等離子點(diǎn)火系統(tǒng)在330MW機(jī)組中的應(yīng)用與控制邏輯設(shè)計(jì)

摘要：本文介紹了大唐琿春發(fā)電廠進(jìn)行等離子點(diǎn)火系統(tǒng)改造的必要性，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)點(diǎn)火的工作原理，相應(yīng)的磨煤機(jī)控制邏輯及FSSS保護(hù)邏輯的設(shè)計(jì)，目前此系統(tǒng)在火力發(fā)電廠中存在的一些共性問題分析，并且提出了一些建議，對改進(jìn)后取得的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)燃等離子點(diǎn)火社會效益經(jīng)濟(jì)效益

1 概述

大唐琿春發(fā)電廠（以下簡稱我廠）為兩臺2*330MW擴(kuò)建機(jī)組，為了減少燃油的消耗量，在最初的設(shè)計(jì)時就選用小油槍點(diǎn)火作為鍋爐啟動手段。這種方式燃油消耗量大，成本高。

我廠共有2臺鍋爐，制粉系統(tǒng)均為中速磨煤機(jī)、冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹系統(tǒng)，每臺爐配5臺磨煤機(jī)，每臺磨煤機(jī)帶一層噴燃器，分別命名為A、B、C、D、E層。按原有的設(shè)備配置，我廠屬于調(diào)峰機(jī)組，機(jī)組的啟動、停止以及低負(fù)荷調(diào)峰非常頻繁，在以往的機(jī)組啟動中一直是利用少油點(diǎn)火來點(diǎn)燃B磨煤機(jī)磨制出的煤粉，進(jìn)行鍋爐的啟動。為了控制點(diǎn)火及穩(wěn)燃時的用油量，降低發(fā)電成本，減少對環(huán)境的污染，我廠采用了經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效、簡單、安全的等離子點(diǎn)火技術(shù)對點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行了改造。

我廠等離子點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)備加在了A層，打破了我廠傳統(tǒng)的B磨煤機(jī)起爐規(guī)律，經(jīng)過試驗(yàn)A磨煤機(jī)與等離子點(diǎn)火系統(tǒng)配合，與少油點(diǎn)火起爐過程相比，能更好的完成鍋爐啟動的要求，各項(xiàng)參數(shù)能夠快速的達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)，真正意義上的實(shí)現(xiàn)了以煤代油。利用等離子點(diǎn)火技術(shù)，可以通過煤粉的燃燒來提高爐膛的溫度、風(fēng)溫、汽溫、壓力，用燃煤的消耗代替燃油的消耗，用低價燃料替代高價燃料，節(jié)省了非常可觀的燃油，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

鍋爐采用等離子點(diǎn)火時，由于爐膛初始溫度較低，煤粉在爐膛內(nèi)不能完全燃燒，而未燃盡的可燃物由煙氣帶入鍋爐的尾部受熱面，長時間運(yùn)行時積集在尾部受熱面的可燃物可能會發(fā)生再燃燒。另外，由于等離子初次使用時本身的不穩(wěn)定不可靠性，發(fā)生點(diǎn)火器斷弧或煤粉著火差等現(xiàn)象，如不能及時正確處理，會導(dǎo)致大量煤粉在爐膛內(nèi)不能完全燃燒，一旦突然燃燒會引發(fā)鍋爐爆燃事故。

2 等離子點(diǎn)火技術(shù)

我廠3號機(jī)組在A層噴燃器安裝等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)具有鍋爐啟動點(diǎn)火和低負(fù)荷（包括停爐）穩(wěn)燃功能。等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)主要由制粉系統(tǒng)、等離子體發(fā)生器及燃燒器、電源系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、載體介質(zhì)（空氣）系統(tǒng)、火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)、吹掃風(fēng)系統(tǒng)、監(jiān)測控制系統(tǒng)等構(gòu)成。

等離子是繼固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之后的第四種物質(zhì)形態(tài)。等離子發(fā)生器是等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的核心部分，陽極與陰極利用直流電流（300A，300V）在介質(zhì)氣壓（0.01～0.03

MPa）的條件下接觸短路，通過電極的前后緩慢運(yùn)動產(chǎn)生電弧，使電極之間的壓縮空氣在大電流、強(qiáng)磁場的作用下電離，形成高溫等離子弧。等離子體對外呈中性，但在等離子體內(nèi)有許多帶電的陽離子和陰離子，該等離子體在專門設(shè)計(jì)的燃燒器的中心燃燒筒中形成一個4000～10000℃之間的高溫以及溫度梯度的超高溫區(qū)，煤粉顆粒以一定的風(fēng)速一定的濃度通過該等離子電弧受到高溫作用，迅速破裂粉碎，釋放出揮發(fā)物，再造揮發(fā)份，從而迅速燃燒。

由于反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行，使混合物組分的粒級發(fā)生了變化。濃煤粉進(jìn)入電弧核心，在極短的時間內(nèi)迅速著火，并穩(wěn)定燃燒；未完全燃燒的部分煤粉在補(bǔ)入足夠二次風(fēng)中，接力燃燒，燃燒器向爐內(nèi)噴出火舌。在各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到與設(shè)定數(shù)值時，按實(shí)際情況投入其它制粉系統(tǒng)，安全可靠地啟動鍋爐。同時在鍋爐低負(fù)荷情況下，可隨時投入運(yùn)行，起到良好的穩(wěn)燃作用。

3 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)控制邏輯設(shè)計(jì)

等離子點(diǎn)火系統(tǒng)最大可能的實(shí)現(xiàn)了無油點(diǎn)火以及低負(fù)荷穩(wěn)燃時以煤代油，是一次火力發(fā)電廠技術(shù)的革新，但是我們不能僅僅看到它帶來的好處，在很多優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)出來的同時，一些缺陷也不應(yīng)該被我們忽略。如：等離子冷態(tài)啟動點(diǎn)火初期煤粉燃盡率低、點(diǎn)火初期鍋爐爐膛爆燃及尾部再燃、等離子斷弧等等。

鍋爐采用等離子點(diǎn)火時，經(jīng)過等離子電弧的煤粉只有揮發(fā)分被電離出來進(jìn)行了燃燒，由于爐膛初始溫度較低，煤粉在爐膛內(nèi)不能完全燃燒，而未燃盡的可燃物由煙氣帶入鍋爐的尾部受熱面，長時間運(yùn)行時積集在尾部受熱面的可燃物可能會發(fā)生再燃燒。另外，由于等離子初次使用時本身的不穩(wěn)定不可靠性，作為等離子載體的空氣含水、含油及壓力波動大發(fā)生點(diǎn)火器斷弧或煤粉著火差等現(xiàn)象，如不能及時正確處理，會導(dǎo)致大量煤粉在爐膛內(nèi)不能完全燃燒，從而引發(fā)鍋爐爆燃事故。

我廠3號爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)只針對A磨煤機(jī)，鍋爐FSSS系統(tǒng)邏輯不作根本性修改，爐運(yùn)行時，燃燒器的火焰保護(hù)仍采用鍋爐FSSS系統(tǒng)，燃燒器火焰“有/無”的判據(jù)等均由FSSS系統(tǒng)給出，并在判斷滅火時跳閘磨煤機(jī)，為了機(jī)組的安全啟動和正常運(yùn)行，我們對A磨煤機(jī)的邏輯進(jìn)行了增加及修改。

為了保證A磨煤機(jī)能夠正常啟動，在等離子體燃燒器對應(yīng)的A磨煤機(jī)邏輯中設(shè)計(jì)“等離子體點(diǎn)火模式”與“等離子體穩(wěn)燃模式”兩種運(yùn)行模式，并可相互切換且閉鎖。并設(shè)置“等離子體點(diǎn)火模式”與“等離子體穩(wěn)燃模式”切換提示功能（負(fù)荷高于60MW時，提醒運(yùn)行人員切至“等離子體穩(wěn)燃模式”；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于2900r/min時，提醒運(yùn)行人員切至“等離子體點(diǎn)火模式”）。

在A磨煤機(jī)“點(diǎn)火能量具備”啟動條件中增加一路信號：在“等離子體點(diǎn)火模式”運(yùn)行時，且1-4號角等離子體啟弧成功信號均來。此信號與原“點(diǎn)火能量具備”啟動條件中其它信號相“或”，作為新的A磨煤機(jī)“點(diǎn)火能量具備”啟動條件。

為了保證在斷弧的情況下，爐膛內(nèi)不能聚集大量的未燃燒的煤粉，A磨煤機(jī)在“等離子體點(diǎn)火模式”運(yùn)行時，1-4號角任意一個等離子體發(fā)出斷弧信號，關(guān)閉磨煤機(jī)對應(yīng)角的出口煤粉管關(guān)斷閥，當(dāng)故障角重新啟弧成功后，由運(yùn)行人員手動開啟對應(yīng)角的出口煤粉管關(guān)斷閥；A磨煤機(jī)在“等離子體點(diǎn)火模式”運(yùn)行時，1-4號角任意兩個等離子體發(fā)出斷弧信號，停止A磨煤機(jī)運(yùn)行。

防止?fàn)t膛爆燃，我們進(jìn)行了多方面的考慮和論證，最終確定了保證爐膛安全的邏輯。A磨煤機(jī)在“等離子體點(diǎn)火模式”運(yùn)行時，給煤機(jī)啟動后延時180秒，若A層煤火檢至少有2個無火，停止A磨煤機(jī)運(yùn)行。A磨煤機(jī)在“等離子體點(diǎn)火模式”運(yùn)行時，且A磨煤機(jī)跳閘信號來，通過一路硬接線送至就地PLC，聯(lián)鎖等離子體跳閘。鍋爐發(fā)出MFT信號時，通過一路硬接線送至就地PLC，聯(lián)鎖等離子體跳閘并禁啟。

在操作員畫面中，為了方便運(yùn)行人員的操作及及時準(zhǔn)確的觀察，我們進(jìn)行了畫面的組態(tài)。同樣是為了保證爐膛的安全，畫面上的A層噴燃器著火狀態(tài)組態(tài)為等離子拉弧成功與A層煤火檢。畫面上的等離子點(diǎn)火設(shè)備的操作，通過DCS與PLC通信方式進(jìn)行控制。

為了確保等離子點(diǎn)火系統(tǒng)能夠正常投入使用，我們多次對整套保護(hù)、控制邏輯及就地設(shè)備進(jìn)行了靜態(tài)試驗(yàn)和動態(tài)試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)并解決了冷卻水泵出口母管水壓低（母管壓力＜0.6MPa）聯(lián)鎖啟動備用泵的問題，PLC中原控制邏輯利用壓力低開關(guān)的常開接點(diǎn)信號觸發(fā)兩臺冷卻水泵的聯(lián)鎖，只要聯(lián)鎖開關(guān)投入，兩臺水泵就會并列運(yùn)行，經(jīng)過分析，我們對壓力開關(guān)常開接點(diǎn)送來的信號取非，完美的解決了這個問題。

4 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)存在的問題及解決措施

我廠還不能真正達(dá)到冷態(tài)鍋爐冷粉點(diǎn)火，不能做到真正無油點(diǎn)火，需要保留鍋爐的燃油系統(tǒng)。點(diǎn)火時需要對一次風(fēng)預(yù)熱，煤粉進(jìn)行加熱。同時等離子點(diǎn)火前需要用小油槍預(yù)熱鍋爐。

等離子點(diǎn)火時產(chǎn)生的溫度雖高，但熱強(qiáng)度不夠，因此會造成煤粉燃盡率低，為了提高煤粉燃盡率，應(yīng)該提高煤粉碾磨的細(xì)度等級，合理調(diào)整一次風(fēng)風(fēng)速及風(fēng)壓，提高磨煤機(jī)出口溫度。

等離子點(diǎn)火系統(tǒng)在拉弧的過程中非常容易斷弧，這是因?yàn)榈入x子載體風(fēng)中含有油、水等雜質(zhì)，造成斷弧，應(yīng)該在進(jìn)入燃燒室前增加效果良好的過濾閥，減少壓縮空氣中的雜質(zhì)。

點(diǎn)火初期容易發(fā)生爐膛爆燃及鍋爐尾部發(fā)生二次燃燒，應(yīng)對這種問題需要運(yùn)行人員豐富的經(jīng)驗(yàn)、正確的保護(hù)邏輯，運(yùn)行人員需要根據(jù)飛灰含碳量來改變一、二次風(fēng)速、磨煤機(jī)的出力、煤粉細(xì)度、風(fēng)煤配比等等參數(shù)，空氣預(yù)熱器吹灰必須投入。

5 結(jié)束語

電力市場的競爭越發(fā)激烈，上網(wǎng)電價便宜、提供更加清潔的電力是發(fā)電企業(yè)能立于不敗之地的有力武器。我廠新增的等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，可以大大的減少燃油的使用量，減少發(fā)電成本，提高煤粉的燃盡率，并且針對調(diào)峰機(jī)組，半年至一年就可以收回投資成本。能夠提前將電除塵投入運(yùn)行，減小了對環(huán)境的污染，減小了煙氣中含有的粉塵對增壓風(fēng)機(jī)靜葉葉片的磨損。取得經(jīng)濟(jì)效益的同時還能收獲社會效益。

參考文獻(xiàn)：

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