等離子點火技術(shù)在超臨界燃煤直流鍋爐使用淺析紀(jì)宗磊 （大唐淮南洛河發(fā)電廠）

紀(jì)宗磊

摘要：以本文介紹了煙臺龍源等離子點火裝置的構(gòu)成及其點火機理，及以大唐淮南洛河發(fā)電廠三期2*600MW超臨界燃煤直流鍋爐等離子使用過程為例，闡述了中速正壓直吹式制粉系統(tǒng)中等離子點火裝置的優(yōu)缺點及運行注意事項，對等離子裝置改造后的節(jié)油效果進(jìn)行了經(jīng)濟性分析。

關(guān)鍵詞：等離子 ?效益 ?問題 ?解決措施

1 概述

在火力發(fā)電機組中，通過燃用柴油、重油或燃?xì)獾葌鹘y(tǒng)方法確保煤粉鍋爐點火及低負(fù)荷穩(wěn)燃。對于這種方法來說，其運行成本比較高。據(jù)統(tǒng)計，僅電廠鍋爐點火及低負(fù)荷穩(wěn)燃就消耗的燃油，全國每年高達(dá)數(shù)百萬噸。大量的消耗燃油，以及采購、運輸、儲存、硬件設(shè)備等方面的費用，在一定程度上增加了發(fā)電廠的運營成本。同時，由于對油煤進(jìn)行混燒，進(jìn)一步降低了鍋爐的技術(shù)指標(biāo)及經(jīng)濟性。

據(jù)有關(guān)資料顯示：鍋爐在燃煤過程中，如果燃燒的燃油具有高反應(yīng)性能，在這種情況下，將會降低鍋爐機組的經(jīng)濟和環(huán)保效益，主要表現(xiàn)為：燃料固體未燃盡損失增加10%～15%，鍋爐機組的傳熱效率降低2%～5%，水冷壁的高溫腐蝕速度大大增加，鍋爐設(shè)備的運行可靠性明顯降低，在一定環(huán)境下，NOX、SOX等大氣污染物排放量增加30%～40%。而且，在煤油混燒期間，不能投入電除塵器，進(jìn)而產(chǎn)生環(huán)保及社會問題。

為了解決上述問題，需要進(jìn)一步研究開發(fā)無油或少油煤粉直接點火燃燒器。20年多年前，國外就開始了煤粉鍋爐等離子點火技術(shù)的研究。近年來，等離子點火技術(shù)在國內(nèi)受到重視并實際應(yīng)用，取得了一定的實際效益。

大唐洛河發(fā)電廠使用的煙臺龍源等離子點火裝置實現(xiàn)了點火技術(shù)與穩(wěn)燃技術(shù)的有效結(jié)合。實現(xiàn)了鍋爐啟停全過程不使用柴油，使用起來經(jīng)濟、環(huán)保、高效。到現(xiàn)在為止很好地起到了無油啟動和無油穩(wěn)燃的作用，極大降低了大唐淮南洛河發(fā)電廠三期兩臺機組的啟動以及穩(wěn)燃成本，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟及環(huán)保效益。

2 等離子點火裝置簡介

2.1 等離子發(fā)生器工作原理

作為產(chǎn)生等離子體的設(shè)備，等離子發(fā)生器是在介質(zhì)氣壓0.01～0.03MPa的條件下，利用直流電流與引弧接觸，同時在強磁場控制下，進(jìn)一步獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，在專門設(shè)計的燃燒器的中心燃燒筒中，該等離子體形成溫度T>50000K、溫度梯度極大的局部高溫區(qū)，通過該等離子“火核”，煤粉顆粒受到高溫的作用，并且在10-3秒內(nèi)迅速釋放出相應(yīng)的揮發(fā)物，同時粉碎煤粉顆粒，從而使其迅速燃燒。由于該反應(yīng)在氣相中進(jìn)行，進(jìn)而改變了混合物組分的粒級。因而加快了煤粉的燃燒速度，加速了煤粉的燃燒。

簡要的講，等離子點火技術(shù)就是利用溫度高達(dá)5000K以上的空氣等離子體直接點燃煤粉，從而確保了鍋爐在無燃料油或低負(fù)荷下啟動和穩(wěn)燃。

2.2 等離子發(fā)生器的組成

線圈、陰極、陽極等部件共同組成磁穩(wěn)空氣載體等離子發(fā)生器。其中，采用高導(dǎo)電率的金屬材料或非金屬材料制成陰極，通過高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱率及抗氧化的金屬材料制成陽極，為了承受電弧高溫沖擊，通常情況下，采用水冷方式對它們進(jìn)行處理。在高溫250℃情況下，該線圈具有抗2000V的直流電壓擊穿能力，電源采用全波整流，同時具有恒流性能的直流電源。

2.3 等離子發(fā)生器的的啟弧原理

設(shè)定輸出電流，當(dāng)陰極3前進(jìn)同陽極2接觸后，此時便會形成回路。對于整個系統(tǒng)來說，由于具有抗短路的能力，并且電流恒定，在這種情況下，在電機拖動下，當(dāng)陰極緩緩離開陽極時，便會在陰極、陽極之間形成電弧。通過電弧后，一定壓力的空氣被電離為高溫空氣等離子體，其能量密度高達(dá)105～106W/cm2。

2.4 等離子發(fā)生器的附屬裝置

等離子冷卻水系統(tǒng)、載體風(fēng)系統(tǒng)共同組成附屬裝置。

2.4.1 等離子冷卻水系統(tǒng)

對于等離子發(fā)生器來說，通常情況下，其產(chǎn)生的電弧弧柱溫度在5000K到10000K之間，分別發(fā)送和接收電子的陰極和陽極處于高溫環(huán)境，而穩(wěn)定電弧的線圈長時間通電也會產(chǎn)生熱量，因此，等離子發(fā)生器的陰極、陽極以及線圈必須冷卻。該廠使用的是閉式水提供冷卻水。

2.4.2 等離子載體風(fēng)系統(tǒng)

對于等離子發(fā)生器來說，通過載體風(fēng)產(chǎn)生等離子體的介質(zhì)。等離子電弧形成后，通過線圈形成的電磁場壓縮控制電弧，當(dāng)載體風(fēng)以一定的流速經(jīng)過電弧時，被電離為空氣等離子體（部分載體風(fēng)也參與電弧的壓縮控制）。因此，等離子發(fā)生器需要配備載體風(fēng)系統(tǒng)。為了確保等離子體的穩(wěn)定性，要求載體風(fēng)是潔凈無油、干燥、壓力穩(wěn)定的空氣（或其他氣體）。該廠使用的是廠用壓縮空氣作為載體風(fēng)，同時另加了一路載體風(fēng)機作為備用。

3 等離子點火存在的問題及處理措施

3.1 等離子漏水

等離子發(fā)生器采用閉式水水冷方式，由于管路老化等諸多原因，等離子經(jīng)常發(fā)生漏水。漏水會影響設(shè)備安全，在需要時卻不能及時啟動，危及機組安全。漏水容易發(fā)生堵粉管現(xiàn)象并使鍋爐有MFT的風(fēng)險。應(yīng)該說，等離子漏水已成為影響等離子正常運行的主要因素。這種情況下，我們可以采取監(jiān)視等離子壁溫降低及就地隔絕冷卻水回路查看水壓變化的方法來預(yù)防等離子漏水。

3.2 等離子不起弧

我們在正常啟動或試投等離子時，有時發(fā)現(xiàn)不起弧，就地不動作，等離子不起弧原因很多，除了漏水外，還有就是等離子風(fēng)壓以及等離子間隙大原因，#6機#4角曾經(jīng)就發(fā)生過因等離子間隙大，而拉不起弧;等離子的電弧是需要空氣以一定流速吹出陰極頭才能形成的，正常時等離子的兩路風(fēng)是一路截流，一路全關(guān)備用，由于等離子的兩路風(fēng)手動門都是90度閘閥，運行中也很容易出現(xiàn)關(guān)小或開大的現(xiàn)象，所以碰到在等離子不起弧時，到就地適當(dāng)調(diào)整風(fēng)壓，一般就能正常拉弧。

3.3 等離子漏粉

等離子漏粉危害嚴(yán)重，不僅污染環(huán)境，浪費原煤，還容易引起積粉自燃，引發(fā)爆燃事故;應(yīng)該說等離子漏粉基本上都是安裝及正常維護的原因，這個是需要檢修人員精心維護、提高回裝工藝以及運行人員及時檢查、聯(lián)系，共同努力來避免的。

3.4 等離子裝置陰、陽極達(dá)不到設(shè)備設(shè)計使用壽命

根據(jù)使用說明，陰極使用壽命（運行小時數(shù)）≥50H，陽極使用壽命（運行小時數(shù)）≥1000H，根據(jù)實際經(jīng)驗，在陰極頭累計使用超過30H后，應(yīng)加強監(jiān)視等離子運行狀況，加強陰陽極和線圈的溫度監(jiān)視，以便及時更換陰極頭，防止因陰極壽命問題引起突然斷弧，造成系統(tǒng)的意外擾動。同時應(yīng)注意對陰極頭的冷卻水壓力的監(jiān)視，防止陰極頭不必要的人為損耗。另外，在接近使用壽命時，為保證拉弧穩(wěn)定，也可提前更換。我們在正常運行中，應(yīng)根據(jù)實際情況投、退等離子，同時注意等離子陰、陽極運行時間，及時更換，及時清零。

3.5 等離子燃燒器結(jié)焦

點火時，等離子燃燒器的核心溫度高達(dá)5000K，在燃燒器內(nèi)部，煤粉已經(jīng)開始著火，并且具有很高的著火溫度，在這種情況下，容易導(dǎo)致等離子燃燒器中心筒出現(xiàn)超溫、結(jié)焦現(xiàn)象。通過對一、二次風(fēng)速進(jìn)行合理的提高，同時對等離子電弧功率及燃燒器的出力進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，并且對等離子燃燒器金屬壁溫加強監(jiān)控，這時，等離子燃燒器結(jié)焦現(xiàn)象基本可以避免。

3.6 等離子冷態(tài)啟動點火初期煤粉燃盡率低

等離子點火時產(chǎn)生的溫度雖高，但熱強度不夠，因此會造成煤粉燃盡率低，鍋爐飛灰含碳量大?？梢酝ㄟ^調(diào)細(xì)煤粉細(xì)度、合理配置一二次風(fēng)速、提高磨煤機磨后溫度及爐膛溫度的方法來提高燃粉率。

3.7 點火初期鍋爐爐膛爆燃及尾部再燃

鑒于在冷態(tài)啟動點火初期容易出現(xiàn)滅火、爆燃及點燃后由于飛灰可燃物含量高而引起尾部煙道二次燃燒等事故，對采用等離子點火時易出現(xiàn)的爆燃、再燃問題應(yīng)引起重視。根據(jù)實踐經(jīng)驗，在啟動過程中采取提高煤粉濃度、加強吹灰、調(diào)整一、二次風(fēng)量、磨煤機出力、煤粉細(xì)度等方法盡可能改善燃燒狀況，防止風(fēng)、煤配比不當(dāng)，盡量避免油、煤混燒。

3.8 等離子附屬設(shè)備異常

在運行中我們遇到的有等離子載體風(fēng)機振動大、入口濾網(wǎng)堵塞，等離子管道泵振動、進(jìn)出口門開度不符合要求、漏水等，要及時聯(lián)系檢修處理。同時要注意對備用風(fēng)機及水泵的定期切換，防止需要使用時無法啟動。

4 結(jié)論

總之，新技術(shù)是把雙刃劍，如何合理利用技術(shù)，提高效益，降低風(fēng)險，任重道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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