等離子點(diǎn)火技術(shù)在直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐上的應(yīng)用

【摘要】本文介紹了等離子點(diǎn)火裝置的工作原理和構(gòu)成，并以太原大唐第二熱電廠的直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐為例，具體分析了等離子點(diǎn)火技術(shù)在直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐上的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】等離子;點(diǎn)火;直吹式制粉系統(tǒng);鍋爐

1.引言

等離子點(diǎn)火技術(shù)是我國重點(diǎn)推廣的節(jié)能技術(shù)。太原大唐第二熱電廠6號鍋爐在2013年通過應(yīng)用該技術(shù)，全年共節(jié)約用油約200噸，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。太原大唐第二熱電廠將其6號鍋爐改造為等離子點(diǎn)火煤粉燃燒器，本文即以太原大唐第二熱電廠的直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐為例，具體分析了等離子點(diǎn)火技術(shù)在直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐上的應(yīng)用。

2.等離子點(diǎn)火技術(shù)的工作原理

等離子點(diǎn)火技術(shù)的基本原理就是通過大功率電弧，將煤粉直接點(diǎn)燃。該點(diǎn)火裝置利用大于200A的直流電流，在大于0.01MPa的介質(zhì)氣壓條件下，通過陰極和陽極接觸引弧，在強(qiáng)磁場條件下得到穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體。風(fēng)粉一次送入等離子點(diǎn)火裝置后，經(jīng)過濃淡分離，濃相煤粉進(jìn)入等離子火炬的中心區(qū)，在0.1秒內(nèi)迅速著火，由此導(dǎo)致淡相煤粉迅速著火，形成穩(wěn)定的燃燒火炬。由于反應(yīng)導(dǎo)致混合物組分的粒級發(fā)生變化，因此加快了煤粉的燃燒速度，大大減少了促使煤粉燃燒的引燃能量。燃燒器壁面采用氣膜冷卻技術(shù)，用除鹽水對電極和線圈進(jìn)行冷卻，可以防止燃燒器冷卻時(shí)壁面出現(xiàn)大量燒損和結(jié)渣的現(xiàn)象。

3.等離子點(diǎn)火裝置系統(tǒng)構(gòu)成

等離子點(diǎn)火裝置系統(tǒng)分為點(diǎn)火系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)。點(diǎn)火系統(tǒng)由等離子燃燒器、等離子發(fā)生器、電源控制柜、隔離變壓器、控制系統(tǒng)等組成;輔助系統(tǒng)由空氣壓縮系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)等組成。其中等離子燃燒器采用內(nèi)燃方式，為三級送粉，整個(gè)燃燒器采用漸擴(kuò)式設(shè)計(jì)方式。為了降低燃燒器壁面承受高溫所受到的燒損和結(jié)渣現(xiàn)象，在等離子燃燒器設(shè)計(jì)中加入了氣膜冷卻風(fēng)。

4.等離子燃燒器的調(diào)試

在等離子燃燒器燃燒時(shí)，其調(diào)試不僅要保證穩(wěn)定的著火，提高燃料的燃燒率，降低不完全燃燒損失;同時(shí)又要在爐溫和風(fēng)溫升高的情形下，盡可能將氣膜的冷卻風(fēng)開大，提高一次風(fēng)速，保證燃燒器的壁溫不超過臨界值，減少燃燒器的燒損和結(jié)渣。此外在達(dá)到升溫和升壓要求的前提下，應(yīng)盡快投入其他燃燒器，從而提高爐膛溫度和燃燒效率。

（1）當(dāng)?shù)入x子點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用于直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐中，磨煤機(jī)不僅要保證最低給煤量，同時(shí)又要滿足等離子燃燒器對煤粉濃度的要求，必須注意鍋爐蒸汽壓力的升高速度以及過熱器和再熱器的溫度升高情況。根據(jù)鍋爐升壓和升溫曲線，調(diào)整機(jī)組旁路系統(tǒng)閥門的開度，控制鍋爐的升壓和升溫速度。

（2）一次風(fēng)速對等離子點(diǎn)火裝置的性能有著重要影響。在制粉系統(tǒng)啟動后，應(yīng)根據(jù)各個(gè)等離子燃燒器的燃燒情況，通過調(diào)整磨煤機(jī)所對應(yīng)的煤粉輸送管道的輸粉風(fēng)，從而調(diào)整調(diào)平衡閥門，進(jìn)而保持各煤粉輸送管道的風(fēng)速在適合范圍內(nèi)，煤粉的濃度和細(xì)度保持一致。

（3）彎管結(jié)構(gòu)的影響。由于太原大唐第二熱電廠6號爐原先的燃燒器被替換為等離子燃燒器。為了滿足等離子燃燒器點(diǎn)火所需要的煤粉濃度，需要將濃相煤粉位于等離子發(fā)生器側(cè)。

（4）受場地條件的限制，磨煤機(jī)入口的一次風(fēng)道上并沒有加裝蒸汽暖風(fēng)器。為了保證磨煤機(jī)啟動后的出力，等離子點(diǎn)火時(shí)必須達(dá)到一定的熱一次風(fēng)溫度。經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，最終確定當(dāng)熱一次風(fēng)溫在100—140℃，即可啟動制粉系統(tǒng)。同時(shí)，啟動時(shí)，應(yīng)將磨煤機(jī)熱風(fēng)調(diào)整門開大，并適當(dāng)開啟冷風(fēng)調(diào)整門，磨煤機(jī)分離器的出口溫度應(yīng)控制在75—85℃。

（5）影響等離子電弧電壓的主要因素是陰陽極的距離和一次風(fēng)速等。等離子發(fā)生器拉弧失敗的主要原因在于過高或過低的壓縮空氣壓力;斷弧的主要原因則由于壓縮空氣中含有水或者油等其他雜質(zhì)。為了提高壓縮空氣的品質(zhì)，可以加大空氣壓縮機(jī)容量和工作壓力;同時(shí)在壓縮空氣管底部增加放水閥和油水分離器。

5.運(yùn)行情況

經(jīng)過對等離子點(diǎn)火裝置的改進(jìn)和完善后，該系統(tǒng)于2012年11月底投入試運(yùn)行。為了保證等離子點(diǎn)火裝置的正常運(yùn)行和機(jī)組的安全，在爐膛的安全監(jiān)控系統(tǒng)，將磨煤機(jī)設(shè)置為正常運(yùn)行和等離子運(yùn)行兩種模式。在正常運(yùn)行模式下，第一層燃燒器實(shí)現(xiàn)主燃燒器功能;在等離子運(yùn)行模式下，屏蔽磨煤機(jī)的一部分啟動條件，并由第一層燃燒器實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火燃燒器的功能。

5.1 冷態(tài)等離子點(diǎn)火運(yùn)行方式

（1）按照運(yùn)行規(guī)程，當(dāng)鍋爐上水達(dá)到點(diǎn)火水位時(shí)，啟動風(fēng)機(jī)，完成爐膛吹掃。

（2）對等離子燃燒器的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)正常，確定等離子發(fā)生器具備啟動條件。

（3）鍋爐點(diǎn)火，投入一層對角油燃燒器，半小時(shí)后，根據(jù)鍋爐冷態(tài)啟動曲線，投入另一對角油燃燒器。

（4）將磨煤機(jī)的運(yùn)行模式設(shè)置為等離子運(yùn)行模式，檢查制粉系統(tǒng)是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)一次風(fēng)溫達(dá)到100—140℃，啟動和密封一次風(fēng)機(jī)。如果滿足磨煤機(jī)啟動條件，啟動運(yùn)行撈渣機(jī)和碎渣機(jī)。

（5）將等離子發(fā)生器的電流設(shè)置為300A啟弧，五分鐘后，根據(jù)煤種，將等離子發(fā)生器功率控制在80—12Okw的范圍之內(nèi)。

（6）啟動制粉系統(tǒng)。

（7）觀察等離子燃燒器的燃燒情況，調(diào)整一次風(fēng)量和周界風(fēng)門的開度，保證一次風(fēng)速及風(fēng)門開度處于正常狀態(tài)。

（8）在等離子燃燒器燃燒穩(wěn)定后，逐步減少燃燒器的油量，直至斷油運(yùn)行，并投入電除塵第四電場運(yùn)行。

（9）在汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、定速、并網(wǎng)后，逐漸增加燃料量。

（10）在制粉系統(tǒng)的出力達(dá)到70%左右后，投入上層煤粉燃燒器。根據(jù)規(guī)程要求，逐步升溫、升壓，并投入其它電除塵電場。

（11）當(dāng)電負(fù)荷超過鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷后，將磨煤機(jī)的運(yùn)行模式設(shè)置為正常運(yùn)行模式，逐步停用四角等離子發(fā)生器，鍋爐轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

5.2 等離子助燃運(yùn)行方式

（1）當(dāng)鍋爐在低負(fù)荷助燃狀態(tài)時(shí)，一旦電負(fù)荷降低到ll0MW左右，處于正常運(yùn)行模式工作狀態(tài)的等離子燃燒器，需要逐支投入等離子發(fā)生器，當(dāng)四角等離子燃燒器都投入等離子發(fā)生器后，根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)置磨煤機(jī)為正常運(yùn)行或等離子運(yùn)行模式。

（2）當(dāng)鍋爐滑停助燃時(shí)，當(dāng)電負(fù)荷降低到110MW左右時(shí)，投入等離子發(fā)生器，設(shè)置磨煤機(jī)為正常運(yùn)行模式，然后平穩(wěn)降低溫度和負(fù)荷。

（3）當(dāng)電負(fù)荷降至0，機(jī)組解列，等離子燃燒器退出，停電進(jìn)行除塵，停止鍋爐運(yùn)行。

6.結(jié)論

（1）從實(shí)際應(yīng)用情況來看，相比較同類鍋爐，在直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐上采用等離子點(diǎn)火燃燒器冷態(tài)點(diǎn)火啟動，啟動時(shí)的平均耗油量一年可以減少25噸左右;投粉時(shí)間可提前3小時(shí)左右，由此可以減少投油，盡早投電和除塵，并滿足鍋爐運(yùn)行時(shí)溫度和壓力的要求。

（2）在低負(fù)荷情況下使用等離子點(diǎn)火技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)無油助燃，明顯提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。同時(shí)，在投用等離子燃燒器后，鍋爐尾部沒有出現(xiàn)二次燃燒、煙溫升高及燃燒不穩(wěn)產(chǎn)生滅火現(xiàn)象。而且燃燒室沒有結(jié)渣，保證了鍋爐運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

（3）等離子點(diǎn)火技術(shù)特別適合于大的調(diào)峰機(jī)組，可以大大降低燃油和運(yùn)行成本。

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