子點火系統運行穩定性的必要性，以及等離子點火技術的工作原理和設備結構。然后探討了等離子點火技術在運行中經常出現的拉弧、斷弧、無電流等常見的故障和原因分析，現場試驗證明，通過設定等離子電流、電壓、氣流等運行參數可以提高等離子系統運行穩定性和設備壽命，從而實現等離子無油點火技術安全性和經濟性的顯著提高，對運行操作起到借鑒作用。

關鍵詞：等離子系統；無油點火；環保；穩定運行

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.146

1 提高等離子點火系統運行穩定的必要性

我國大型火力發電機組的啟停及低負荷穩燃傳統上都是采用燃油點火或者微油點火方式，需要消耗大量的石油資源，隨著國家“節能減排”環保力度的加大，這種點火方式已經越來越與環保要求相悖論。由于等離子無油點火方式有節能、環保、高效等優點，已經被越來越多的發電企業所采用。

湖南華電常德發電有限公司2×660MW機組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產的超超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，型號為：SG-2035/26.15-M6011；鍋爐點火方式采用兩層等離子無油點火方式，低負荷穩燃采用等離子助燃方式。等離子燃燒器的功能是作為鍋爐點火和助燃使用，因此，等離子系統運行的穩定性對于電廠鍋爐來說顯得尤為重要。

2 等離子點火系統簡介

湖南華電常德發電有限公司2×660MW機組采用了武漢天和技術股份有限公司生產的THPI-300/600-01 型等離子煤粉點火及穩燃裝置采用儀用壓縮空氣等離子體作為熱源，可直接點燃煤粉，從而實現鍋爐的無油冷態點火啟動。等離子點火及穩燃裝置具有節油、環保、經濟、高效等優點。

2.1 等離子點火系統主要構成部分

等離子點火系統由等離子點火設備及其輔助系統組成。等離子點火設備由等離子發生器（含陰極、陽極）、等離子點火燃燒器組成；輔助系統主要由壓縮空氣系統、冷卻水系統、供配電系統（含隔離變壓器、等離子電源柜、電抗器等） 、圖像火檢系統、一次風速在線檢測系統、控制系統、冷爐制粉系統等組成（如圖1）。

2.2 等離子點火燃燒器點火原理

等離子點火燃燒器是借助等離子發生器產生的高溫等離子體來點燃煤粉的，屬內燃型燃燒器。等離子點火燃燒器在煤粉進入燃燒器的初始階段就用高溫等離子體將煤粉點燃：在建立一級點火燃燒過程中， 將經過濃縮的煤粉送入等離子體高溫火核中心區域，高溫等離子體同濃煤粉混合，伴隨的熱化學反應過程，提高煤粉釋放的揮發份的含量，強化了燃燒過程；后續的煤粉在燃燒器內分級被點燃、火焰逐級放大，可在燃燒器噴嘴處形成 3～5 米長的火焰（與給煤量有關）。根據高溫等離子體特點設計的多級燃燒器，使燃燒器內的風粉濃度、氣流速度處于一個十分有利于點火的工況條件，從而在噴嘴處完成一個持續穩定的點火、燃燒過程。（如圖2）

3 等離子系統運行常見故障及原因分析

3.1 發生器不能正常拉弧問題

原因分析：

（1）DCS給出停止、MFT指令或其它保護聯鎖信號不允許等離子起弧。

（2）等離子安全回路斷開，等離子不允許啟動。

（3）遠程/就地按鈕不在正確位置。

（4）等離子壓縮空氣不滿足、冷卻水流量不滿足、動力電源回路未送電等，等離子控制保護不允許運行。

3.2 起弧無電流問題

原因分析：

（1）等離子間隙過大：陰、陽極間隙過大導致極面不易擊穿，建議發生器陰陽極間隙不要高于1.0mm。

（2）等離子極面污染：極面的污染主要來自儀用壓縮空氣，定期的進行擦拭和清掃極面工作，此外，定期檢查空壓機系統是否存在密封不嚴，干燥劑失效等現場。

3.3 高頻點火未放電或者點火能量不足問題

原因分析：

（1）點火板點火間隙過大，放電間隙未放電或者放電間隙過小，點火能量不足。

（2）點火板損壞：一般多為電容損壞。

（3）發生器端點火線線頭拖開：多為發生器來回抽動導致電纜線頭斷裂或脫落。

3.4 陰陽極絕緣不合格問題

原因分析：

（1）冷卻水水質不好，長時間運行，水垢沉積，導致水管對地絕緣為零，從而導致陽極對地絕緣為零。

（2）等離子陽極對地虛接造成起弧成功率降低，同時在防磨套管法蘭處發熱導致擊穿燒毀，從而導致陽極對地絕緣為零，一般法蘭處對地絕緣阻值應不低于0.5 MΩ。

3.5 起弧無電壓或電壓較低問題

原因分析：

（1）陰陽極間隙較低甚至短路造成。

（2）調速器出現故障：脫開調速器后端電纜，進行調速器空載

試驗，若能正常建立電壓，基本可以排除調速器問題。

（3）發生器陰陽極絕緣破壞或偏低。

（4）起弧參數設置不合理：起弧氣流較低，極面擊傷嚴重，易出現此問題。

（5）發生器陰陽極漏水起弧時極面損壞，易出現此問題。

3.6 斷弧問題

原因分析：

（1）運行電壓過高：運行電壓過高會導致斷弧，應不高于其實際交流進線電壓。等離子運行電壓由等離子運行氣流決定，氣流越大電壓越高，越容易產生斷弧，但降低氣流會縮短陰極壽命。

（2）等離子陰陽級壽命已到：等離子長時間運行陰極燒蝕嚴重或陽極喉口處粗糙長毛氣流紊亂導致斷弧。

（3）陰陽極表面損傷：陰陽極間隙偏小或漏水造成表面損傷導致斷弧。

（4）陰極氣環及發生器端面氣孔堵塞或損壞導致氣流紊亂斷弧。

3.7 圖像顏色失真或有波紋問題

原因分析：

（1）攝像頭超溫或直視火焰會導致曝光過度，畫面成黑白色。

（2）視頻電纜和動力電纜一起敷設，導致信號互相干擾。

（3）視頻電纜有損傷或彎折較為厲害。

3.8 一次風監測系統問題

原因分析

（1）測量管積灰堵塞。

（2）自動反吹掃PLC故障未運行。

（3）電磁閥損壞導致反吹掃未運行。

（4）濾芯堵塞導致反吹掃無效。

（5）一次風探頭均有壽命，會被磨損。

4 等離子系統的穩定運行優化

4.1 針對等離子拉弧、斷弧故障

等離子系統運行，多為陽極、陰極出現拉弧、斷弧等故障，現場試驗通過設定等離子電流、電壓、氣流等運行參數可以提高等離子系統運行穩定性和設備壽命。

4.2 針對點火初期鍋爐受熱面氧化皮脫落問題

在鍋爐點火初期，等離子系統運行升溫升壓速率較快會引起鍋爐受熱面氧化皮的脫落，存在鍋爐超溫爆管造成主設備損壞的安全隱患，為了可靠的控制等離子點火時鍋爐升溫升壓速率，通過現場試驗，等離子點火初期控制單臺制粉系統給煤量在25T/H左右，控制出口粉管風速在20-25m/s，對鍋爐升溫升壓速率的控制比較理想。（如圖3）

5 結論

（1）設定等離子系統電流、電壓、氣流、陰陽極間隙等運行參數可以提高等離子系統運行穩定性和設備壽命，從而達到節能。

（2）等離子點火初期控制制粉系統給煤量、出口粉管風速等參

數，可以有效控制鍋爐升溫升壓速率，從而保證鍋爐設備安全。

參考文獻：

[1]葉江明.電廠鍋爐原理及設備[M].北京：中國電力出版社出版，2006.

[2]師海營.煤粉鍋爐等離子點火應用安全性研究[R].甘肅省電機工程學會學術年會，2009.

作者簡介：王守陽（1980-），男，遼寧朝陽人，本科，工程師，任運行部支部書記兼副主任，從事電廠運行管理工作。