利用等離子點火技術(shù)對 300 MW鍋爐燃燒器改造

宋云華

(珠江電廠,廣東 廣州 511457)

利用等離子點火技術(shù)對 300 MW鍋爐燃燒器改造

宋云華

(珠江電廠,廣東 廣州 511457)

針對珠江電廠鍋爐燃燒器等離子改造工程,介紹等離子點火裝置的工作原理和系統(tǒng)組成以及采用該技術(shù)在珠江電廠 4臺機組上的應(yīng)用情況。表明了等離子點火技術(shù)可實現(xiàn)煤粉鍋爐無油點火和低負荷穩(wěn)燃,經(jīng)濟效益、環(huán)保效益顯著。

等離子點火;鍋爐;穩(wěn)燃;環(huán)保

0 引 言

珠江電廠 4×300 MW燃煤機組,采用哈爾濱鍋爐廠制造的亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu) Π型汽包鍋爐,鍋爐型號HG1021/18.2-Y M3。采用了煙臺龍源電力技術(shù)有限公司的型號為 DLZ-200-Ⅳ型等離子點火及穩(wěn)燃設(shè)備,它具有鍋爐啟動點火和低負荷穩(wěn)燃的功能。根據(jù)珠江電廠鍋爐的實際情況,將鍋爐最下層 4臺煤粉燃燒器改造為兼有等離子點火及穩(wěn)燃功能的等離子燃燒器,減少鍋爐啟動和低負荷助燃用油,降低了發(fā)電成本,節(jié)能效果顯著。

圖1 等離子點火器工作原理圖Fig.1 Plasma ignition work principle diagram

1 等離子點火器的原理

基本原理是以大功率等離子體直接點燃煤粉,等離子裝置利用直流電流 (300 A左右),在介質(zhì)氣壓8 kPa左右的條件下接觸引弧,并在強磁場下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體,其功率50～150 kW連續(xù)可調(diào)、輸送等離子體長度可達1.5～2m,其中心溫度可達6 000℃。一次風(fēng)粉送入等離子點火煤粉燃燒器經(jīng)濃淡分離后,使?jié)饷悍圻M入等離子火炬中心區(qū),在1ms內(nèi)迅速著火,并為淡相煤粉提供高溫?zé)嵩?使淡相煤粉也迅速著火燃燒,最終形成穩(wěn)定的燃燒火焰。等離子點火器工作原理見圖 1。

2 等離子點火與穩(wěn)燃系統(tǒng)設(shè)計及燃燒器改造

2.1 系統(tǒng)及設(shè)備概況

珠江電廠鍋爐為四角噴燃切圓燃燒,布置 6層供 24只煤粉燃燒器、3層供 12只油燃燒器,油槍采用蒸汽霧化噴嘴,設(shè)計出力為1 t/h,此出力時的燃油壓力為0.7 MPa,蒸汽霧化壓力為。磨煤機采用 RP-783型碗式中速磨,冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng),每臺爐配 6臺中速磨煤機,每臺磨煤機帶一層燃燒器。每臺磨煤機 (額定工況下5臺運行、1臺備用)制粉后分 4個煤粉管送至 1層的 4個煤粉燃燒器,其中 6號磨煤機作為第一層燃燒器。磨煤機最大出力為45.0 t/h,出力為10～40 t/h。額定通風(fēng)量為53.12 t/h,磨煤機出口溫度65～80℃。鍋爐設(shè)計煤種為神府東勝煙煤,煤質(zhì)資料見表 1。

表 1 煤質(zhì)資料一覽表Tab.1 Coal quality data general chart

2.2 燃燒器改造方案選擇

采用等離子點火系統(tǒng)對點火燃燒器的技術(shù)改造有 2種典型的方案。方案 1：單獨設(shè)立等離子燃燒器,替代油槍,僅作為點火燃燒器使用,起到啟動鍋爐和在低負荷助燃的作用。采用該種燃燒器需要為其附加給粉系統(tǒng),包括一次風(fēng)管路及給粉機,現(xiàn)場配套的工作量較大,其缺點是投資較大、系統(tǒng)較為復(fù)雜。多應(yīng)用于中間儲倉式制粉系統(tǒng)。方案 2：將主燃燒器改造成既能用等離子點火又能作主燃燒器的方式,用該方案改造時將需要改造的主燃燒器拆下,更換成特殊設(shè)計的主燃燒器,等離子燃燒器按照鍋爐原有的煤粉燃燒器接口尺寸設(shè)計安裝。其系統(tǒng)簡潔、燃燒器出力與主燃燒器基本相同,改造工作量小。根據(jù)珠江電廠的實際情況,采用第 2種方案。

2.3 燃燒器改造

把 A層的 4只煤粉燃燒器改為等離子點火燃燒器,同時作為點火燃燒器和主燃燒器。保留原來設(shè)計的油燃燒器。燃燒器軸向裝設(shè)等離子點火器,內(nèi)部由多級燃燒室組成。該燃燒器在點火、穩(wěn)燃期間作點火器用,正常運行時作主燃燒器用。等離子燃燒器不改動二次風(fēng)部分,二次風(fēng)的結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)均不影響。不影響主燃燒器的主要性能,一次風(fēng)出口氣流的動量矩和流場基本不變。穩(wěn)定可靠地點燃,確保點火過程中不出現(xiàn)爆燃、二次燃燒、結(jié)渣、燒壞。燃燒器的出力可以在一定的范圍內(nèi)變動,以滿足啟動曲線的要求。燃燒器的外形主要尺寸與原燃燒器一次風(fēng)部分相同,便于布置和與系統(tǒng)的接口。等離子煤粉燃燒器采用的是煤粉分級內(nèi)燃技術(shù),在等離子點火期間,煤粉在燃燒器內(nèi)是在欠氧的環(huán)境下燃燒,對于降低NOX十分有利。作為主燃燒器時,煤粉中心濃四周淡分布,也有利于降低 NOX。

2.4 等離子點火裝置系統(tǒng)的組成

DLZ-200-Ⅳ型等離子點火裝置的系統(tǒng)主要包括：等離子發(fā)生器 (點火器)、燃燒器、供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、載體空氣系統(tǒng)、冷爐制粉冷風(fēng)加熱系統(tǒng)、一次風(fēng)在線監(jiān)測系統(tǒng)、圖像火檢及冷卻風(fēng)系統(tǒng)、燃燒器壁溫監(jiān)測系統(tǒng)。

2.5 鍋爐 FSSS邏輯的修改

為保證機組的安全及等離子點火系統(tǒng)的正常運行,結(jié)合珠江電廠鍋爐 FSSS的設(shè)計特點,對FSSS邏輯進行了以下修改：

(1)在 FSSS中設(shè)計 6號磨煤機 “正常運行模式”與 “等離子運行模式”兩種運行模式,并可相互切換,從而實現(xiàn)磨煤機 FSSS邏輯切換功能。

(2)“正常運行模式”運行時,6號磨煤機維持原有的 FSSS邏輯。

(3) “等離子運行模式”運行時,3號、4號、5號、6號 4臺磨的啟磨允許條件中的點火源條件修改為：“原點火源條件或等離子模式下等離子已投運信號”任一滿足時則啟磨點火源具備;將原停運給煤機允許條件中的點火源條件修改為：“原點火源條件或等離子模式下等離子已投運信號”任一滿足時則停給煤機點火源具備。

(4)等離子模式下,任一個角斷弧且等離子斷弧投油槍聯(lián)鎖開關(guān)投入時,DCS系統(tǒng)會自動聯(lián)鎖投入 AB層對應(yīng)角的油槍。任一個角斷弧5 min后 AB層對應(yīng)角油槍沒有投運或任兩個角斷弧則觸發(fā)斷弧跳閘 6號磨信號,上述所有故障狀況在DCS系統(tǒng)均設(shè)有聲光報警。

(5)給煤機停運、 MTR信號已復(fù)位時,機組負荷在100 MW以下,沒有任一對油槍投運且等離子模式下也不足 3/4個電弧投運時則觸發(fā)喪失點火源跳磨信號。

(6)在 “等離子運行模式”下,只有 1臺 6號給煤機投運且 6號給煤機運行3min后 6號磨沒有一個角檢測到火焰則觸發(fā) 6號磨跳閘信號,聯(lián)跳 6號給煤機,在沒有投油情況下鍋爐全部燃料喪失 MFT。運行人員應(yīng)進行爐膛吹掃,查明原因后再次啟動。

(7)當(dāng) 6號磨在 “等離子運行模式”運行時,該磨煤機跳閘,聯(lián)鎖等離子點火器跳閘。

(8)點火失敗 MFT保護的延時時間由原來的300 s更改為 3 600 s。

(9)鍋爐 MFT時,等離子點火器應(yīng)全部跳閘,并禁啟。

(10)選擇等離子模式后,預(yù)點火條件中的“汽包壓力大于3.5 MPa和二次風(fēng)溫大于176℃兩個條件自動滿足。

3 等離子點火系統(tǒng)運行過程注意事項

(1)在鍋爐點火前必須投入圖像火檢冷卻風(fēng)機,根據(jù)給煤量與磨煤機入口風(fēng)量等參數(shù),做好一次風(fēng)管內(nèi)風(fēng)粉速度、煤粉濃度等重要參數(shù)的預(yù)測,并在點火的過程中,根據(jù)煤粉著火情況,予以調(diào)整。在整個啟動過程中,應(yīng)對下列參數(shù)進行全過程跟蹤：a.蒸汽加熱器：蒸汽參數(shù)、熱風(fēng)參數(shù) (溫度、風(fēng)量、阻力);b.磨煤機：出入口溫度、風(fēng)量、出力;c.機組啟動曲線;d.鍋爐的膨脹;e.空氣預(yù)熱器一、二次風(fēng)出入口溫度;f.入爐煤質(zhì)的工業(yè)分析;g.飛灰及大渣的可燃物分析點火初期每半小時檢測一次;h.對于啟動過程應(yīng)作全過程陰極頭壽命記錄,有關(guān)陰極工作的簡況記錄和存在問題的記錄。

(2)當(dāng) 6號磨煤機在 “等離子運行方式”下運行,4只等離子點火器中的 1只斷弧時,光字牌將發(fā)出聲光報警,此時若等離子斷弧投油槍聯(lián)鎖開關(guān)投入,DCS系統(tǒng)聯(lián)鎖啟動 AB層對應(yīng)角的油槍,運行人員應(yīng)及時檢查斷弧原因,如因陰極材料耗盡引起的斷弧,應(yīng)盡快更換陰極頭,恢復(fù)點火器的運行。若單角斷弧聯(lián)啟 AB層該角油槍不成功,運行人員應(yīng)立即手動啟動 AB層或 CD層的一對油槍助燃。當(dāng) 6號磨煤機在 “等離子運行方式”下運行,4只等離子點火器中的 2只斷弧時,保護將停止 6號磨煤機的運行,此時應(yīng)仔細檢查斷弧原因,待問題解決后再繼續(xù)進行試運。

(3)當(dāng)鍋爐負荷升至斷油負荷以上且等離子點火器在運行狀態(tài)時,應(yīng)及時將 6號磨煤機運行方式切至 “正常運行方式”,防止因等離子點火器斷弧造成 6號磨煤機跳閘。在鍋爐負荷降至130 MW以下,沒有油搶投運,僅使用等離子低負荷穩(wěn)燃時,為確保制粉系統(tǒng)的啟停點火源存在且不因喪失點火源跳磨,運行人員必須注意一定要切換至 “等離子模式”運行。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟效益

截止 2009年底,珠江電廠先后對 2號、3號、4號機組進行了等離子技術(shù)改造,1號機組也于2010年 3月機組 A修時完成了改造。2009年由于2號、3號、4號機組加裝了等離子點火穩(wěn)燃裝置,節(jié)約了大量點火用油,具體分析如下：

1號機組由于未加裝等離子點火穩(wěn)燃裝置,年內(nèi)啟停 2次共耗油95.6 t,平均每次油耗47.8 t;

2號機組年內(nèi)啟停 6次共耗油66 t,平均每次油耗11 t;

3號機組年內(nèi)啟停 6.5次共耗油76.4 t,平均每次油耗11.75 t;

4號機組未加裝等離子點火穩(wěn)燃裝置啟停 2.5次共耗油220.98 t(包括 2月 13日配合進行軸系振動監(jiān)測和診斷試驗啟動耗油121 t)。加裝等離子點火穩(wěn)燃裝置后啟停 2次共耗油21.92 t,平均每次油耗10.96 t。

1～12月份全廠耗油605.42 t,比同期少耗油515.81 t。其中：點火用油480.92 t,占全廠用油的79.44%,比去年同期51.3%上升了28.14%。全廠助燃用油124.50 t(包括機組定期試投油槍用油24 t),占全廠用油的20.56%,比去年同期48.7%下降了28.14%。

從以上數(shù)據(jù)可以看出,機組加裝等離子點火穩(wěn)燃裝置后在啟動中雖因啟動時間要求有一定耗油,但總體節(jié)油效果非常顯著。

4.2 環(huán)保及社會效益

鍋爐燃燒器經(jīng)過技術(shù)改造,采用等離子點火系統(tǒng),不僅經(jīng)濟效益十分顯著,而且社會效益也非常大。等離子點火技術(shù)替代燃料油,可節(jié)約大量的燃料油,有益于國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。環(huán)保方面的貢獻也極其巨大。按照常規(guī)的大修試運方法,機組在試運期間要長期低負荷運行,此期間鍋爐純燒油或油煤混燒。為避免未燃盡的油滴粘污電極,鍋爐電除塵器無法正常投入,大量煙塵直接排放到大氣中,給環(huán)境帶來嚴重的污染;同時煙氣中的粉塵會對鍋爐引風(fēng)機葉片造成磨損,這些均給電廠帶來間接的經(jīng)濟損失。在機組大修試運期間投入等離子煤粉點火系統(tǒng),由于點火時不用燃油,電除塵器可以在鍋爐啟動點火初期及低負荷期間正常投入,實現(xiàn)了從鍋爐啟動開始全程投運電除塵,避免了燃油不能投電除塵造成的冒黑煙現(xiàn)象,大大減少了點火初期排放大量煙塵對環(huán)境的污染。由于低負荷穩(wěn)燃有利于燃燒的穩(wěn)定,飛灰和爐渣的含碳量減小,粉煤灰的綜合利用率高,也減少了對環(huán)境的污染。給電廠帶來了顯著的經(jīng)濟效益同時又帶來了社會效益。

5 結(jié)束語

通過一年多的實際應(yīng)用,等離子點火及穩(wěn)燃系統(tǒng)在正常情況下,能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐冷態(tài)無油點火啟動、帶負荷功能,在鍋爐冷/熱態(tài)啟動及低負荷連續(xù)穩(wěn)燃時,具有鍋爐少投油而滿足機組安全啟動、運行、滑停的能力。在投運過程中滿足機組啟動曲線的要求,不影響機組安全,不會造成鍋爐受熱面超溫、燃燒器結(jié)渣、鍋爐尾部 (包括灰?guī)?二次燃燒等影響鍋爐安全運行的問題。等離子點火及穩(wěn)燃系統(tǒng)在 DCS和 PLC上均可以單獨進行遠方操作完成點火及穩(wěn)燃過程,并有完善的控制系統(tǒng)保證機組的安全運行。采用等離子點火技術(shù),將節(jié)約大量寶貴燃油資源,實現(xiàn)以煤代油,運行成本降低,且等離子點火和穩(wěn)燃與傳統(tǒng)的燃油相比具有經(jīng)濟、環(huán)保、高效、簡單、安全等優(yōu)點。

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Reform to 300 MWBoiler Burner with Plasma Ignition Technology

Song Yunhua
(Zhujiang Power Plant,Guangzhou 511457,China)

Plasma ignition technology can realize oil less ignition of pulverized coal-fired Boiler,and low load stable combustion.In this paper,described the ignition system principle and configuration,and theapplication of this technique in Zhujiang Power Plant.The results showed that Plasma Ignition system can realize oil less ignition with stab le performance and low load.Significantly this technique is also economic benefits and environmental friend ly.

plasma ignition;boiler;stable combustion;environmental protection

TK 223.2

B

2010-05-07。

宋云華 (1979-),男,助理工程師,從事電廠集控運行工作,E-mail：ahyun2000@163.com。