等離子點(diǎn)火裝置常見的問題及改善措施

鄭長川

摘要： 本文針對電廠中等離子點(diǎn)火裝置存在的煤粉燃盡率低、點(diǎn)火斷弧、陰極壽命短、煤粉著火延時等問題進(jìn)行了具體分析，并提出解決措施。

關(guān)鍵詞： 電廠等離子點(diǎn)火裝置問題措施

電廠中等離子點(diǎn)火裝置存在煤粉燃盡率低、點(diǎn)火斷弧、陰極壽命短、煤粉著火延時等問題。本文對這些問題進(jìn)行了分析，并提出了解決措施。

一、點(diǎn)火初期煤粉燃盡率低

等離子點(diǎn)火技術(shù)可以在燃燒器內(nèi)部形成局部高溫，迅速點(diǎn)燃煤中的揮發(fā)分，但是熱強(qiáng)度不足，無法提供煤粉后期固定碳燃燒所需的熱量，同時，由于在點(diǎn)火初期爐膛溫度較低，煤粉中固定碳的燃盡率很低。電廠鍋爐在第一次使用等離子冷態(tài)無油點(diǎn)火技術(shù)啟動后，鍋爐飛灰含碳量很大。

（一）點(diǎn)火初期煤粉燃盡率低的原因

1.對于一定的煤種來說，等離子點(diǎn)火可以迅速點(diǎn)燃煤中的揮發(fā)分并進(jìn)一步點(diǎn)燃部分煤粉，而煤中固定碳的燃燒速度主要取決于燃燒的溫度。此時，提高燃燒、強(qiáng)化燃燒過程的最有效、最直接的方法就是提高燃燒溫度。而在等離子冷態(tài)點(diǎn)火初期，爐內(nèi)溫度較低，煤粉不能完全燃燒。

2.在等離子點(diǎn)火初期，煤粉濃度低于等離子技術(shù)要求的最低濃度范圍。因此，等離子點(diǎn)火初期著火情況達(dá)不到設(shè)計要求。為了防止因為飛灰含碳量高而造成鍋爐尾部煙道再燃燒或者空預(yù)器、除灰設(shè)備燃燒的重大事故，須采取必要措施，盡量提高等離子點(diǎn)火初期的煤粉燃盡率。

（二）提高煤粉燃盡率的措施

1.適當(dāng)提高煤粉細(xì)度。提高煤粉細(xì)度可以增加單位質(zhì)量煤粉的表面積，有利于穩(wěn)定燃燒和燃盡。試驗研究發(fā)現(xiàn)，煤粉燃盡時間與顆粒直徑的平方成正比，當(dāng)鍋爐燃用煤質(zhì)一定時，適當(dāng)提高煤粉細(xì)度能顯著提高煤粉氣流著火的穩(wěn)定性。在點(diǎn)火初期磨煤機(jī)分離器出口擋板開度厚為50%，我廠調(diào)整為40%；同時，調(diào)整磨煤機(jī)的加載力偏低，由0—0.5MPa增加到3—4MPa，飛灰含碳量明顯降低。

2.合理降低一次風(fēng)速。合理的一次風(fēng)速對于煤粉的著火和燃盡尤為重要，尤其是在等離子點(diǎn)火初期。在試運(yùn)行初期，磨煤機(jī)出口一次風(fēng)速在20—22m/s，著火不穩(wěn)定，爐膛負(fù)壓擺動也較大，在-350—+l00Pa之間波動。隨后，先降低一次風(fēng)速至16—18m/s，待點(diǎn)燃后再增加一次風(fēng)速。這樣調(diào)整以后，點(diǎn)火過程中火焰較為穩(wěn)定，火焰顏色較為明亮；同時，爐膛負(fù)壓的擺動幅度降至-150—+60Pa之間。隨著爐膛溫度升高、給煤量增加，燃燒狀況愈加穩(wěn)定。但在操作過程中一次風(fēng)速不可以降得過低，以免煤粉在一次風(fēng)管中沉積，造成一次風(fēng)管堵塞、燃燒和制粉系統(tǒng)爆炸。操作過程中應(yīng)密切監(jiān)視制粉系統(tǒng)風(fēng)量、風(fēng)壓等參數(shù)的變化，降低事故的發(fā)生概率。

3.提高磨煤機(jī)出口溫度。磨煤機(jī)出口溫度對于等離子燃燒器冷態(tài)點(diǎn)火的著火特性影響很大。一次風(fēng)溫度高，可以縮短煤粉預(yù)熱至揮發(fā)分著火所用的時間，使得煤粉的著火提前，從而加快煤粉的燃燒和燃盡。因此，在點(diǎn)火初期應(yīng)該盡量提高磨煤機(jī)出口的一次風(fēng)溫。在點(diǎn)火初期，由于等離子暖風(fēng)器用汽量不足，煤質(zhì)水分含量大，導(dǎo)致磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度只有50—55℃，點(diǎn)火困難，著火不穩(wěn)定。我廠將磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度升至65—70℃，火焰明亮無閃爍，爐膛負(fù)壓擺動幅度減小，煤粉燃燒情況得以改善。

4.盡快提高爐膛溫度。爐膛溫度對于提高煤粉燃盡率，降低飛灰含碳量有顯著的影響。因此，在冷態(tài)啟動過程中應(yīng)提前做好各種準(zhǔn)備工作，在滿足鍋爐升溫、升壓曲線的前提下，盡快提高爐膛溫度。

采取上述各種措施后，鍋爐飛灰可燃物含量大幅下降，點(diǎn)火初期只為25%左右，投入第2臺磨煤機(jī)后，飛灰含碳量低于15%，進(jìn)一步降低了因飛灰積聚而導(dǎo)致的鍋爐尾部煙道二次燃燒、預(yù)熱器和除灰設(shè)備著火等事故的發(fā)生。

二、等離子點(diǎn)火斷弧

等離子調(diào)峰過程中經(jīng)常發(fā)生的斷弧現(xiàn)象，是制約等離子點(diǎn)火器使用的一個關(guān)鍵問題。

（一）等離子點(diǎn)火斷弧的危害

1.影響機(jī)組安全運(yùn)行。等離子點(diǎn)火裝置安裝在鍋爐的兩個對角，也可以四角安裝，一般在鍋爐啟動或者鍋爐燃燒不穩(wěn)時投入，來維持鍋爐的穩(wěn)定燃燒和冷態(tài)啟動，如果此時有一個角的等離子斷弧，將影響燃燒效果，若兩個角的等離子都斷弧，就會造成爐膛滅火保護(hù)動作，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，造成其他設(shè)備聯(lián)動，影響安全生產(chǎn)。

2.影響經(jīng)濟(jì)效益。等離子耗電耗煤，陰陽極費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、點(diǎn)火費(fèi)用、啟停費(fèi)用都不低，所以如果等離子點(diǎn)火裝置不能正常使用，對經(jīng)濟(jì)的影響是巨大的。

（二）等離子點(diǎn)火斷弧的原因分析

1.膛內(nèi)拉弧。等離子點(diǎn)火器的點(diǎn)火原理為：點(diǎn)火器的陰極與陽極接觸后放電，放電電流在300mA，電弧在線圈磁力的作用下拉出噴管外部。具有0.01MPa以上的壓縮空氣在電弧的作用下，被電離為高溫等離子體，其能量密度高達(dá)105—106W/cm2。在壓縮空氣的作用下，電弧的拉弧點(diǎn)特別容易發(fā)生變化，使陰極與膛體拉弧而燒毀設(shè)備。

2.電源波動。我廠等離子點(diǎn)火煤粉燃燒器的功率組件與直流控制器采用的是美國與德國進(jìn)口的設(shè)備，產(chǎn)生的電源有極強(qiáng)的恒流能力，但是對輸入電源的品質(zhì)要求非常高，電源電壓的波動不允許超過±1%。

3.風(fēng)壓、水壓影響。數(shù)次試驗證明，風(fēng)壓在等離子點(diǎn)火過程中的作用，是提供被電離等離子體的介質(zhì)和等離子體的助推氣體。風(fēng)壓的大小將直接影響電弧的長短，溫度的高低和能量大小，同時其對陽極還有極強(qiáng)的識別能力，即使陽極發(fā)生很小的變化，對應(yīng)的風(fēng)壓也必須隨之變化。水壓在等離子點(diǎn)火過程中起到的是冷卻陽極、陰極和線圈的作用，避免高溫電弧將陽極、陰極與線圈燒損，因此水壓只要保持在0.25Mpa以上就可以。

4.陽極污染。陽極實際上是一個接地的金屬導(dǎo)體，當(dāng)陰極與陽極接觸之后判斷電壓為零，開始加電流。陰極后退的同時增加電壓，才能產(chǎn)生電弧。因此，陽極必須保持清潔，接觸面、啟弧點(diǎn)、放電部位的對地電阻應(yīng)在2.5Ω以下，最好為0。

5.通訊故障。整流柜與PLC，PLC與上位機(jī)分別采用RS485和RS232通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通訊卡件，通訊電纜，適配器，程序設(shè)置，任何部分出現(xiàn)問題會引發(fā)通訊故障。

（三）為防止斷弧而采取的措施

1.對設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)。我們經(jīng)過近一年的研究和實驗，在爐膛內(nèi)拉弧之后，最終確定了一種保護(hù)方法——在陽極起弧點(diǎn)內(nèi)壁加絕緣套。絕緣套，顧名思義，是一個雙層的套筒，外套筒為絕緣材料，內(nèi)套筒為金屬材料。金屬起到支撐作用，絕緣物使膛內(nèi)被保護(hù)部分與大地絕緣，這樣就避免了意外而造成的膛內(nèi)拉弧、燒膛斷弧現(xiàn)象的發(fā)生。

2.嚴(yán)格管理制度，明確各自的職責(zé)。

（1）制定等離子點(diǎn)火操作記錄。向運(yùn)行人員提供各臺爐等離子煤粉燃燒點(diǎn)火器的風(fēng)壓、水壓、電流、電壓等各項參數(shù)，并記錄操作步驟。檢修人員處理等離子煤粉燃燒點(diǎn)火器的缺陷后也在操作記錄、登記故障原因，處理結(jié)果。消耗品的更換及使用情況。

（2）檢修人員每月進(jìn)行一次陽極污染清理。陰極運(yùn)行20小時以上更換陰極頭，每次大、小修都要對等離子煤粉燃燒器進(jìn)行全面拆裝檢修，更換所有墊片，緊固好各個螺絲，防止漏水、漏氣而引起斷弧，運(yùn)行過程中一旦發(fā)生故障要立即處理。

（3）運(yùn)行人員應(yīng)定期對空氣壓縮機(jī)進(jìn)行除油、排水，防止陽極污染、陰極污染、啟弧點(diǎn)偏移。在每次啟動等離子燃燒器前按操作記錄規(guī)定調(diào)整風(fēng)壓、水壓，通過四畫面分割器監(jiān)視火焰燃燒情況，發(fā)現(xiàn)燃燒不好應(yīng)做好記錄，以便檢修人員及時處理。

（4）將等離子燃燒器的電源與大型轉(zhuǎn)機(jī)的電源分段布置。以免啟動大型轉(zhuǎn)機(jī)時，電源產(chǎn)生的瞬間波動造成整流器故障而發(fā)生斷弧跳閘。

（5）通訊電纜布置在單獨(dú)的電纜槽盒內(nèi)，防止強(qiáng)電干擾及其他意外損傷，防止因通訊中斷而發(fā)生斷弧。

三、等離子點(diǎn)火裝置陰極使用壽命短

目前，制約等離子點(diǎn)火裝置應(yīng)用的一個重要因素是陰極的使用壽命比較短，一般不超過50小時。但是，在調(diào)試過程中，50小時是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的；更為關(guān)鍵的是，陰極的使用壽命和等離子點(diǎn)火裝置運(yùn)行的參數(shù)有關(guān)，如電流、電壓、冷卻水壓力、載體風(fēng)壓力等參數(shù)。如參數(shù)調(diào)整不當(dāng)，陰極的使用壽命更多。特別對于電流和電壓，在運(yùn)行過程中，要勤于調(diào)整，盡量使等離子點(diǎn)火裝置的運(yùn)行電流趨于穩(wěn)定。

在煤粉被等離子點(diǎn)著火后，等離子電流可以適當(dāng)降低，一般維持在280mA即可，電壓隨著陰極的燒損會逐漸增大，因此也要經(jīng)常調(diào)整，每次調(diào)整的幅度不要大，如電壓要從310V降至300V，就需要多次微調(diào)電壓，不能一步到位，否則容易引起斷弧。在運(yùn)行過程中，電壓一般維持在300V即可。在3號機(jī)組整個調(diào)試過程中，大部分被更換的陰極使用壽命超過50小時，最長達(dá)103小時。

四、磨煤機(jī)制粉熱風(fēng)的運(yùn)行控制問題

直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐應(yīng)用等離子點(diǎn)火的首要問題是鍋爐啟動時磨煤機(jī)的干燥出力問題。如果沒有熱風(fēng)，磨煤機(jī)就沒有足夠的制粉條件，無法實現(xiàn)整個機(jī)組的無油啟動。在該機(jī)組設(shè)計方案中，通過在A磨煤機(jī)入口熱風(fēng)道上增加等離子暖風(fēng)器，使磨煤機(jī)在鍋爐冷態(tài)啟動初期即可投入運(yùn)行。但暖風(fēng)器在實際運(yùn)行中出現(xiàn)的主要問題是經(jīng)暖風(fēng)器加熱后一次風(fēng)溫實際只有130℃左右，遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計值180℃。

由于暖風(fēng)器蒸汽來源于廠輔汽聯(lián)箱，要想通過提高暖風(fēng)器人口蒸汽壓力、溫度來提高風(fēng)溫，會受到輔汽系統(tǒng)允許壓力的限制，通過多次試驗，我廠采取了在磨煤機(jī)啟動前提前1h投入暖風(fēng)器運(yùn)行、加大疏水、提高輔汽壓力到0.8—0.9MPa等方法，使磨煤機(jī)入口一次風(fēng)溫達(dá)到150℃，當(dāng)A磨煤機(jī)給煤量為15t/h時，磨煤機(jī)出口風(fēng)溫達(dá)到60—65℃，基本滿足磨煤機(jī)的干燥出力要求。在A磨煤機(jī)運(yùn)行2h后，空氣預(yù)熱器后一次風(fēng)溫即可達(dá)到170℃，暖風(fēng)器可以退出運(yùn)行，順利解決了磨煤機(jī)的冷爐制粉問題。

參考文獻(xiàn)：

［1］范良.等離子點(diǎn)火技術(shù)在電廠中的應(yīng)用.電氣技術(shù)，2008，（5）：97-98.

［2］吳磊，鄭占國，劉斌杰，杜建橋.大容量機(jī)組應(yīng)用等離子點(diǎn)火技術(shù)存在的問題與解決措施.河北電力技術(shù)，2007，26，（1）：17-18.