等離子燃燒技術(shù)在600MW發(fā)電機(jī)組中的應(yīng)用

蘆海慶

大型工業(yè)煤粉鍋爐的點(diǎn)火和穩(wěn)燃傳統(tǒng)上都是采用燃燒重油或天然氣等稀有燃料來實(shí)現(xiàn)的，近年來，隨著世界性的能源緊張，原油價(jià)格不斷上漲，火力發(fā)電燃油愈來愈受到限制。因此鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃用油被做為一項(xiàng)重要的指標(biāo)來考核，為了減少重油（天然氣）的耗量，必須采用與傳統(tǒng)上完全不同的全新工藝，這種工藝應(yīng)既可保證提高燃燒過程的經(jīng)濟(jì)性，又可以改善火電廠的生態(tài)條件——DLZ-200型等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器，采用直流空氣等離子體做為點(diǎn)火源，可點(diǎn)燃揮發(fā)份較低的（10%）貧煤，實(shí)現(xiàn)鍋爐的冷態(tài)啟動(dòng)而不用一滴油，是未來火力發(fā)電廠點(diǎn)火和穩(wěn)燃的首選設(shè)備，本文從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效、簡(jiǎn)單和安全幾方面介紹了采用等離子點(diǎn)火燃燒器的優(yōu)點(diǎn)。

等離子；燃燒；節(jié)能；應(yīng)用

1.等離子系統(tǒng)概述

等離子燃燒器是借助等離子發(fā)生器的電弧來點(diǎn)燃煤粉的煤粉燃燒器，在煤粉進(jìn)入燃燒器的初始階段使用等離子弧將煤粉點(diǎn)燃，并將火焰在燃燒器內(nèi)逐級(jí)放大，可在爐膛內(nèi)無火焰狀態(tài)下直接點(diǎn)燃煤粉，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐的無油啟動(dòng)和無油低負(fù)荷穩(wěn)燃。

壓縮空氣是等離子電弧的介質(zhì)，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)配備壓縮空氣系統(tǒng)，由兩臺(tái)風(fēng)機(jī)供給，互為備用。該系統(tǒng)同時(shí)供應(yīng)等離子圖像火檢探頭的冷卻和吹掃氣源。

等離子發(fā)生器的陰極和陽極需要冷卻水以高的流速?zèng)_刷。冷卻水溫度不能高于30℃，否則冷卻效果差。

為了在等離子燃燒器運(yùn)行時(shí)能夠監(jiān)測(cè)一次風(fēng)速，在一次風(fēng)管加裝一次風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng)，同時(shí)等離子點(diǎn)火系統(tǒng)中為每個(gè)等離子點(diǎn)火燃燒器配置了一支高清晰圖像火檢探頭，以便運(yùn)行人員能夠監(jiān)視等離子點(diǎn)火燃燒器運(yùn)行情況。

2.等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)

如圖1所示，等離子發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的中心筒中形成T>5000K的梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過該等離子“火核”受到高溫作用，并在10-3秒內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物，并使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。

圖1等離子燃燒器示意圖

煤粉的濃度影響煤粉的著火溫度，在點(diǎn)火區(qū)適當(dāng)提高煤粉濃度有利于點(diǎn)火，可在彎頭內(nèi)加入彎板或扭轉(zhuǎn)板，改變進(jìn)入點(diǎn)火區(qū)的煤粉濃度分布（如圖2所示）。

圖2煤粉濃度示意圖

3.DG2070/17.5- 6型鍋爐簡(jiǎn)介

寧夏大唐國際大壩發(fā)電公司三期5、6號(hào)機(jī)組鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)鍋爐，配備東方汽輪機(jī)廠NZK600-16.7/538/538型直接空冷汽輪機(jī)和東方電機(jī)廠QFSN-600-2-22C型發(fā)電機(jī)，額定功率600MW。

A.鍋爐設(shè)備概述

DG2070/17.5- 6型鍋爐由東方股份有限公司制造的，亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對(duì)沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架的 型汽包鍋爐，其空氣預(yù)熱器置于鍋爐主柱外。

爐膛四周水冷壁由管徑 66.7？mm、節(jié)距92mm的管子加焊扁鋼焊接成膜式壁。在爐膛上部垂直布置有屏式過熱器，水平煙道由上部后墻水冷壁管繞制而成，在折焰角上方水平煙道內(nèi)按照煙氣流動(dòng)風(fēng)向依次布置有末級(jí)（高溫）過熱器和高溫再熱器；尾部后豎井四周由包墻過熱器組成，尾部豎井煙道被中隔墻分為兩部份，前后分別布置低溫再熱器和低溫過熱器，低溫再熱器和低溫過熱器被省煤器中間聯(lián)箱引出的吊掛管懸吊；其后分別布置省煤器、煙道擋板、空氣預(yù)熱器。

制粉系統(tǒng)采用中速磨、正壓直吹式系統(tǒng)，配置六臺(tái)由上海重型機(jī)械廠制造的HP1003型磨煤機(jī)，正常運(yùn)行5臺(tái)，1臺(tái)備用，每臺(tái)磨煤機(jī)出口為5根一次風(fēng)管引入旋流煤粉燃燒器，為同一層的煤粉燃燒器提供風(fēng)粉混合物，煤粉細(xì)度R90為20%。

旋流煤粉燃燒器采用東方鍋爐廠自行設(shè)計(jì)的外濃內(nèi)淡型低NOx旋流煤粉燃燒器（DBC-OPCC型），布置于爐膛前后墻水冷壁上，分成上、中、下三層，每層各5只，總共30只，在最上層燃燒器上面布置有燃燼風(fēng)噴口，前后墻各一層，每層各5只，總共10只。煤粉燃燒器層間距為4400mm，列間距為3680mm，最外側(cè)燃燒器中心線到兩側(cè)墻水冷壁中心線的距離為2990mm，最上層煤粉燃燒器中心線到燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器中心線的距離為4000mm。

在每一只主燃燒器內(nèi)都設(shè)有中心風(fēng)管，在A層燃燒器內(nèi)布置有等離子點(diǎn)火裝置，其他各層燃燒器內(nèi)，布置點(diǎn)火油槍、高能點(diǎn)火器等設(shè)備。

B.DG2070/17.5- 6型鍋爐參數(shù)

下面就DG2070/17.5- 6型鍋爐的熱力特性、一二次風(fēng)速、燃料特性等列表說明。

表1鍋爐熱力特性

表25、6號(hào)鍋爐設(shè)計(jì)煤種為寧夏靈武羊場(chǎng)灣礦煙煤

表3煤粉燃燒器規(guī)范

C.等離子點(diǎn)火系統(tǒng)簡(jiǎn)介

大唐大壩發(fā)電公司5、6鍋爐安裝的等離子燃燒系統(tǒng)由點(diǎn)火系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)兩大部組成。點(diǎn)火系統(tǒng)由等離子燃燒器、等離子點(diǎn)火器、電源控制柜、隔離變壓器、控制系統(tǒng)等組成，輔助系統(tǒng)由壓縮空氣、冷卻水、圖像火檢、一次風(fēng)蒸汽加熱系統(tǒng)等組成。

5、6鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)共設(shè)計(jì)各有一套等離子點(diǎn)火裝置，其中五支等離子燃燒器分別裝在鍋爐A層五支主燃燒器中，該燃燒器具有等離子點(diǎn)火和穩(wěn)燃功能，五套電源控制柜和隔離變壓器安裝在鍋爐17.5m平臺(tái)，系統(tǒng)控制是通過與DCS通訊聯(lián)系方式，進(jìn)行等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的控制。

表4等離子系統(tǒng)規(guī)范

4.等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的運(yùn)行

A.等離子系統(tǒng)的投運(yùn)

在CRT上將A磨煤機(jī)運(yùn)行方式置“等離子”方式。

啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)，調(diào)整一次風(fēng)壓力合格。

調(diào)節(jié)A磨煤機(jī)入口風(fēng)量，維持磨出口一次風(fēng)速在23m/s左右。

開啟A磨煤機(jī)煤粉管出口氣動(dòng)隔離門，開啟A磨煤機(jī)入口冷熱風(fēng)門、總風(fēng)門，保證A磨煤機(jī)入口溫度大于150℃，進(jìn)行暖磨，直至出口溫度大于75℃。

調(diào)節(jié)A層燃燒器二次風(fēng)，維持此層風(fēng)門在15%開度。

按順序依次啟動(dòng)1～5號(hào)等離子發(fā)生器引?。徽{(diào)節(jié)電弧功率在110KW左右。檢查確認(rèn)離子發(fā)生器1～5號(hào)引弧成功。

啟動(dòng)A磨煤機(jī)。檢查A磨煤機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)正常后，啟動(dòng)A給煤機(jī)，逐漸加大給煤量。

調(diào)整等離子裝置的電弧功率，就地觀察等離子點(diǎn)火燃燒器煤粉燃燒情況，確認(rèn)等離子點(diǎn)火燃燒器燃燒穩(wěn)定正常。適當(dāng)調(diào)整A磨煤機(jī)的出力，并對(duì)一、二次風(fēng)進(jìn)行調(diào)整。

B.等離子系統(tǒng)運(yùn)行中的注意事項(xiàng)

等離子點(diǎn)火燃燒器投入運(yùn)行的初期，要注意觀察火焰的燃燒情況、電源功率的波動(dòng)情況，在燃燒器顯示壁溫超過400℃或超過300℃且壁溫仍然上升較快時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取降低壁溫的措施，包括降低磨煤機(jī)出力、加大磨煤機(jī)的入口風(fēng)量、降低等離子發(fā)生器功率等，燃燒器顯示壁溫超過500℃時(shí)，應(yīng)停止該燃燒器進(jìn)行檢查。

鍋爐啟動(dòng)過程中，A磨等離子投運(yùn)后，當(dāng)A給煤機(jī)給煤量達(dá)到40～50t/h時(shí)，穩(wěn)定燃燒一段時(shí)間后，就地用測(cè)溫槍測(cè)量爐膛溫度，當(dāng)爐膛溫度達(dá)到500℃以上時(shí)，可根據(jù)需要啟動(dòng)C磨運(yùn)行。

等離子點(diǎn)火裝置投運(yùn)過程中，注意監(jiān)視汽包壓力、過熱器蒸汽溫度。

等離子點(diǎn)火燃燒器投入運(yùn)行過程中，對(duì)鍋爐的膨脹加強(qiáng)檢查、記錄。

等離子點(diǎn)火燃燒器點(diǎn)火前和點(diǎn)火的過程中，根據(jù)給煤量與磨煤機(jī)入口風(fēng)速等參數(shù)，做好風(fēng)粉速度、煤粉濃度等重要參數(shù)的調(diào)整。

當(dāng)A磨煤機(jī)在“等離子方式”下運(yùn)行，5支等離子點(diǎn)火燃燒器中的1支發(fā)生斷弧時(shí)，光字牌將發(fā)出聲光報(bào)警。此時(shí)應(yīng)及時(shí)投入斷弧點(diǎn)火器上層的油槍，同時(shí)檢查斷弧原因，盡快恢復(fù)點(diǎn)火器的運(yùn)行。

當(dāng)A磨煤機(jī)在“等離子方式”下運(yùn)行，5支等離子點(diǎn)火燃燒器中的2支發(fā)生斷弧時(shí)，保護(hù)將停止A磨煤機(jī)的運(yùn)行，此時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查斷弧原因，待問題解決后再繼續(xù)投入運(yùn)行。

當(dāng)鍋爐投入三臺(tái)磨煤機(jī)時(shí)，應(yīng)及時(shí)將A磨煤機(jī)運(yùn)行方式切至正常運(yùn)行方式，防止因等離子點(diǎn)火燃燒器斷弧造成A磨煤機(jī)跳閘。

為了確保冬季等離子暖風(fēng)器暖風(fēng)效果良好，在調(diào)試中，檢查進(jìn)汽溫度參數(shù)滿足壓力0.8MPa，溫度300℃的要求。暖風(fēng)器應(yīng)該盡早暖管，以便能夠盡早投入，當(dāng)通過調(diào)整暖風(fēng)器疏水門來調(diào)整用汽量，當(dāng)全開疏水后無法達(dá)到風(fēng)溫140～160℃，可通過適當(dāng)提高蒸汽聯(lián)箱壓力。

正常運(yùn)行或機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，A磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)的煤倉要配上高熱值、高揮發(fā)份煤種，以得到點(diǎn)火、穩(wěn)燃的更好效果。

4.結(jié)語

在當(dāng)前世界性能源緊張，原油價(jià)格不斷上漲的條件下，等離子燃燒技術(shù)節(jié)能、高效、安全、環(huán)保的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是火力發(fā)電廠做為點(diǎn)火啟動(dòng)和低負(fù)荷穩(wěn)燃的首選技術(shù)。我公司采用的發(fā)生器為磁穩(wěn)空氣載體等離子發(fā)生器，能量密度高達(dá)105～106W/cm2，為點(diǎn)燃不同的煤種創(chuàng)造了良好的條件。

等離子燃燒技術(shù)的應(yīng)用，使我公司5、6號(hào)機(jī)組調(diào)試和投入商業(yè)運(yùn)行以來，燃油的使用量大大減少，機(jī)組小修后冷態(tài)啟動(dòng)僅僅用燃油2.2噸，2011年機(jī)組B級(jí)檢修深度滑停時(shí)，汽輪機(jī)缸溫降至285℃，僅用油1.6噸，與沒有采用這項(xiàng)技術(shù)的同類型機(jī)組相比降低了生產(chǎn)成本近千萬元，不但提高了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，而且使企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的今天能夠處于優(yōu)勢(shì)地位。所以該項(xiàng)技術(shù)今后乃至很長(zhǎng)一段時(shí)期在電力、化工、鋼鐵等行業(yè)將是不可替代的，而且會(huì)更加完善、更加實(shí)用。

[1]周謨?nèi)?等離子點(diǎn)火技術(shù).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006

[2]關(guān)醒凡.等離子節(jié)能與應(yīng)用.北京：機(jī)械出版社，2005

[3]胡沛成.火電廠輔機(jī)設(shè)備.北京：水利水電出版社，2002