等離子點火系統(tǒng)分析及其操作建議

姚永良

摘 要：為節(jié)油降耗，降低運營成本，某電廠1、2號鍋爐采用新型、清潔的等離子無油點火技術(shù)，鍋爐未設(shè)置燃油系統(tǒng)。在1號爐沖管時采用等離子點火裝置進行點火和鍋爐低負荷助燃，未使用一滴燃油，而國內(nèi)的同類型機組沖管階段如采用燃油點火和助燃，需消耗幾千噸的0號柴油，抵對等離子點火系統(tǒng)多消耗的電量和除鹽水，僅鍋爐沖管階段就能產(chǎn)生很大經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：節(jié)油降耗；運營成本；建議

1 離子點火工作原理

等離子體點火器是等離子體的發(fā)生裝置，又被稱為等離子體發(fā)生器，通常采用直流電弧放電的方式產(chǎn)生溫度高達數(shù)千度的等離子體，高速射入等離子體燃燒器，使得燃燒器內(nèi)的煤粉迅速點燃。

直流電流在介質(zhì)氣壓0.004～0.03MPa的條件下接觸引弧，并在強磁場控制下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在專門設(shè)計的燃燒器的中心燃燒筒中形成溫度T>5000K的，溫度梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過該等離子“火核”受到高溫作用，并在10-3秒內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物，使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于反應(yīng)是在氣相中進行，使混合物組分的粒級發(fā)生了變化。因而使煤粉的燃燒速度加快，也有助于加速煤粉的燃燒，這樣就大大地減少點燃煤粉所需要的引燃能量[1]。

2 鍋爐概況

廣東粵電某電廠一期1、2號機組鍋爐采用上海鍋爐廠660MW超超臨界變壓直流鍋爐，單爐膛、一次再熱、單爐膛切圓燃燒、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型布置。三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器、SCR脫硝裝置。BMCR蒸發(fā)量2037t/h，額定主蒸汽壓力26.25MPa，溫度605℃，再熱蒸汽壓力6.04MPa，溫度603℃。

鍋爐采用中速磨煤機冷一次風(fēng)機正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺爐配6臺中速磨煤機，燃燒設(shè)計煤種時，5臺運行，1臺備用。每臺磨煤機帶鍋爐的一層燃燒器。每臺磨煤機各配1臺給煤機。鍋爐未設(shè)置燃油系統(tǒng)，下兩層燃燒器（F、E層）采用的是安徽省新能電氣科技有限公司生產(chǎn)的PICS-I-100型煤粉爐等離子體點火系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)無油冷態(tài)點火和低負荷無油穩(wěn)燃的功能。其由等離子體點火器、燃燒器、直流電源裝置、冷卻水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、冷卻風(fēng)系統(tǒng)、一次風(fēng)粉測速系統(tǒng)、一次風(fēng)加熱裝置（暖風(fēng)器）以及火焰電視系統(tǒng)等構(gòu)成。采用壓縮空氣作為等離子體點火器的運行工質(zhì)。

等離子體點火器參數(shù)：額定功率：100kW；額定電壓：550V，工作電壓范圍：510～600V；額定電流：185A，工作電流范圍：170～220A；工質(zhì)氣體額定壓力：15kPa；工質(zhì)氣體壓力允許波動范圍：12～18kPa；冷卻水額定壓力差：0.3MPa；額定控制電壓：AC.220V；陽極告警時間： 1000h；陰極告警時間：400h。

電源主要故障保護信號有：等離子體點火器突然斷弧，點火器跳閘；等離子體點火器弧壓偏高，設(shè)定為600V，10sec.，告警；等離子體點火器弧壓過高，過電壓限制設(shè)定為620V，1min.，點火器跳閘；等離子體點火器弧壓偏低，設(shè)定為500V，10sec.，告警；等離子體點火器弧壓過低，欠電壓限制設(shè)定為480V，0.2sec.，跳閘；等離子體點火器過電流，過電流限制設(shè)定為220A，10sec.，告警；等離子體點火器過電流，過電流限制設(shè)定為250A，0.2sec.，跳閘；等離子體點火器欠電流，欠電流限制設(shè)定為160A，10sec.，告警；等離子體點火器欠電流，欠電流限制設(shè)定為140A，1sec.，跳閘；工質(zhì)氣體壓力過低，動作定值為8kPa，1sec，跳閘；冷卻水喪失，10sec，跳閘；整流電源故障，0sec，跳閘。

3 等離子系統(tǒng)主要發(fā)生問題

（1）1號爐進行吹管啟動過程中，F(xiàn)磨煤機運行，給煤機24t/h，其他磨煤機未運行，安裝單位對1號爐電除塵輸灰系統(tǒng)進行調(diào)試時，突然使用大量壓縮空氣，造成壓縮空氣母管壓力降低到0.46MPa，備用空壓機聯(lián)鎖失敗，運行中的F層等離子載體風(fēng)母管壓力下降，F(xiàn)層1號角等離子體電壓低于480V，F(xiàn)層1號角等離子跳閘，F(xiàn)層1號角失去火焰，F(xiàn)層2、3、4號角燃燒穩(wěn)定性變差，手動MFT，運行的A一次風(fēng)機、A密封風(fēng)機跳閘、F磨煤機、F給煤機跳閘，聯(lián)跳F層2、3、4號角等離子和制粉系統(tǒng)正常。壓縮空氣母管壓力恢復(fù)正常，鍋爐進行吹掃后，重新啟動A一次風(fēng)機和A密封風(fēng)機，投入F層1-4號角等離子運行正常。

防范措施：

a.要求各崗位加強聯(lián)系，使用壓縮空氣時通知監(jiān)盤人員，避免突然大量用氣，維持壓縮空氣母管壓力穩(wěn)定。

b.等離子運行期間加強對壓縮空氣系統(tǒng)的監(jiān)視，特別是空壓機和干燥機的運行監(jiān)視。

c.加強空壓機的維護、試驗，保證其聯(lián)鎖可靠，并保證有一定的備用容量。

d.投入壓縮空氣母管的各自動疏水器，并加強檢查自動疏水器運行情況。

（2）1號鍋爐進行啟動操作，對F層進行拉弧，F(xiàn)層2、3、4號角等離子拉弧成功，F(xiàn)層1號角等離子拉弧失敗，DCS盤顯示故障告警，控制屏顯示電磁鐵未動作，后停止2、3、4號角等離子，廠家檢查告知是F層1號角等離子燃燒器的電磁鐵燒壞，由廠家更換新電磁鐵后拉弧正常。

防范措施：

a.啟動前在就地控制柜進行電磁鐵手動試驗，發(fā)現(xiàn)缺陷及時聯(lián)系處理。

b.檢修工作票結(jié)束后或機組啟動前一天進行等離子拉弧試驗。

c.做好日常維護工作，抓好檢修質(zhì)量。

d.維修部配備一些備品，發(fā)現(xiàn)問題及時更換。

（3）因啟動期間，除氧器加熱、軸封供氣、小機用氣等輔汽用戶較多，用氣量較大，啟動鍋爐供汽緊張，吹管期間，輔汽聯(lián)箱壓力大部分時間都小于1MPa，輔汽聯(lián)箱溫度270℃左右，造成蒸汽暖風(fēng)器出力不夠，整個吹管期間暖風(fēng)器出口最高才148℃，致使磨煤機出口溫度偏低。

防范措施：

a.減少不必要的輔汽用戶，評估調(diào)節(jié)各用戶的用氣量。

b.盡可能加大啟動鍋爐的出力。

c.提前啟動鍋爐，對輔汽聯(lián)箱和管道進行充分暖管疏水，盡早投入暖風(fēng)器進行疏水暖管。

d.啟動磨煤機前進行充分暖磨，使整個磨煤機暖透，將磨煤機出口溫度暖至85℃左右，同時維持這個溫度暖磨時間不小于20分鐘。

e.點火成功后，根據(jù)磨煤機出口溫度，逐漸增加一次風(fēng)量和給煤量，防止磨煤機干燥出力不足造成堵磨，同時保證一次風(fēng)濃度合適，防止煤粉濃度不足，燃燒不穩(wěn)，鍋爐滅火。

4 操作建議

第一、鍋爐點火前，先投入空預(yù)器的連續(xù)吹灰，注意檢查吹灰參數(shù)滿足要求，可通過測量吹灰器槍管溫度進行吹灰器運行情況判斷，點火后要注意觀察空預(yù)器進、出口煙風(fēng)溫度。

第二、在點火初期，為了保證點火成功，將風(fēng)速調(diào)節(jié)到18～20m/s，粉風(fēng)比（煤粉/空氣質(zhì)量比）調(diào)節(jié)到0.25～0.35kg/kg。風(fēng)速不能過大，避免造成點火困難，著火后燃燒不穩(wěn)定，鍋爐滅火；風(fēng)速也不能太低，要防止堵塞燃燒器或一次風(fēng)粉管道，防止煤粉提前著火，甚至造成燃燒器結(jié)焦等事故。

第三、點火初期可將點火器給定電流適當(dāng)增大到190～200A，待煤粉燃燒穩(wěn)定后再減小回到185A。

第四、點火前可適當(dāng)關(guān)小該層燃燒器的周界風(fēng)，煤粉點著后，要根據(jù)燃燒情況，及時調(diào)節(jié)二次風(fēng)，確保煤粉盡量燃燒完全。

第五、當(dāng)磨煤機在“等離子運行方式”下運行，等離子點火器發(fā)生斷弧時，應(yīng)根據(jù)燃燒情況及時停止磨煤機的運行。

第六、啟、停爐期間不完全燃燒的灰進入灰?guī)旌笠皶r排放，以防止灰?guī)彀l(fā)生火警。

第七、每次啟動前、停爐后，根據(jù)等離子使用情況要及時檢查省煤器下部灰斗、電除塵器落灰斗等處飛灰含碳量大小，并及時清理落灰。

第八、在點火時，要根據(jù)點火煤量和磨煤機入口一次風(fēng)量、分離器出口壓力，做好一次風(fēng)速、煤粉濃度的預(yù)估，并在點火的過程中，根據(jù)煤粉著火情況，預(yù)以調(diào)整。等離子點火初期一次風(fēng)速維持在18～20m/s左右，不能再調(diào)低。

第九、啟動磨煤機前進行充分暖磨，對整個磨煤機要暖通，待磨煤機進口風(fēng)溫升高才有效，通常需要20分鐘以上，如果僅通過磨煤機出口溫度達啟動允許時就認為暖磨結(jié)束，當(dāng)給煤機啟動后，磨煤機出口溫度會快速下降，燃燒不穩(wěn)定且造成點火困難，即使熱風(fēng)擋板全開也無濟于事。磨煤機出口溫度在給煤機啟動后一般都能夠穩(wěn)定在70℃左右，鍋爐燃燒較穩(wěn)定。

第十、調(diào)節(jié)磨煤機分離器轉(zhuǎn)速，要小幅度、多次調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后要觀察磨煤機的運行參數(shù)，確保無異常后，再繼續(xù)調(diào)節(jié)。加煤時，要先加風(fēng)后加煤，先減煤后減風(fēng)。

第十一、煤粉著火后，要及時注意觀察等離子燃燒器的壁溫上升情況，壁溫一般在200～400℃；運行中若壁溫上升速度超過30℃/min，應(yīng)采取下列措施：適當(dāng)增加一、二次風(fēng)速，適當(dāng)減少給煤量，適當(dāng)降低一次風(fēng)溫，適當(dāng)降低等離子點火裝置的電流。在給煤量增大后，要適當(dāng)?shù)奶岣咭淮物L(fēng)速，同時在煤粉燃燒允許情況下盡可能開大二次風(fēng)。

5 結(jié)束語

某電廠1號機組在沖管期間，結(jié)合鍋爐自身情況和廠各輔助設(shè)備情況，不斷摸索、不斷總結(jié)，從而成功地將等離子點火技術(shù)應(yīng)用于660MW超超臨界直流鍋爐，真正實現(xiàn)無油啟動。在整個吹管期期間，使用等離子點火裝置未出現(xiàn)鍋爐尾部二次燃燒、煙溫升高等情況；停爐期間檢查等離子燃燒器，燃燒室沒有結(jié)渣現(xiàn)象，整個吹管期間，使用等離子點火裝置的經(jīng)濟性還是顯而易見的，還使鍋爐的安全性、穩(wěn)定性得到保證。

參考文獻

[1]吳永德.等離子煤粉點火技術(shù)在電廠的應(yīng)用[J].發(fā)電設(shè)備，2005（2）.

[2]大埔電廠.公共及輔助系統(tǒng)運行規(guī)程[S].

[3]安徽省新能電氣科技有限公司.PICS-I-100型煤粉鍋爐等離子體點火及穩(wěn)燃系統(tǒng)運行規(guī)程[S].

[4]安徽省新能電氣科技有限公司.PICS-I-100型煤粉鍋爐等離子體點火及穩(wěn)燃系統(tǒng)用戶手冊[S].