等離子點(diǎn)火裝置在低揮發(fā)分燃煤鍋爐的應(yīng)用

周永輝

（四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司，四川廣安 638017）

等離子點(diǎn)火裝置在低揮發(fā)分燃煤鍋爐的應(yīng)用

周永輝

（四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司，四川廣安 638017）

針對(duì)四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司＃34機(jī)組采用一般等離子點(diǎn)火方式很難點(diǎn)燃低揮發(fā)分煙煤的問題，提出了采用大功率等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的改造方案。介紹了等離子點(diǎn)火系統(tǒng)改造方案及等離子點(diǎn)火控制邏輯，實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟、停爐零燃油，保護(hù)了環(huán)保設(shè)備不受燃油污染。

等離子點(diǎn)火；低揮發(fā)分；控制邏輯；節(jié)能；環(huán)保

1 機(jī)組概況及存在的問題

四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司＃34機(jī)組于2004年11月投產(chǎn)，其中鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司設(shè)計(jì)制造的DG1025／18.2-Ⅱ6型亞臨界一次中間再熱、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、輕型爐墻、∏型露天布置的單汽包燃煤鍋爐，配4臺(tái)DTM 350／700型磨煤機(jī)。燃用煤種為華鎣山脈的低揮發(fā)分煙煤，燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí)，煤粉細(xì)度R90不大于15%。油燃燒器為簡單機(jī)械霧化式，單只油槍出力為1 500 kg／h，共12只油槍，燃料為＃0輕柴油。后經(jīng)少油改造，燃燒器B層新增4只少油機(jī)械霧化油槍，單只油槍出力為200 kg／h。

鍋爐采用燃油點(diǎn)火系統(tǒng)，機(jī)組全冷態(tài)開機(jī)消耗燃油約25 t，未燃盡油滴附著在選擇性催化還原（SCR）系統(tǒng)催化劑、空氣預(yù)熱器蓄熱元件、靜電除塵器電極上，影響其性能；因鍋爐燃油期間無法投運(yùn)靜電除塵器，造成脫硫石膏漿液嚴(yán)重污染，增加了石膏漿液的置換量和時(shí)間。該公司燃用華鎣山脈低揮發(fā)分（空氣干燥基揮發(fā)分為13%～15%）煙煤，采用一般等離子點(diǎn)火方式很難點(diǎn)燃。

2 大功率等離子點(diǎn)火系統(tǒng)特點(diǎn)

此次改造采用THPI-300／600-01型等離子發(fā)生器，在功率、啟弧原理、點(diǎn)火原理、熱效率和運(yùn)行可靠性方面主要有以下特點(diǎn)。

等離子點(diǎn)火技術(shù)現(xiàn)階段主要應(yīng)用于反應(yīng)性較好的煙煤項(xiàng)目中，而在低反應(yīng)性的煙煤和貧煤項(xiàng)目中應(yīng)用很少，主要原因是受技術(shù)制約，現(xiàn)階段市場上大多數(shù)等離子發(fā)生器額定功率在150 kW左右，難以保證燃盡率的要求。而THPI-300／600-01型等離子發(fā)生器的額定功率為250 kW，最大功率可達(dá)300 kW，能為低反應(yīng)性煤種的引燃提供充足的點(diǎn)火能量；同時(shí)，使用中可根據(jù)煤質(zhì)的變化在線調(diào)節(jié)輸出功率，調(diào)節(jié)范圍為110～300 kW，對(duì)煤質(zhì)有廣泛的適應(yīng)性。

該等離子發(fā)生器是在俄羅斯第2代等離子點(diǎn)火技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)出來的最新產(chǎn)品。啟弧時(shí)，采用區(qū)別于電動(dòng)接觸啟弧的高頻非接觸引弧方式：陰、陽間隙引弧，雙路載體風(fēng)，陰極固定可調(diào)，陰極內(nèi)腔電弧游動(dòng)變化，等離子體與陰極內(nèi)腔接觸面積大，避免電極固定灼燒，大幅度延長陰極使用壽命。

等離子發(fā)生器將壓縮空氣電離，產(chǎn)生穩(wěn)定、連續(xù)的空氣等離子流進(jìn)入燃燒器，形成3000～4000K的等離子高溫火核。高溫等離子流與煤粉氣流發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，煤粉中揮發(fā)物的含量提高1.2～1.8倍，煤粉被快速加熱燃燒，形成燃燒火焰噴入爐膛。

該等離子發(fā)生器結(jié)構(gòu)較小，可被設(shè)計(jì)在等離子燃燒器內(nèi)部著火點(diǎn)的最前端，避免采用導(dǎo)引弧管而導(dǎo)致能量大幅度衰減，能將全部等離子體弧能量用于煤粉的點(diǎn)燃，熱效率高。等離子發(fā)生器運(yùn)行時(shí)陰、陽極間距保持不變，不需要步進(jìn)電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，點(diǎn)火期間啟弧成功率高，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

3 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)改造方案

將＃34鍋爐A層4臺(tái)煤粉燃燒器改造成等離子點(diǎn)火燃燒器，并相應(yīng)增加電控系統(tǒng)、壓縮空氣載體風(fēng)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、一次風(fēng)暖風(fēng)器加熱系統(tǒng)、一次風(fēng)速在線監(jiān)測系統(tǒng)及圖像火檢監(jiān)視系統(tǒng)；同時(shí)，考慮煤質(zhì)繼續(xù)變差的可能性，增加了純氧系統(tǒng)，作為等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的補(bǔ)充。

等離子發(fā)生器布置在中心防磨套管內(nèi)，從一次風(fēng)彎頭后沿著燃燒器中心軸向插入。單臺(tái)等離子發(fā)生器的基本參數(shù)為：供電電源電壓，575×（1± 10%）V；頻率，50×（1±5%）Hz；最大消耗功率，300kW；功率調(diào)節(jié)范圍，110～300 kW連續(xù)可調(diào)。

4 等離子點(diǎn)火控制邏輯

控制邏輯是等離子點(diǎn)火系統(tǒng)安全使用的保障，針對(duì)等離子點(diǎn)火特點(diǎn)，在原有鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）邏輯基礎(chǔ)上新增等離子運(yùn)行模式，完善給粉機(jī)邏輯。

等離子運(yùn)行模式下：

（1）如運(yùn)行中的等離子發(fā)生器斷弧，聯(lián)跳對(duì)應(yīng)的給粉機(jī)，不聯(lián)關(guān)對(duì)應(yīng)的熱一次風(fēng)門；

（2）等離子發(fā)生器運(yùn)行正常，對(duì)應(yīng)的給粉機(jī)啟動(dòng)20 s后對(duì)應(yīng)的煤火檢無信號(hào)，則跳對(duì)應(yīng)的給粉機(jī)；

（3）等離子拉弧成功且熱一次風(fēng)門開啟，給粉機(jī)啟動(dòng)后，4／4煤火檢無火，延時(shí)180 s聯(lián)跳該層等離子發(fā)生器、熱風(fēng)一次門及給粉機(jī)。

正常運(yùn)行模式下，運(yùn)行中的等離子發(fā)生器斷弧，不跳給粉機(jī)，其他維持原邏輯。

等離子發(fā)生器跳閘條件（角邏輯）：等離子故障；主燃料跳閘（MFT）；對(duì)應(yīng)的熱一次風(fēng)門關(guān)。

等離子發(fā)生器啟弧允許條件（角邏輯）：等離子啟動(dòng)允許；爐膛吹掃完成，MFT復(fù)位；熱一次風(fēng)門打開。

給粉機(jī)啟動(dòng)允許條件（角邏輯）：正常運(yùn)行模式仍按原邏輯；等離子運(yùn)行模式對(duì)每一個(gè)角，在原邏輯中加入以下條件：如A1給粉機(jī)，加上“A1等離子正常運(yùn)行”條件。

5 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)調(diào)試及效果

在鍋爐點(diǎn)火熱態(tài)調(diào)試前，完成了靜態(tài)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)拉弧試驗(yàn)，對(duì)影響等離子點(diǎn)火的一次風(fēng)速、一次風(fēng)溫、煤粉細(xì)度、粉量等因素給予了充分的考慮。

（1）布置在一次風(fēng)旁路風(fēng)道上的暖風(fēng)器系統(tǒng)將一次風(fēng)加熱至130℃以上。

（2）改進(jìn)一次風(fēng)門擋板并新增風(fēng)速測量裝置，確保一次風(fēng)速可控、真實(shí)。

（3）鄰爐輸粉系統(tǒng)確保冷態(tài)開機(jī)用粉。

（4）修改給粉機(jī)變頻器轉(zhuǎn)速下限值，在確保力矩保護(hù)不動(dòng)作的情況下，盡量減小給粉機(jī)轉(zhuǎn)速，降低給粉量。

熱態(tài)調(diào)試時(shí)鍋爐具備點(diǎn)火條件，等離子拉弧正常，鍋爐開始點(diǎn)火。首先A3給粉機(jī)運(yùn)行，調(diào)整給粉機(jī)轉(zhuǎn)速至220 r／min，給粉量約3 t／h，調(diào)整風(fēng)粉速度至21m／s左右。煤火檢在給粉機(jī)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出后16 s檢測有火。就地觀察，噴口出粉后5 s左右噴口著火開始穩(wěn)定，火焰明亮，火焰四周無明顯的未燃盡黑粉，目測煤粉燃盡率在85%以上。

為驗(yàn)證加氧后效果，A3等離子點(diǎn)火燃燒器加入適量純氧，給氧量加至110m3／h左右，燃燒器噴口火焰亮度變亮，略刺眼。

從A3等離子點(diǎn)火燃燒器著火情況看，在不加氧氣、等離子發(fā)生器功率為260～270 kW的情況下，完全可以很好地點(diǎn)燃煤倉煤粉。因此，切斷純氧系統(tǒng)，分別投入A1，A2，A4給粉機(jī)運(yùn)行，轉(zhuǎn)速調(diào)整至220～280 r／min，噴口燃燒工況與A3等離子點(diǎn)火燃燒器基本一致。給粉機(jī)啟動(dòng)信號(hào)發(fā)出后16～17 s后煤火檢檢測有火，噴口出粉后5 s左右，噴口著火開始穩(wěn)定，火焰明亮，火焰四周無明顯的未燃盡黑粉。

4臺(tái)等離子點(diǎn)火燃燒器先后投入運(yùn)行，根據(jù)鍋爐升溫、升壓需求，給粉量逐漸加大后，隨著一次風(fēng)溫的提高，等離子發(fā)生器功率可降至220～250 kW，將風(fēng)粉速度提高至22～25m／s，也能很好地點(diǎn)燃煤粉。鍋爐升溫速度逐漸升至1.5℃／min，完全滿足升溫、升壓需求。

此次啟動(dòng)用煤屬于高灰分（灰分為36.67%）、低反應(yīng)性（收到基揮發(fā)分為13.97%）、較難引燃的煤種，通過合理控制燃燒參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了全程使用等離子點(diǎn)火，開機(jī)全程鍋爐零燃油。等離子點(diǎn)火裝置熱態(tài)調(diào)試完畢后2個(gè)月，＃34鍋爐又分別完成1次冷態(tài)啟動(dòng)和滑停，未使用純氧系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)啟、停機(jī)全程鍋爐零燃油，再次對(duì)等離子點(diǎn)火裝置的改造效果進(jìn)行了考核、驗(yàn)證。

6 結(jié)論

（1）大功率等離子發(fā)生器技術(shù)和貧煤等離子點(diǎn)火燃燒器技術(shù)配合運(yùn)用，能在不加氧的工況下很好地點(diǎn)燃高灰分、低反應(yīng)性燃煤，燃燒穩(wěn)定、燃盡率高，能實(shí)現(xiàn)鍋爐的無油啟動(dòng)。

（2）大功率等離子發(fā)生器啟爐過程中，運(yùn)行穩(wěn)定、無斷弧，啟弧成功率達(dá)100%，相對(duì)于微油油槍更為穩(wěn)定。

（3）大功率等離子點(diǎn)火裝置適應(yīng)煤質(zhì)范圍廣，在鍋爐的冷態(tài)啟動(dòng)過程中，煤質(zhì)經(jīng)歷由貧煤到煙煤，再由煙煤回到貧煤的變化，通過遠(yuǎn)方調(diào)節(jié)等離子發(fā)生器功率及風(fēng)粉速度，很好地應(yīng)對(duì)了煤質(zhì)的變化。

（4）該等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的邏輯保護(hù)完善，啟動(dòng)方案嚴(yán)謹(jǐn)，整個(gè)啟動(dòng)過程平穩(wěn)、安全，無異?，F(xiàn)象。

（5）環(huán)保效益明顯，開機(jī)全過程投入靜電除塵器，脫硫吸收塔漿液不受污染，煙囪不冒黑煙。

（本文責(zé)編：劉芳）

TK 227.7

：B

：1674-1951（2015）05-0059-02

周永輝（1977—），男，四川樂山人，工程師，從事電廠運(yùn)行管理及節(jié)能對(duì)標(biāo)等方面的工作（E-mail：afly77＠163.com）。

2014-11-18；

2015-04-06