李 軍,范 雷(內(nèi)蒙古包頭鋁業(yè)自備電廠,內(nèi)蒙古 包頭 014000)
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大功率等離子點(diǎn)火裝置的應(yīng)用
李 軍,范 雷
(內(nèi)蒙古包頭鋁業(yè)自備電廠,內(nèi)蒙古 包頭 014000)
〔摘 要〕介紹了等離子點(diǎn)火燃燒器的優(yōu)點(diǎn),從等離子點(diǎn)火燃燒器的工作原理、結(jié)構(gòu)特征、煤質(zhì)要求、配風(fēng)調(diào)整以及安全監(jiān)控事項(xiàng)等方面,全面論述了等離子點(diǎn)火及升溫控制的技術(shù)要領(lǐng),總結(jié)了等離子點(diǎn)火裝置點(diǎn)火及升溫控制的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。
〔關(guān)鍵詞〕等離子點(diǎn)火裝置;燃燒器;磨煤機(jī);拉弧
某熱電廠1期2×330 MW機(jī)組鍋爐為東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的DG1163/ 17.35-Ⅱ13型鍋爐。由于設(shè)計(jì)煤種水分高,應(yīng)采用較高的干燥劑溫度,故預(yù)熱器先加熱一次風(fēng),以獲得較高的熱一次風(fēng)溫,滿(mǎn)足爐內(nèi)燃燒的需要。A,B 2層8只直流式燃燒器上裝有等離子點(diǎn)火裝置,采用徐州燃控科技股份有限公司生產(chǎn)的XPS-2-150/8 A型等離子點(diǎn)火燃燒器。
與傳統(tǒng)的燃油點(diǎn)火方式相比,采用等離子點(diǎn)火燃燒器點(diǎn)火和穩(wěn)燃有以下幾大優(yōu)點(diǎn)。
(1) 經(jīng)濟(jì)。采用等離子點(diǎn)火的運(yùn)行和技術(shù)維護(hù)費(fèi)僅是使用重油點(diǎn)火費(fèi)用的15 %-20 %,對(duì)新建電廠而言,可節(jié)約上千萬(wàn)的初投資和試運(yùn)行費(fèi)用。
(2) 環(huán)保。由于點(diǎn)火時(shí)不燃用油品,電除塵裝置可以在點(diǎn)火初期投入,因此減少了點(diǎn)火初期排放大量煙塵對(duì)環(huán)境的污染。另外,電廠采用單一燃料后,減少了油品的運(yùn)輸和儲(chǔ)存環(huán)節(jié),亦改善了電廠的環(huán)境。
(3) 高效。等離子體內(nèi)含有大量化學(xué)活性的粒子,如原子(C,H,O)、原子團(tuán)(OH,H2,O2)、離子(O2-,H2-,OH-,O-,H+)和電子等,可加速熱化學(xué)轉(zhuǎn)換,促進(jìn)燃料完全燃燒。
(4) 簡(jiǎn)單。電廠可以采用單一燃料運(yùn)行,簡(jiǎn)化了系統(tǒng)和運(yùn)行方式。
(5) 安全。取消爐前燃油系統(tǒng),也自然避免了因燃油系統(tǒng)造成的各種事故。
等離子點(diǎn)火燃燒器是借助等離子發(fā)生器的電弧來(lái)點(diǎn)燃煤粉的一種煤粉燃燒器。與以往使用的煤粉燃燒器相比,等離子燃燒器在煤粉進(jìn)入燃燒器的初始階段就被等離子弧點(diǎn)燃,并將火焰在燃燒器內(nèi)逐級(jí)放大,屬內(nèi)燃型燃燒器,可在爐膛內(nèi)無(wú)火焰狀態(tài)下直接點(diǎn)燃煤粉,從而實(shí)現(xiàn)鍋爐的無(wú)油啟動(dòng)和無(wú)油低負(fù)荷穩(wěn)燃。
等離子發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定功率的空氣等離子體,該等離子體在燃燒器的中心筒中形成大于5 000 K、梯度極大的局部高溫區(qū)。煤粉顆粒通過(guò)該等離子“火核”時(shí)受到高溫作用,并在0.001 s內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物,且使煤粉顆粒破裂粉碎,從而迅速燃燒。由于此反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行的,使混合物組分的粒級(jí)發(fā)生了變化,加快了煤粉的燃燒速度,極大地減少了促使煤粉燃燒所需要的引燃能量。除此之外,等離子體有再造揮發(fā)分的效應(yīng),這對(duì)于點(diǎn)燃煤粉、強(qiáng)化燃燒有特別的意義。
考慮到有限的點(diǎn)火功率不可能直接點(diǎn)燃無(wú)限量煤粉的問(wèn)題,等離子燃燒器采用了多級(jí)燃燒結(jié)構(gòu)。煤粉首先在中心筒中點(diǎn)燃,進(jìn)入中心筒的粉量根據(jù)燃燒器的不同在500-800 kg/h之間,這部分煤粉在中心筒中穩(wěn)定燃燒,并在中心筒的出口處形成穩(wěn)定的二級(jí)煤粉的點(diǎn)火源,并依次逐級(jí)放大,最大可點(diǎn)燃15 t/h的煤粉量。
等離子點(diǎn)火裝置由等離子發(fā)生器、等離子燃燒器、電源裝置和輔助系統(tǒng)組成。輔助系統(tǒng)包括冷卻水系統(tǒng)、載體風(fēng)系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)、一次風(fēng)風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng)和磨煤機(jī)冷爐制粉系統(tǒng)等。
等離子發(fā)生器是用來(lái)產(chǎn)生高溫等離子電弧的裝置,由陰極、陽(yáng)極、前腔進(jìn)氣環(huán)、后腔進(jìn)氣環(huán)等組成,如圖1所示。其中陰極材料采用高導(dǎo)電率的金屬材料制成,連續(xù)工作時(shí)間大于150 h;陽(yáng)極由高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱率及抗氧化的金屬材料制成,連續(xù)工作時(shí)間大于1 000 h。兩者均采用水冷方式,以承受電弧高溫沖擊。等離子發(fā)生器設(shè)計(jì)壽命為8-10年。在兩電極間加穩(wěn)定的大電流,將電極之間的空氣電離,形成高溫導(dǎo)電特性的等離子體。帶正電的離子流向電源負(fù)極,形成電弧的陰極;帶負(fù)電的離子及電子流向電源的正極,形成電弧的陽(yáng)極。
等離子燃燒器的高溫部分采用耐熱鑄鋼,其余和煤粉接觸部位采用高耐磨鑄鋼,和現(xiàn)場(chǎng)管路連接時(shí)須正確選用焊條型號(hào)。
電源裝置采用全波整流技術(shù)并具有恒流性能。其拉弧原理為:首先建立空載電壓,設(shè)定好輸出電流;啟動(dòng)后,高頻引弧器工作,將陰極和陽(yáng)極之間的間隙擊穿,由于有空載電壓,電弧就建立起來(lái)了,從而形成等離子體。
圖1 等離子發(fā)生器結(jié)構(gòu)
4.1 燃燒器管理系統(tǒng)設(shè)定
為保證機(jī)組的安全及等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的正常運(yùn)行,需對(duì)燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)邏輯進(jìn)行以下設(shè)定。
(1) 在BMS中設(shè)定磨煤機(jī)“正常運(yùn)行模式”與“等離子運(yùn)行模式”2種運(yùn)行模式,并可相互切換,從而實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)BMS邏輯切換功能。
(2) 以“正常運(yùn)行模式”運(yùn)行時(shí),磨煤機(jī)維持原有的BMS邏輯。
(3) 以“等離子運(yùn)行模式”運(yùn)行時(shí),磨煤機(jī)BMS啟動(dòng)條件中增加等離子啟動(dòng)成功信號(hào),同時(shí)略去點(diǎn)火能量需滿(mǎn)足的條件。
(4) 在主控室光字牌上增加“等離子點(diǎn)火裝置故障”信號(hào),當(dāng)任一角等離子點(diǎn)火裝置異常時(shí),送信號(hào)至光字牌,發(fā)聲光報(bào)警。
(5) 以“等離子運(yùn)行模式”運(yùn)行時(shí),任意2個(gè)角等離子點(diǎn)火裝置工作故障時(shí),等離子控制器送信號(hào)至BMS,保護(hù)停磨煤機(jī)。
(6) 以“等離子運(yùn)行模式”運(yùn)行時(shí),磨跳閘信號(hào)與鍋爐MFT 2個(gè)信號(hào)“或”后送至等離子控制器,實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)跳閘,等離子點(diǎn)火器跳閘;鍋爐MFT時(shí),等離子點(diǎn)火器跳閘,并禁止啟動(dòng)。
(7) 磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí),等離子燃燒器的火焰保護(hù)仍采用鍋爐原有的火檢裝置,保護(hù)邏輯為“四取三”,圖像火檢僅用來(lái)幫助運(yùn)行人員觀察等離子燃燒器內(nèi)火焰的燃燒情況。
4.2 調(diào)試磨煤機(jī)系統(tǒng)
(1) 磨煤機(jī)變加載系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試好磨煤機(jī)加載壓力系統(tǒng),確保A,B磨煤機(jī)加載壓力系統(tǒng)特性滿(mǎn)足等離子點(diǎn)火燒燒器啟動(dòng)要求。
(2) 煤粉細(xì)度調(diào)整。啟動(dòng)A磨煤機(jī)前,將分離器折向擋板調(diào)至25 %,確保煤粉細(xì)度滿(mǎn)足等離子點(diǎn)火要求。待第2臺(tái)磨煤機(jī)啟動(dòng)后再將分離器折向擋板調(diào)至正常位置。
(3) 風(fēng)粉在線系統(tǒng)調(diào)試。啟動(dòng)前全面檢查風(fēng)粉在線系統(tǒng),防止風(fēng)速在線測(cè)量設(shè)備及濃度測(cè)量設(shè)備堵塞,確保檢測(cè)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。
(4) 等離子拉弧試驗(yàn)。點(diǎn)火前進(jìn)行等離子拉弧試驗(yàn),電流設(shè)定為290-320 A,功率設(shè)置為100 kW,確保等離子拉弧穩(wěn)定。準(zhǔn)備好等離子陰陽(yáng)極頭備件,并做好陰極頭壽命計(jì)算,防止突然斷??;若發(fā)生斷弧,維護(hù)人員應(yīng)立即組織處理。
4.3 等離子點(diǎn)火初期安全監(jiān)控
(1) 在啟動(dòng)時(shí)將爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)切至“離子模式”,直到啟動(dòng)第3臺(tái)磨煤機(jī)后再切回“正常模式”。
(2) 啟動(dòng)A磨煤機(jī)后,當(dāng)任一角在180 s內(nèi)未點(diǎn)燃時(shí),應(yīng)立即手動(dòng)停運(yùn)磨煤機(jī),經(jīng)充分通風(fēng)、查明原因后再重新投入。
(3) 點(diǎn)火啟動(dòng)后應(yīng)加強(qiáng)爐內(nèi)燃燒監(jiān)視,就地觀察燃燒狀況,確保爐內(nèi)燃燒良好。
(4) 根據(jù)升溫、升壓速度,逐步調(diào)整煤量,調(diào)整二次風(fēng)小風(fēng)門(mén)配風(fēng),以適應(yīng)燃燒需要。維持二次風(fēng)箱與爐膛差壓400-460 kPa。
等離子點(diǎn)火技術(shù)是火廠電一種有效的節(jié)能技術(shù)。燃煤機(jī)組采用等離子冷態(tài)無(wú)油啟動(dòng),一次可節(jié)省燃油40 t以上,全年4次冷態(tài)啟動(dòng)可節(jié)約燃油高達(dá)160 t。如果需要對(duì)機(jī)組進(jìn)行大修后啟動(dòng)、安全門(mén)定砣試驗(yàn)、機(jī)組熱態(tài)試驗(yàn)等,節(jié)省的燃油量將會(huì)更多。
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收稿日期:2015-09-05;修回日期:2015-11-12。
作者簡(jiǎn)介:
李 軍(1978-),男,助理工程師,主要從事電廠鍋爐運(yùn)行技術(shù)及節(jié)能新技術(shù)管理工作,email:yi_fan0524@163.com。
范 雷(1984-),男,助理工程師,主要從事發(fā)電廠集控運(yùn)行工作。