大功率等離子點(diǎn)火技術(shù)在貧煤電廠的應(yīng)用實(shí)踐

郭伯春

(四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司, 四川廣安 638000)

大功率等離子點(diǎn)火技術(shù)在貧煤電廠的應(yīng)用實(shí)踐

郭伯春

(四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司, 四川廣安 638000)

簡要介紹了大功率等離子點(diǎn)火技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，結(jié)合該點(diǎn)火技術(shù)在廣安電廠應(yīng)用情況，對現(xiàn)場實(shí)踐中存在的問題進(jìn)行改進(jìn)并實(shí)施，結(jié)果表明大功率等離子點(diǎn)火技術(shù)在高硫分貧煤上應(yīng)用是成功的，對今后該技術(shù)在貧煤電廠應(yīng)用有借鑒作用。

大功率； 等離子； 點(diǎn)火； 應(yīng)用； 節(jié)能

ApplicationofHighPowerPlasmaIgnitionTechnology

Abstract： An introduction is presented to the structure of a high power plasma ignition system. To solve the problems existing in Guang’an Power Plant caused by application of the high power plasma ignition technology, improvements conducted on relevant systems. Results show that the high power plasma ignition technology can be successfully applied in high sulfur coal-fired combustion units, which may serve as a reference for further application of the technology in lean coal-fired power plants.

Keywords： high power; plasma; ignition; application; energy conservation

廣安電廠地處四川盆地東北部，為四川電網(wǎng)的電源支撐點(diǎn)，機(jī)組啟停頻繁，其燃煤主要是高硫分貧煤，煤質(zhì)整體較差。原設(shè)計(jì)的油槍點(diǎn)火啟動(dòng)過程中，存在耗燃油量大，燃油成本高、不經(jīng)濟(jì)，產(chǎn)生的油煙破壞除塵、脫硫等設(shè)備，環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。故改造原有油槍點(diǎn)火設(shè)計(jì)、采用新型的無油點(diǎn)火技術(shù)非常必要。

當(dāng)前的煤粉爐無油點(diǎn)火技術(shù)中，主要有等離子體點(diǎn)火技術(shù)、激光加熱點(diǎn)火技術(shù)、電阻加熱點(diǎn)火技術(shù)、易燃?xì)怏w直接點(diǎn)火技術(shù)等[1]，針對廣安電廠煤質(zhì)情況，選擇等離子體點(diǎn)火技術(shù)在該電廠300 MW機(jī)組鍋爐上試用。

1 系統(tǒng)簡介

該等離子點(diǎn)火系統(tǒng)由等離子點(diǎn)火設(shè)備及其輔助系統(tǒng)組成(見圖1)，等離子點(diǎn)火設(shè)備包括等離子發(fā)生器、點(diǎn)火燃燒器、火檢裝置等。該系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)：

(1) 等離子體功率達(dá)300 kW(當(dāng)前其他廠家的等離子體功率200 kW左右)，且150～300 kW內(nèi)可調(diào),適應(yīng)的煤質(zhì)范圍廣。

(2) 分級點(diǎn)火、逐級放大的工作方式，避免燃燒器超溫和結(jié)焦，設(shè)計(jì)更合理。

圖1 等離子煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)構(gòu)成示意圖

2 應(yīng)用情況

該電廠機(jī)組鍋爐為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)汽包爐，主要燃料為低揮發(fā)分、高灰分的華鎣山脈煤種，其成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為收到基揮發(fā)分18%～22%、收到基灰分30%～33%、收到基固定碳50%～55%、空干基水分1%～1.5%，收到基發(fā)熱量21～22 kJ/kg。制粉系統(tǒng)采用中間儲(chǔ)倉式熱風(fēng)制粉系統(tǒng)，雙向串聯(lián)雙軸向粗粉分離器，煤粉燃燒器共5層，每層4臺(tái)，油燃燒器3層，每層4臺(tái)，四角切圓燃燒。結(jié)合電廠點(diǎn)火實(shí)際情況，對原煤粉燃燒器的最底層燃燒器(A層)改造為等離子專用燃燒器，見圖2。為配合等離子點(diǎn)火設(shè)備的正常投用，現(xiàn)場增加電控系統(tǒng)、壓縮空氣載體風(fēng)系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)設(shè)備，還增加一次風(fēng)溫加熱設(shè)備，采用了輔汽加熱一次風(fēng)管路，提高一次風(fēng)溫(140 ℃以上)，使燃煤適合于等離子點(diǎn)火，解決一次風(fēng)溫低、燃煤投入滯后問題，增加臨爐倒粉設(shè)備，利用輸粉皮帶在各機(jī)組之間倒粉，實(shí)現(xiàn)煤粉送入，保證鍋爐點(diǎn)火時(shí)及時(shí)投入煤粉燃燒。另外，把等離子系統(tǒng)監(jiān)控集成到DCS控制，操作和報(bào)警界面簡潔實(shí)用。

圖2 廣安電廠34號機(jī)組鍋爐A層等離子系統(tǒng)DCS畫面

3 現(xiàn)場改進(jìn)

2014年2月廣安電廠等離子點(diǎn)火設(shè)備安裝完成，首次點(diǎn)火試驗(yàn)出現(xiàn)煤粉燃盡率差、爐膛壓力波動(dòng)大，導(dǎo)致煤粉爆燃，鍋爐因全爐失火而停爐。針對點(diǎn)火試驗(yàn)出現(xiàn)的狀況，經(jīng)專業(yè)分析和探討，主要存在以下問題：

(1) 等離子發(fā)生器中等離子載體壓縮空氣壓力低，功率達(dá)不到設(shè)定要求。

(2) 給粉過量，未燃盡煤粉集聚。

(3) 一次風(fēng)速偏高，煤粉吹離燃燒區(qū)，燃燒差。

(4) 原鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)不適合等離子點(diǎn)火安全要求，不能避免煤粉爆燃。

(5) 無運(yùn)行操作參考，處于摸索階段。

為了解決上述問題，主要做了以下幾點(diǎn)改進(jìn)和創(chuàng)新。

3.1 提升等離子功率

針對等離子發(fā)生器載體壓縮空氣壓力偏低，改進(jìn)等離子載體風(fēng)供氣回路。原設(shè)計(jì)壓縮空氣管路直徑為60 mm，母管一分為四，載體管壓降較大，重新核算布置為兩路一分二的管路，滿足風(fēng)壓需求。經(jīng)系統(tǒng)核算，通過等離子發(fā)生器變壓器檔位調(diào)整、修改整流系統(tǒng)參數(shù)、增大冷卻效果等方式，將等離子系統(tǒng)單個(gè)發(fā)生器的最大功率由250 kW提升至300 kW，加大了點(diǎn)火能力。

3.2 控制給煤量

針對點(diǎn)火初期未燃盡煤粉積聚問題，減少煤量，達(dá)到給煤量與當(dāng)時(shí)燃燒程度匹配。對于采用給粉機(jī)控制給煤量的燃煤機(jī)組，通過優(yōu)化原給粉機(jī)變頻器低轉(zhuǎn)速限制定值，在保證給粉機(jī)正常運(yùn)行的情況下將其定值降低，從而增大給煤量控制范圍，適應(yīng)等離子點(diǎn)火初期給煤量與等離子功率匹配要求，提高點(diǎn)火的成功率和燃燒穩(wěn)定性[2]。

3.3 增加一次風(fēng)監(jiān)控設(shè)備

熱一次風(fēng)門控制改為可調(diào)節(jié)型，通過調(diào)整開度，在下層燃燒器對應(yīng)的四根一次風(fēng)管上各安裝一套風(fēng)速在線監(jiān)測裝置，實(shí)現(xiàn)等離子煤粉燃燒器風(fēng)速的有效控制。針對等離子燃燒器容易斷弧，通過試驗(yàn)確定著火燃燒時(shí)間，修改火檢建立延時(shí)時(shí)間，以保證煤粉到達(dá)燃燒器噴口著火穩(wěn)定[3]。

3.4 完善點(diǎn)火時(shí)保護(hù)

在點(diǎn)火時(shí)，增加等離子點(diǎn)火模式下的FSSS保護(hù)，實(shí)現(xiàn)等離子點(diǎn)火過程中鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。主要增加了如下功能模塊：

(1) 單個(gè)等離子燃燒器投運(yùn)正常作為全爐膛有火的一個(gè)條件。

(2) 全爐膛無火時(shí)，3次等離子點(diǎn)火不成功觸發(fā)MFT，避免爐膛爆燃。

(3) 機(jī)組負(fù)荷大于80 MW時(shí)，自動(dòng)切回原FSSS保護(hù)。

(4) 機(jī)組負(fù)荷大于190 MW時(shí)，退出等離子發(fā)生器運(yùn)行。

3.5 規(guī)范等離子運(yùn)行方案

通過操作和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，形成規(guī)范的等離子運(yùn)行方案，達(dá)到優(yōu)化等離子點(diǎn)火成功的同時(shí)，確保鍋爐的安全運(yùn)行。主要內(nèi)容如下：

(1) 啟動(dòng)前，利用爐底加熱輔助手段，使鍋爐壁溫達(dá)到120 ℃。

(2) 投運(yùn)等離子點(diǎn)火裝置前將等離子系統(tǒng)的冷卻水泵和風(fēng)機(jī)投運(yùn)，一次風(fēng)小暖風(fēng)器投運(yùn)，加熱風(fēng)溫至120～130 ℃，維持壓縮空氣壓力正常(>0.5 MPa)，壓縮空氣系統(tǒng)充分排水、排油、排銹。

(3) 啟動(dòng)風(fēng)煙系統(tǒng)(維持總風(fēng)量在40%MCR)后，完成爐膛吹掃后啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)，維持一次風(fēng)壓1.5～2 kPa(初期煤粉較淡，維持一次風(fēng)壓較低，隨著給粉機(jī)轉(zhuǎn)速提高，要適當(dāng)提高一次風(fēng)壓)，A層一次風(fēng)門打開，風(fēng)速<18 m/s,A層周界風(fēng)全開。

(4) 設(shè)定等離子發(fā)生器壓縮空氣壓力在0.35 MPa。

(5) 設(shè)定等離子點(diǎn)火電流400～500 A，能量220～250 kW。電流過低電壓過高容易斷弧，點(diǎn)火正常后應(yīng)降低功率至180 kW以下。

(6) 投運(yùn)給粉機(jī)，控制給粉機(jī)轉(zhuǎn)速，維持正常轉(zhuǎn)速的1/3，監(jiān)視燃燒器壁溫≤400 ℃。當(dāng)燃燒器壁溫逐漸升高時(shí)，適時(shí)開大燃燒器周界風(fēng)門的開度和加大一次門提高風(fēng)速或降低發(fā)生器功率至180 kW以下。

(7) 隨著爐膛溫度提高，等離子對應(yīng)火嘴逐漸增加煤粉量，同時(shí)提高一次風(fēng)壓至2.7～3.0 kPa，防止堵管，就地查看著火情況。

(8) 并網(wǎng)前維持A層3套等離子燃燒器對應(yīng)的給粉機(jī)低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，4支等離子發(fā)生器均保持運(yùn)行，每30 min啟動(dòng)一套停止的等離子燃燒器，然后停另一套等離子燃燒器(避免因長期僅等離子發(fā)生器運(yùn)行而高溫?fù)p壞)，制粉系統(tǒng)維持一套運(yùn)行，細(xì)粉分離器下鎖氣器活動(dòng)正常。

(9) 隨鍋爐負(fù)荷增加，爐膛轉(zhuǎn)角煙溫提升，逐漸提高一次風(fēng)速，降低等離子功率，直到退出等離子發(fā)生器運(yùn)行。

4 應(yīng)用效果

2014年7月，該項(xiàng)目經(jīng)應(yīng)用改進(jìn)和創(chuàng)新完成后，機(jī)組鍋爐等離子點(diǎn)火啟動(dòng)，在噴口出粉后5 s，噴口著火開始穩(wěn)定，火焰明亮，火焰四周無明顯未燃盡的黑粉，對渣斗和灰斗中灰渣進(jìn)行取樣分析,煤粉燃盡率在85%以上。進(jìn)行了為期1年的能耗效果追蹤，歷次鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)的能耗見表1。

表1 鍋爐等離子點(diǎn)火啟動(dòng)能耗統(tǒng)計(jì)表

從表1中可以看出：機(jī)組等離子點(diǎn)火可以避免在鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火過程中使用燃油，實(shí)現(xiàn)鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng) “零耗油”。每次啟動(dòng)與改造前用燃油點(diǎn)火消耗0號柴油量約15 t比較，減少啟動(dòng)成本約10萬元。

大功率等離子燃煤點(diǎn)火的成功應(yīng)用，避免鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)大量燃油燃燒產(chǎn)生的油煙對電除塵、脫硝和脫硫系統(tǒng)的污染和損壞。機(jī)組啟動(dòng)過程中即可投入靜電除塵和脫硫裝置，有效減少了粉塵和SO2的排放量，節(jié)能環(huán)保。

5 結(jié)語

經(jīng)過現(xiàn)場應(yīng)用改進(jìn)和創(chuàng)新，以及1年多來的運(yùn)行實(shí)踐，大功率等離子燃煤點(diǎn)火技術(shù)在廣安電廠機(jī)組鍋爐應(yīng)用成功，實(shí)現(xiàn)了燃煤機(jī)組零耗油的節(jié)能環(huán)保目標(biāo)。等離子燃煤點(diǎn)火技術(shù)和現(xiàn)場應(yīng)用技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，突破現(xiàn)有大型燃煤電廠等離子無法點(diǎn)燃貧煤、褐煤、難燃煤種的瓶頸，值得在火力發(fā)電新建或改造機(jī)組上推廣應(yīng)用。

[1] 劉鵬. 等離子點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用研究[J]. 華東科技,2013(9): 16.

[2] 何健,張根,李強(qiáng). 淺析鍋爐等離子點(diǎn)火燃燒器的正確使用[J]. 內(nèi)蒙古石油化工,2013(9): 83-84.

[3] 保立虎. 交流等離子點(diǎn)火燃燒器在660 MW直流鍋爐上的應(yīng)用[J]. 發(fā)電設(shè)備,2013,27(1): 31-34.

inLeanCoal-firedPowerPlants

Guo Bochun

(Sichuan Guang’an Power Generation Co., Ltd., Guang’an 638000, Sichuan Province, China)

2016-11-25；

2017-01-12

郭伯春(1976—)，男，高級工程師，從事火電廠熱控專業(yè)技術(shù)管理與檢修工作。

E-mail: guodashanren@163.com

TK223.23

A

1671-086X(2017)05-0376-03