鍋爐兩層等離子點火技術在600 MW機組中的應用

龍智海

(河北大唐國際王灘發電有限責任公司，河北 唐山 063611)

1 概述

王灘發電公司的HG-2030/17.5-YM型鍋爐是亞臨界、一次中間再熱、固態排渣、單爐膛、Π型半露天布置、全鋼構架、懸吊結構、控制循環汽包鍋爐;鍋爐設計煤種和校核I、校核II為開灤煙煤，校核III為晉北煙煤。鍋爐采用四角切圓燃燒方式，過熱蒸汽溫度采用二級噴水調節，再熱蒸汽調溫方式采用擺動燃燒器調溫。鍋爐配有6套正壓直吹式制粉系統，選用的磨煤機為北京電力設備總廠設計生產的ZGM123G型磨煤機。6層燃燒器中的最下層A層已加DLZ200-Ⅳ型等離子點火裝置，并且取得了很好的效果。

現有的A層等離子點火裝置雖然運行較穩定可靠，近幾年也實現了零燃油的業績，但是隨著燃油系統的拆除，尤其近年來王灘發電公司承擔著海港開發區供熱及電網的深調峰任務，單一層等離子燃燒裝置已不能完全滿足機組運行的穩定性和可靠性，因此需要在B層進行加裝等離子點火裝置改造以提高鍋爐運行的安全穩定性。

2 等離子點火技術

目前等離子點火技術得到了廣泛的應用，一般等離子發生器為磁穩空氣載體等離子發生器，他由線圈、陰極、陽極等組成。其中陰極材料采用高導電率的金屬材料制成。陽極由高導電率、高導熱率及抗氧化的金屬材料制成，他們均采用水冷方式，以承受電弧高溫沖擊。線圈在高溫250℃情況下具有抗2 000 V的直流電壓擊穿能力，電源采用全波整流并具有恒流性能。等離子發生器是用來產生高溫等離子體弧的裝置，其主要由陽極組件、陰極組件、線圈組件三部分組成，還包括拉弧機構和配合現場安裝的托架，見圖1。

圖1 等離子發生器

陰極和陽極接觸后，加電流至設定值，陽極固定，陰極可伸縮，當陰極離開陽極時，極間開始放電，形成高壓電弧，投粉后引燃煤粉。同時，電弧在線圈磁力的作用下拉出噴管以外，壓縮空氣在電弧的作用下被電離為高溫等離子體，其能量密度很高，為點燃煤粉提供熱源。

3 等離子點火改造技術方案

3.1 等離子燃燒器技術改造方案

根據鍋爐的實際情況，將B層4臺煤粉燃燒器改造為兼有等離子點火及穩燃功能的等離子燃燒器，等離子燃燒器結構與A層保持一致。燃燒器上安裝有等離子點火器，根據原主燃燒器的結構，等離子點火器采用軸向插入方式。燃燒器內部由多級燃燒室組成，見圖2。在鍋爐點火和穩燃期間，該燃燒器具有點火和穩燃功能;在鍋爐正常運行時，該燃燒器具有主燃燒器功能，且在出力及燃燒工況與原來保持一致。

圖2 燃燒器逐級放大結構示意

3.2 電氣部分改造方案

B層等離子電源系統為新增，設計方案為增加多脈波干式變壓器，低壓開關柜，整流柜，動力接線箱。多脈波干式變壓器低壓側直接接入低壓配電柜斷路器，不需要設置低壓進線柜，低壓成套配電柜不設置主母線。煙臺龍源研發設計的LYZKG-500型整流柜與多脈波變壓器配合使用時，整流柜上級供電電源設備不需要設置隔離變壓器。

采用多脈波干式變壓器供電的方式比常規干式變壓器供電方式減少了1面低壓進線柜和4臺隔離變壓器，并且在低壓側380 V AC電源之間是相互隔離的，該供電方式與隔離變壓器供電的隔離效果是一樣的。由于多脈波干式變壓器低壓繞組是特殊繞制的，低壓繞組的供電可以單獨工作，也可以多個繞組同時工作，供電方式不受影響，穩定性和安全性可以保障。

3.3 冷爐制粉冷風燃油加熱系統

為滿足鍋爐全冷態，無蒸汽汽源啟動的要求，在空氣預熱器出口熱一次風母管上安裝一套冷風燃油加熱裝置，滿足鍋爐全冷態、無啟動汽源工況下，配合等離子點火系統，實現機組正常點火啟動要求。冷風燃油加熱裝置使用的燃油泵站必須采取可移動式泵站設計。油燃燒助燃風及密封風取自鍋爐密封風，冷風燃油加熱混合室由不銹鋼外筒和內襯耐火材料加工而成，用以提供加熱冷風的空間并保護混合室外筒及原風道不被燒損，在混合室外壁及出口加裝溫度測點用于實時監視溫度。冷風燃油加熱裝置設計的進口空氣溫度為20℃，風量70 t/h，出口加熱至180～200℃，并滿足磨煤機熱平衡計算后需要的入口溫度。

4 改造效果及建議

4.1 改造效果

自投產以來，等離子點火系統投運情況基本正常，在機組啟停過程中發揮了重要的作用，節約了大量的燃油，大幅降低了啟停成本。

a.提高鍋爐點火可靠性。鍋爐燃油系統拆除后，單一層等離子點火系統故障機組將無法按時啟動，鍋爐改造后采用兩層等離子點火可以互為備用，提高鍋爐點火可靠性，滿足機組按時并網的要求。

b.提高鍋爐的低負荷穩燃性能。兩層等離子體點火及穩燃技術使鍋爐具有優良的低負荷(無油)穩燃性能，大大提高了機組低負荷運行鍋爐燃燒的安全可靠性，滿足機組調峰負荷要求。

c.減少重大危險源，簡化運行方式，改善電廠環境。采用等離子體點火及穩燃技術，取消常規的燃油系統后，電廠采用單一燃料，減少了油品的運輸和儲存環節，減少一個重大危險源，并且簡化了系統和運行方式。

4.2 建議

根據運行情況提出以下建議：

a.加強等離子燃燒器燃用煤種的管理，盡可能保證在冷態啟動時燃用高揮發分易燃煤種。

b.等離子點火系統投運時的燃燒調整：尤其在冷態啟動時，在投運初期，與等離子相關的二次風小風門應盡可能關小，因二次風溫較低，很難起到輔助燃燒的作用，待等離子燃燒器著火穩定、二次風溫較高時方可加大等離子燃燒器的二次風配風。

c.等離子暖風器出力偏小，尤其在冬天，很難保證磨煤機的出口溫度，等離子暖風器實際投運時間很短，無需過于考慮其耗汽量，出力大一些應該更為合理。

d.在使用等離子點火系統進行機組啟動時合理使用旁路，一般能得到比較合適的升溫、升壓速率。

5 結束語

采用兩層等離子點火技術在機組啟停過程和低負荷過程中節省了大量的燃油，降低了電廠的發電成本，其經濟節能效果毋庸置疑。自投產至今的運行情況來看使用等離子點火技術是安全可靠的。