330 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組汽包鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)技術(shù)改造

張斌，李春建

(1.廣州永興環(huán)保能源有限公司，廣東廣州510070；

2.廣州中電荔新電力實(shí)業(yè)有限公司，廣東廣州511340)

330 MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組汽包鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)技術(shù)改造

張斌1，李春建2

(1.廣州永興環(huán)保能源有限公司，廣東廣州510070；

2.廣州中電荔新電力實(shí)業(yè)有限公司，廣東廣州511340)

針對(duì)某330 MW熱電聯(lián)產(chǎn)電廠原有等離子點(diǎn)火系統(tǒng)存在啟不了弧或拉弧運(yùn)行過程中易斷弧等一系列問題進(jìn)行深入分析研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)等離子發(fā)生器、工藝管道系統(tǒng)、DCS組態(tài)及電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，實(shí)踐表明改造后的等離子運(yùn)行可靠性得到了較大的提高，縮短了機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)時(shí)間，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

330 MW；熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組；等離子；點(diǎn)火系統(tǒng)；發(fā)生器

近年來中國工業(yè)的快速增長(zhǎng)，引發(fā)煤、石油及天然氣等不可再生能源消耗的不斷增大及其價(jià)格的不斷上漲，火力發(fā)電燃油成本越來越高。為了降低火力發(fā)電燃油成本，大型燃煤電站鍋爐點(diǎn)火方式在選型上已逐步由傳統(tǒng)的采用重油或輕油點(diǎn)火與穩(wěn)燃向運(yùn)用等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃轉(zhuǎn)變〔1－5〕或者由燃油點(diǎn)火系統(tǒng)改造為等離子點(diǎn)火系統(tǒng)〔6－8〕。燃煤鍋爐等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)是一種新型的鍋爐啟停與低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐無油點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃，節(jié)省燃油資源，并大大降低鍋爐啟停及低負(fù)荷運(yùn)行費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益顯著〔9〕。以某330 MW熱電聯(lián)產(chǎn)電廠1號(hào)機(jī)組鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)備為研究對(duì)象，系統(tǒng)分析原有等離子點(diǎn)火設(shè)備易出現(xiàn)啟不了弧或拉弧運(yùn)行過程中易斷弧等一系列問題的原因，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)等離子點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，改造后的等離子設(shè)備運(yùn)行可靠性得到了較大的提高，徹底解決了機(jī)組點(diǎn)火過程中易出現(xiàn)斷弧或啟不了弧這一問題。

1 設(shè)備概況

1.1 設(shè)備概況

某330 MW熱電聯(lián)產(chǎn)電廠1號(hào)機(jī)組鍋爐型式為亞臨界參數(shù)、汽包自然循環(huán)、四角切圓燃燒、直吹式制粉系統(tǒng)、一次中間再熱、擺動(dòng)燃燒器調(diào)溫、平衡通風(fēng)、單爐膛“∏”布置、全鋼架全懸吊結(jié)構(gòu)、緊身爐閉、爐頂帶金屬防雨罩、固態(tài)排渣煤粉爐。東方鍋爐廠制造，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 080 t/h。

鍋爐采用百葉窗式水平濃淡噴口擺動(dòng)式直流燃燒器、四角布置、切圓燃燒方式，直流燃燒器A、B兩層布置8只等離子體點(diǎn)火裝置。原有的等離子點(diǎn)火系統(tǒng)主要由等離子體煤粉燃燒器、等離子體發(fā)生器、壓縮空氣系統(tǒng)、氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、儀表及控制系統(tǒng)、等離子電源系統(tǒng)幾個(gè)部分組成。等離子體煤粉燃燒器是等離子點(diǎn)火用的專用煤粉燃燒器，其核心技術(shù)為使用“等離子體火焰”點(diǎn)燃專用煤粉燃燒器的一級(jí)導(dǎo)筒中的煤粉、再逐級(jí)引燃專用煤粉燃燒器中的全部煤粉，分級(jí)放大的火焰噴射進(jìn)入爐膛內(nèi)。等離子體發(fā)生器由陰極、一陽極、二陽極、三陽極及線圈組成，它作為等離子點(diǎn)火系統(tǒng)核心部件極其重要，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。壓縮空氣作為等離子體的載體，它將等離子發(fā)生器陰陽極形成的電弧吹出陽極，形成等離子火焰點(diǎn)燃煤粉。冷卻水系統(tǒng)作為等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的一個(gè)輔助系統(tǒng)，主要是用來冷卻陰極、陽極及線圈。氮?dú)庾鳛榈入x子發(fā)生器的保護(hù)氣，具有延長(zhǎng)陰極使用壽命的作用。儀表及控制系統(tǒng)由8臺(tái)就地儀表柜、8臺(tái)就地開關(guān)電源柜、1臺(tái)就地?zé)峁る娫聪洹?臺(tái)冷卻水泵就地控制箱組成。就地設(shè)備通過通訊和DCS系統(tǒng)組成一套完整的控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)方DCS控制。等離子體電源系統(tǒng)由8臺(tái)等離子體電源柜組成，為8臺(tái)等離子體發(fā)生器提供直流電源。電源系統(tǒng)主要由整流單元、高壓觸發(fā)回路、主控系統(tǒng)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等系統(tǒng)組成。

圖1 原有等離子體發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2 原有等離子點(diǎn)火拉弧原理

利用高壓、高頻率的脈沖電流將陰陽極之間的工作介質(zhì)(如空氣)擊穿、電離形成具有高溫導(dǎo)電作用的等離子體，帶正電的離子流向陰極，帶負(fù)電的離子流向陽極，形成電弧，經(jīng)由強(qiáng)磁場(chǎng)壓縮后，電弧被壓縮空氣吹出，形成高溫白熾火焰即等離子體火焰點(diǎn)燃煤粉。

2 存在問題及原因分析

2.1 存在問題

該鍋爐等離子點(diǎn)火裝置安裝于A，B層煤粉燃燒器內(nèi)，原有的等離子發(fā)生器從機(jī)組投運(yùn)使用至改造前存在的主要問題為:1)等離子發(fā)生器內(nèi)部陰陽極接頭易漏水；2)等離子空壓機(jī)易跳閘；3)等離子拉弧過程中易燒壞電氣IGBT設(shè)備；4)等離子啟弧易失敗及拉弧過程中易斷?。?)等離子拉弧過程中易損壞載體風(fēng)流量計(jì)。

2.2 原因分析

原有等離子發(fā)生器內(nèi)部陰陽極接頭易漏水的主要原因?yàn)榈入x子發(fā)生器內(nèi)部陰陽極接頭采用的festo快插接頭的密封性較差。等離子空壓機(jī)易跳閘的主要原因?yàn)榈入x子空壓機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)與電動(dòng)機(jī)功率不匹配且傳動(dòng)皮帶已老化斷裂。等離子拉弧過程中易燒壞電氣IGBT設(shè)備是由于等離子發(fā)生器內(nèi)部陰陽極接頭漏水引發(fā)等離子發(fā)生器陰陽極內(nèi)部短路所致。等離子啟弧易失敗及拉弧過程中易斷弧的主要原因有:1)陰極與一陽極、二陽極及三陽極之間的間距不合理；2)等離子空壓機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定引起載體風(fēng)風(fēng)壓波動(dòng)；3)等離子發(fā)生器內(nèi)部陰陽極接頭漏水引發(fā)等離子發(fā)生器陰陽極內(nèi)部短路；4)高壓接觸電阻或IGBT等電氣設(shè)備損壞。載體風(fēng)流量計(jì)損壞的主要原因?yàn)榈入x子空壓機(jī)疏水不暢使得載體風(fēng)含水較嚴(yán)重。

3 改造方案

根據(jù)該鍋爐原有等離子點(diǎn)火系統(tǒng)安裝、實(shí)際運(yùn)行情況及存在的問題，采用的等離子點(diǎn)火系統(tǒng)升級(jí)優(yōu)化改造總體方案為:現(xiàn)有等離子煤粉燃燒器不做更換；將等離子發(fā)生器全部更換為二代等離子發(fā)生器；取消等離子電源高壓觸發(fā)回路，修改等離子電源程序；簡(jiǎn)化或優(yōu)化工藝管道系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)；修改DCS邏輯組態(tài)及畫面。

3.1 等離子煤粉燃燒器改進(jìn)

等離子煤粉燃燒器本體不做更換，僅拆除水夾套、延長(zhǎng)槍，為防止煤粉氣流直接沖刷等離子發(fā)生器，需增加等離子發(fā)生器安裝導(dǎo)管，該導(dǎo)管外壁鑲嵌陶瓷，可延長(zhǎng)導(dǎo)管使用壽命，同時(shí)導(dǎo)管也起到連接等離子發(fā)生器和煤粉燃燒器的作用，另外，切除或改造原等離子發(fā)生器延長(zhǎng)槍安裝三角支架，以及更換等離子發(fā)生器檢修托架，優(yōu)化等離子發(fā)生器檢修平臺(tái)等。改進(jìn)后的等離子煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的等離子煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)

3.2 新型等離子發(fā)生器

新型等離子發(fā)生器相比于原有等離子發(fā)生器，取消了一陽極、二陽極、三陽極及延長(zhǎng)槍及氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)，內(nèi)部只有一個(gè)陰極與陽極。僅依靠電磁鐵裝置驅(qū)動(dòng)拉弧桿端部陰極頭與陽極接觸短路啟弧。新型等離子發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 改進(jìn)后的等離子體發(fā)生器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.3 等離子電源改進(jìn)

等離子電源不做更換，但為適應(yīng)新型等離子發(fā)生器，需取消原有等離子電源高壓觸發(fā)回路、增加110 VDC直流電源、修改等離子電源程序等，修改后的等離子電源安全可靠、故障率低、運(yùn)行操作方便，效率大于92%，且維護(hù)方便。

3.4 工藝管道系統(tǒng)優(yōu)化

載體風(fēng)系統(tǒng):拆除制氮機(jī)、氮?dú)獗Ｗo(hù)系統(tǒng)所有管道、閥門、儀表等；取消等離子空壓機(jī)裝置，將載體風(fēng)氣源由等離子空壓機(jī)改為廠用除灰壓縮空氣，等離子空壓機(jī)系統(tǒng)儲(chǔ)氣罐應(yīng)保留并接入載體風(fēng)管路中；因新型等離子發(fā)生器耗用壓縮空氣量為接近原有等離子發(fā)生器耗用壓縮空氣量的2倍，故需將載體風(fēng)母管管徑由Φ57 mm改為Φ76 mm；更換支管過濾減壓閥，就地儀控箱下游管道由Ф22 mm ×3 mm改為Ф48 mm×3.5 mm，就地安裝載體風(fēng)壓力表。

冷卻水系統(tǒng):更換水泵，將水泵功率由15 kW改為22 kW；因現(xiàn)有水泵出口母管由Ф89 mm×4 mm變徑為Ф57 mm×3.5 mm沿爐膛四周環(huán)繞最后接入各角等離子發(fā)生器，因沿途管路長(zhǎng)使得管道沿程阻力偏大，故需將Ф57 mm×3.5 mm管道改為Ф89 mm×4 mm管道，確保等離子發(fā)生器前水壓不低于0.3 MPa。

3.5 電氣控制系統(tǒng)優(yōu)化

拆除原就地儀控箱內(nèi)流量計(jì)、比例調(diào)節(jié)閥、電磁閥及連接電纜；拆除制氮系統(tǒng)電控設(shè)備及連接電纜；更換水泵控制箱內(nèi)斷路器、接觸器和熱繼電器，將其中一路電源電纜由3×16＋1×10更改為3× 25＋1×16接入水泵控制箱。

等離子電源至發(fā)生器之間的電纜為原電纜，其中，現(xiàn)有一、二陽極電纜用于二代等離子發(fā)生器電磁鐵控制電纜；現(xiàn)用三陽極、陰極電纜作為二代等離子發(fā)生器的陽極和陰極電纜。

載體風(fēng)系統(tǒng)母管增加1臺(tái)體積流量計(jì)，流量IO信號(hào)利用現(xiàn)在A1角載體風(fēng)流量(暫定)信號(hào)；A層、B層載體風(fēng)母管各增加1個(gè)壓力開關(guān)，開關(guān)IO信號(hào)利用現(xiàn)在保護(hù)氣(N2)母管快關(guān)閥1位置反饋信號(hào)，用于A層、B層拉弧允許和跳閘；增加體積流量計(jì)至A1角就地儀控箱連接電纜，就地儀控箱至DCS機(jī)柜電纜利用現(xiàn)在A1角載體風(fēng)流量信號(hào)電纜；增加2根A層、B層載體風(fēng)母管壓力開關(guān)至就地?zé)峁る娫聪涞倪B接電纜，就地電源箱至DCS機(jī)柜電纜利用現(xiàn)在保護(hù)氣(N2)母管快關(guān)閥1位置反饋信號(hào)連接電纜。

3.6 修改DCS邏輯組態(tài)及畫面

新型等離子發(fā)生器與原有等離子發(fā)生器在拉弧原理、工藝及控制系統(tǒng)均有較大的變化，因此新型等離子發(fā)生器啟動(dòng)與停止邏輯及等離子系統(tǒng)畫面應(yīng)做相應(yīng)的修改以滿足其工作要求。

4 改造后效果分析

該鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)改造于2015年6月30日已完成，實(shí)踐表明，改造后的等離子點(diǎn)火系統(tǒng)在機(jī)組點(diǎn)火啟動(dòng)過程中未出現(xiàn)啟弧失敗或者拉弧過程中易斷弧現(xiàn)象。以該1號(hào)機(jī)組鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)改造后2015年10月7日啟動(dòng)點(diǎn)火為例，并與該臺(tái)爐等離子改造前2014年8月17日啟動(dòng)點(diǎn)火對(duì)比，較全面地反映改造后取得的效果。4次B層等離子點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)電流與火檢強(qiáng)度曲線分別如圖3—6。

圖3 改造后點(diǎn)火啟動(dòng)等離子電流

圖4 改造后點(diǎn)火啟動(dòng)等離子火檢強(qiáng)度

圖5 改造前點(diǎn)火啟動(dòng)等離子電流

圖6 改造前點(diǎn)火啟動(dòng)等離子火檢強(qiáng)度

圖3，5曲線分別代表B1，B2，B3，B4等離子體發(fā)生器電流趨勢(shì)；圖4，6曲線分別代表B1，B2，B3，B4等離子對(duì)應(yīng)的煤層火檢強(qiáng)度趨勢(shì)。2015年10月7日1號(hào)機(jī)啟動(dòng)起止時(shí)間為00:08:39至04:23:52，2014年8月17日1號(hào)機(jī)啟動(dòng)起止時(shí)間為22:36:20至8月18日10:34:49。

從圖5，6可以看出，改造前2014年8月17日這次B層等離子點(diǎn)火啟動(dòng)整個(gè)過程中爐膛B層4個(gè)角等離子出現(xiàn)斷弧現(xiàn)象；改造前1號(hào)機(jī)等離子啟動(dòng)過程中等離子運(yùn)行可靠性較差，4個(gè)角等離子之間電流相差較大，且B層等離子點(diǎn)火啟動(dòng)過程中爐膛4個(gè)角等離子火焰強(qiáng)度均勻不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響了機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)帶負(fù)荷時(shí)間。從圖3，4可以看出，該機(jī)組鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)改造后2015年10月7日這次B層等離子點(diǎn)火啟動(dòng)整個(gè)過程中爐膛B層4個(gè)角等離子未出現(xiàn)斷弧現(xiàn)象，且4個(gè)角等離子發(fā)生器電流之間非常小，另外爐膛B層4個(gè)角等離子火焰強(qiáng)度均較高且穩(wěn)定。

5 結(jié)論

進(jìn)行等離子點(diǎn)火系統(tǒng)改造后，點(diǎn)火啟動(dòng)過程中從未出現(xiàn)斷弧或啟弧失敗現(xiàn)象，等離子點(diǎn)火啟動(dòng)運(yùn)行可靠性得到了較大的提高，檢修維護(hù)量已大大減少，較大程度上縮短了機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)時(shí)間，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

本次改造過程關(guān)鍵點(diǎn)如下:

1)改造前應(yīng)對(duì)原有等離子存在的問題進(jìn)行全面分析，找出真正原因；改造前應(yīng)對(duì)新型等離子點(diǎn)火裝置進(jìn)行全面調(diào)研，熟悉其特性。

斯庫特的鄰居，慈愛友善的莫迪小姐也起到了引路人的角色。小說里描寫莫迪小姐的筆墨不多，但人物形象躍然紙上。斯庫特可以和鄰居莫迪小姐愉快地聊天，成了忘年交，還可以享用她做的美味蛋糕。莫迪小姐，是獨(dú)立女性的代表，她勇于向世俗偏見挑戰(zhàn)。她選擇自己喜歡的生活方式。喜歡戶外，大自然，喜歡伺候她的杜鵑花。她樂觀、性格堅(jiān)毅，漂亮的大洋房被火燒了，財(cái)產(chǎn)幾乎毀于一旦，她知道事情總會(huì)有辦法解決的。作為寡婦，沒有再婚的打算，拒絕了斯庫特叔叔的求婚，不想成為男人的附屬品。她是有獨(dú)立思想的女性，見解深刻。雖然阿迪克斯在湯姆案件上敗訴，但在她看來已經(jīng)邁出一小步，也是非常重要的一步。

2)等離子點(diǎn)火系統(tǒng)改造時(shí)盡量保持了原有等離子煤粉燃燒器與主燃燒器一致，避免改造后對(duì)鍋爐燃燒器性能帶來不利影響。

3)改造時(shí)盡量利舊，節(jié)省了改造成本。

4)根據(jù)新型等離子發(fā)生器的主要特點(diǎn)，載體風(fēng)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、等離子電源系統(tǒng)及等離子啟、停邏輯與DCS組態(tài)也做了相應(yīng)優(yōu)化改進(jìn)，滿足了新型等離子發(fā)生器工作要求。

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Technical reformation of plasma ignition system for steam drum boiler of 330 MW cogeneration unit

ZHANG Bin1，LI Chunjian2
(1.Guangzhou YongXing Environmental Energy Co.Ltd，Guangzhou 510070，China；
2.Guangzhou Zhongdianlixin Thermoelectric Co.Ltd，Guangzhou 511340，China；)

In view of the existing problems of the original plasma ignition system of a 330 MW cogeneration power plant，such a series of problems are analyzed and studied in the paper.Combined with the actual，plasma generator，process piping system，DCS configuration and electrical control system are optimized.Practice shows that the improved plasma operation reliability has been greatly improved，and the starting time of the unit is shortened.It has achieved significant economic benefits.

330 MW；cogeneration unit；plasma；ignition system；generator

TK227.7

B

1008-0198(2017)01-0073-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.01.019

2016-06-02 改回日期:2017-01-18