等離子點火技術(shù)在600MW燃煤機組中的應(yīng)用

張國良

摘 要：通過等離子點火技術(shù)在大唐國際盤山電廠600MW燃煤機組中的應(yīng)用，指出了等離子燃燒技術(shù)為燃煤機組在經(jīng)濟和環(huán)保方面提供的諸多優(yōu)勢。等離子點火技術(shù)的工作原理是通過采用直流空氣等離子體作為點火源來點燃煤粉的，這樣可以實現(xiàn)燃煤鍋爐冷態(tài)啟動中的無油點火，這項先進的技術(shù)必將成為燃煤電廠點火和穩(wěn)燃的首選設(shè)備。

關(guān)鍵詞：經(jīng)濟；等離子；點火；煤粉

引言

從我國目前的能源結(jié)構(gòu)中分析，油資源短缺是一個不爭的事實，我國每年所消耗的石油都要大量依靠進口來滿足國內(nèi)日益增長的需要，這是一項耗費巨額資金的經(jīng)濟活動。面對國內(nèi)油資源短缺這一嚴(yán)峻事實，我們迫切需要節(jié)約燃油來減少進口。當(dāng)前情況下石油已成為影響我國能源安全和經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略物資，通過節(jié)約和尋找燃油替代品來保證國家能源和經(jīng)濟安全已經(jīng)被提上了重要日程。為了滿足燃煤機組的無油點火，等離子燃燒技術(shù)應(yīng)運而生。

隨著科技的發(fā)展，等離子點火技術(shù)已經(jīng)得到很大的進步，在國內(nèi)很多電廠中得到使用，而且使用效果良好，可以在保證機組安全的基礎(chǔ)上為發(fā)電企業(yè)節(jié)約部分發(fā)電成本，已經(jīng)逐漸成為電廠的主流點火方式。

鍋爐點火初期，用油點火時，油在燃燒的過程中會出現(xiàn)燃燒不完全的情況，即使當(dāng)時的氧量很高，也會在煙氣中形成小顆粒的油粒。如果這些油粒粘附在電除塵上，光靠機械振打無法將其除去。投用油槍的時候是堅決不能用電除塵的，而且布袋除塵對此要求的更是嚴(yán)格。再有就是在排煙溫度低于100℃的時候，由于煙氣中含有水分，液態(tài)的水不但容易在電場中發(fā)生電離，造成危險，而且，水滴與煙氣中的灰分混合，也容易粘附在電場上，再經(jīng)過高溫的煙氣烘烤，形成一層堅硬的泥巴外衣，如果振打裝置無法將其去除就會造成電場無法正常工作。這些都是油點火的缺點。

等離子點火技術(shù)作為一項不同于以往燃油點火的點火技術(shù)，在基建調(diào)試、機組啟停過程中，能夠大量節(jié)約燃油。在機組運行期間，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)燃節(jié)能，并實現(xiàn)設(shè)備的安全可靠運行。

1 天津大唐盤山電廠設(shè)備簡介

天津大唐國際盤山發(fā)電有限責(zé)任公司選用的是哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司制造的HG-2023/17.6-YM4型鍋爐。鍋爐為亞臨界壓力、一次中間再熱、固態(tài)排渣、單爐膛、Π型布置、全鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、半露天布置、控制循環(huán)汽包爐。采用的是三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，平衡通風(fēng)，擺動燃燒器四角切圓燃燒。設(shè)計煤種為準(zhǔn)格爾煙煤。并配備6套正壓直吹式制粉系統(tǒng)，相關(guān)配置為ZGM-123型中速輥式磨煤機。鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)量為2023t/h，額定蒸發(fā)量為1801t/h，主蒸汽的額定溫度540℃，經(jīng)二級減溫進入汽輪機。A、B磨層燃燒器配備了DLZ-200型等離子點火裝置。相應(yīng)的磨煤機已經(jīng)進行了變加載改造，便于在鍋爐啟動階段的煤量控制，使得在較低煤量的情況下也能讓磨煤機較長時間的正常穩(wěn)定運行。

2 等離子設(shè)備相關(guān)情況

2.1 等離子點火燃燒設(shè)備概述

等離子燃燒器是通過等離子發(fā)生器產(chǎn)生的電弧來點燃進入爐膛的煤粉。當(dāng)細(xì)小的煤粉顆粒通過輸粉管道進入燃燒器時，等離子電弧迅速將這些細(xì)小的煤粉點燃，并通過逐級點火與分級燃燒使?fàn)t膛內(nèi)沒有火焰的情況下直接點燃煤粉。

細(xì)小的煤粉顆粒通過等離子“火核”受到高溫的作用，在短時間內(nèi)迅速釋放出大量的揮發(fā)物，使煤粉顆粒破裂粉碎，達到速燃的效果。由于這個反應(yīng)是在氣相中進行的，煤粉混合物的顆粒成分也發(fā)生了變化，因而大大加快了煤粉的燃燒速度，這樣也就大大地減少了促使煤粉燃燒所需要的能量E（E等=1/6E油）。

等離子燃燒器的高壓電弧讓等離子體內(nèi)充滿了諸多有較強化學(xué)活性的粒子，這樣的環(huán)境下也就大大加快了熱化學(xué)轉(zhuǎn)換的速度，促進了燃料的快速燃燒。除了以上提到的那些作用，等離子體也使得煤粉要比通常情況下的揮發(fā)分提高了20%～80%，即我們所說的等離子體有再造揮發(fā)分的效應(yīng)。以上這些優(yōu)點對于點燃揮發(fā)分較低的煤粉有特別的意義。等離子燃燒器的工作原理見圖1。

那么什么是等離子發(fā)生器呢？顧名思義就是用來產(chǎn)生高溫等離子弧的裝置。它的主要構(gòu)成部分是陽極組件、陰極組件、線圈組件，同時還要配備相關(guān)的支撐托架來配合現(xiàn)場安裝。陽極組件與陰極組件包括了用來形成電弧的兩個金屬電極即我們提到的陽極與陰極。當(dāng)在陽極與陰極之間加上高電壓后，陰陽極之間的空氣便在高壓下電離形成了具有高溫導(dǎo)電性能的等離子體。線圈通電后產(chǎn)生了強大的磁場，在這個強磁場作用下使得等離子體得以壓縮，并通過載體風(fēng)吹出陽極，從而形成了可以用來點燃煤粉顆粒的高溫電弧。

2.2 等離子系統(tǒng)投入及運行中的注意事項和要求

風(fēng)粉速度有根據(jù)的加以調(diào)整。等離子點火燃燒器投入運行的初期，要注意觀察火焰的燃燒情況、電源功率的波動情況，做好事故預(yù)想。有異常情況時，要及時處理，避免事故擴大；在投運等離子燃燒器的初期，為控制溫升速度，鍋爐送風(fēng)的上部二次風(fēng)門要適當(dāng)開大。注意觀察、記錄溫升率，防止吹管臨時系統(tǒng)、再熱器系統(tǒng)超溫。

2.2.1 等離子點火系統(tǒng)投運前的檢查與準(zhǔn)備

（1）將B磨煤機分離器折向擋板調(diào)至45%，磨煤機加載力調(diào)至80mm。（2）確認(rèn)等離子點火裝置在正常位置，外部連接冷卻水管、壓縮空氣管道保溫完整，無泄漏。（3）確認(rèn)等離子冷卻水泵的出、入口手動門處于開啟狀態(tài)，冷卻水系統(tǒng)所有放水門關(guān)閉。（4）檢查等離子火檢冷卻風(fēng)門在開啟狀態(tài)。（5）檢查等離子冷卻水泵、火檢冷卻風(fēng)機具備啟動條件。（6）在就地控制柜選擇一臺冷卻水泵運行，另一臺備用。（7）在就地控制柜選擇一臺圖象火檢冷卻風(fēng)機，另一臺備用。（8）在控制屏上啟動一臺等離子火檢冷卻風(fēng)機，確認(rèn)風(fēng)壓正常。（9）在控制屏上啟動一臺等離子冷卻水泵，檢查冷卻水流量正常。（10）就地檢查冷卻水泵運行正常，就地壓力表顯示冷卻水出口母管壓力大于0.8MPa。（11）就地檢查火檢冷卻風(fēng)機運行正常，冷卻風(fēng)壓力大于4kPa。（12）鍋爐四個角就地壓力表顯示冷卻水壓力均大于0.15-0.40MPa，壓縮空氣壓力大于0.1-0.4MPa。（13）就地確認(rèn)B磨煤機一次風(fēng)暖風(fēng)器疏水箱排地溝手動門開啟，疏水箱入口手動門關(guān)閉。（14）開啟B磨煤機一次風(fēng)暖風(fēng)器供汽門，開啟疏水旁路門，暖管20分鐘。

2.2.2 等離子點火系統(tǒng)投運

（1）等離子點火系統(tǒng)投運條件：鍋爐已點火；機組低負(fù)荷運行，需助燃時；停機過程中，磨煤機少于三臺運行時。（2）啟動一臺一次風(fēng)機。（3）B磨煤機一次風(fēng)暖風(fēng)器暖管結(jié)束后，開啟疏水箱入口手動門，關(guān)閉疏水旁路門。（當(dāng)一次風(fēng)溫度大于140℃時，不投暖風(fēng)器）。（4）暖B磨煤機。（5）當(dāng)B磨入口一次風(fēng)溫大于140℃且出口溫度大于80℃時，切換B磨煤機為“等離子模式”。（6）在控制屏上檢查B磨煤機MFT保護復(fù)歸后，依次四角等離子點火裝置拉弧。并調(diào)整電流為340A-350A。（7）將爐膛火焰電視切換為圖象火檢方式。（8）調(diào)整B層燃燒器輔助風(fēng)門開度至20%，調(diào)整B磨煤機入口一次風(fēng)量為45km3/h，啟動B磨煤機。（9）調(diào)整B磨煤機給煤量為20t/h。（10）觀測著火情況，當(dāng)著火正常后，將調(diào)整B層燃燒器輔助風(fēng)擋板開度為40%。

2.2.3 機組正常運行中系統(tǒng)必須保持的狀態(tài)

（1）等離子磨的運行方式選擇為“正常運行模式”。（2）等離子點火裝置處于拉弧停止位。（3）冷卻水泵、冷卻風(fēng)機保持運行，冷卻水壓力、冷卻風(fēng)壓力及壓縮空氣壓力在正常范圍內(nèi)。

2.2.4 等離子點火裝置停運

（1）按照正常停止磨煤機操作方法停止B磨煤機。（2）等離子點火裝置拉弧停止。（3）將B磨煤機切換至“正常運行模式”。

2.2.5 等離子運行模式下的保護

（1）任一角等離子工作故障10s內(nèi)未恢復(fù)時，B磨煤機跳閘。（2）B磨煤機跳閘，等離子點火裝置跳閘。（3）任一角失去火檢，B磨煤機跳閘。（4）鍋爐MFT時，等離子點火裝置跳閘，并閉鎖啟動。（5）其他保護與正常模式下相同。

2.2.6 等離子點火裝置正常運行維護

（1）定期對雜用壓縮空氣母管進行放水，以防止雜物污染等離子點火裝置。（2）冬季停爐后一定要停止等離子冷卻水泵的運行并將系統(tǒng)內(nèi)積水放盡，以防凍管。（3）檢查冷卻水、壓縮空氣系統(tǒng)無泄漏。（4）檢查冷卻水壓力、冷卻風(fēng)壓力及壓縮空氣壓力在正常范圍內(nèi)。

3 等離子點火裝置的多種優(yōu)勢分析

按傳統(tǒng)方法，在鍋爐點火時，鍋爐是純燒油或是油煤混燒。由于是投油狀態(tài)，電除塵器在此期間是無法正常投入運行的，大量煙塵沒有經(jīng)過除塵器而直排大氣，給環(huán)境污染帶來嚴(yán)重后果。同時由于煙氣中含有大量未經(jīng)除去的粉塵，這也加大了對引風(fēng)機葉片的磨損程度。由于環(huán)保方面更加嚴(yán)格的要求，現(xiàn)在的機組都要求取消脫硫旁路系統(tǒng)，點火初期產(chǎn)生的大量粉塵同樣也會造成吸收塔漿液的污染。由此可見，燃油對設(shè)備和環(huán)境都有較大的影響。

如果在機組啟動期間即投入等離子點火系統(tǒng)，那么在無油的情況下電除塵器是可以正常投入運行的，從而也就從根本上大大減少了煙塵的排放，避免了大量粉塵對環(huán)境造成污染以及對設(shè)備帶來較大危害，給電廠帶來顯著的經(jīng)濟、環(huán)保效益。

采用等離子點火裝置，與傳統(tǒng)的投油點火相比有以下幾大優(yōu)點：

經(jīng)濟：采用等離子燃燒技術(shù)，設(shè)備運行和技術(shù)維護與傳統(tǒng)燃油相比大大減少，特別是在當(dāng)前大力提倡節(jié)能減排的趨勢下，更是有著顯著的優(yōu)點。

環(huán)保：由于點火時不再需要用到油料，電除塵裝置可以在啟動階段即可投入，因此，減少了點火初期的煙塵排放；采用單一燃料后，減少了油品運輸和儲存環(huán)節(jié)，這就減少了庫存、節(jié)約了開支、改善了環(huán)境。

安全：取消了燃油點火系統(tǒng)，避免了儲油、用油環(huán)節(jié)有可能造成的各種事故，畢竟燃油不如燃煤的安全系數(shù)高。

由于等離子點火燃燒技術(shù)擁有以上諸多優(yōu)點，是燃油狀態(tài)下無法實現(xiàn)的，所以應(yīng)該大力推廣。目前我國所面臨的環(huán)保壓力是很嚴(yán)重的，再加上油資源的短缺，這不得不讓我們努力尋找燃油系統(tǒng)改造的替代產(chǎn)品，等離子點火技術(shù)作為這一替代品的佼佼者，有著廣闊的發(fā)展前景。2002年國家電力公司即發(fā)布了《電站鍋爐等離子點火技術(shù)應(yīng)用指南》，推廣等離子點火技術(shù)。

4 結(jié)束語

等離子點火裝置的多次實踐證明，等離子點火技術(shù)在大唐盤山電廠得到了成功應(yīng)用，實現(xiàn)了安全經(jīng)濟運行。在3號、4號機組多次啟動過程中，實現(xiàn)了零燃油；在機組正常運行期間，實現(xiàn)了等離子點火裝置的穩(wěn)燃、助燃效果。與沒有采用這項技術(shù)的同類型機組相比大大降低了生產(chǎn)成本，不但提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，而且使企業(yè)在市場競爭日趨激烈的今天能夠處于優(yōu)勢地位。該項技術(shù)今后乃至很長一段時期在電力、化工、鋼鐵等行業(yè)將是不可替代的，而且會更加完善、更加實用。

等離子煤粉點火燃燒器的等離子燃燒技術(shù)不僅在經(jīng)濟效益上為企業(yè)做出了重大貢獻，同時為環(huán)保做出了重要貢獻，大大減少了機組啟動階段由于投油對環(huán)境造成的污染。

參考文獻

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