等离子点火系统总结

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1、等离子点火系统讲 义 主要内容 n一.工作原理 n二.等离子点火系统组成： n三.等离子点火应用要点 n四.无油点火的可行性 n五.等离子点火技术在台电的应 用 一.等离子点火的基本原 理 n1.1等离子弧 n1.2等离子发生器 n1.3等离子点火的基本原理 1.1等离子体 等离子体被定义为除固、液、气三态之外的第四态物质存在形式，对外为 中性，而在等离子体内含有大量阴阳离子，形成温度T5000K的，温度梯 度极大的局部高温区。 等离子发生器是利用直流电在介质气体中接触引弧，并在强磁场控制下 获得稳定功率的直流空气等离子体的设备； 1.2等离子发生器 使等离子弧处于受控状态, 的装置就是等离子

2、发生器 1.3等离子燃烧器点火原 理 1.3等离子燃烧器点火原理 n1.3.1 点火机理 n 本装置利用直流电流（280-350A）在介质气压0.01-0.03Mpa的 条件下接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体 ，该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T5000K的梯度极大 的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在 10-3秒内迅速释放出挥发物，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃 烧。由于反应是在气相中进行，使混合物组分的粒级发生了变化。 因而使煤粉的燃烧速度加快，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大 大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量E（E等=1/6E油） n

3、等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子 团（OH、H2、O2）、离子（O2、H2、OH、O、H）和 电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧，除此之外，等离 子体对于煤粉的作用，可比通常情况下提高20% 80%的挥发份 ，即等离子体有再造挥发份的效应，这对于点燃低挥发份煤粉强化 燃烧有特别的意义。 1.3等离子燃烧器点火原理 n1.3.2等离子发生器工作原理 n 本发生器为磁稳空气载体等离子发生器，它由线圈、阴 极、阳极组成。其中阴极材料采用高导电率的金属材料 或非金属材料制成。阳极由高导电率、高导热率及抗氧 化的金属材料制成，它们均采用水冷方式，以承受电弧 高温冲击。

4、线圈在高温250情况下具有抗2000V的直 流电压击穿能力，电源采用全波整流并具有恒流性能。 其拉弧原理为：首先设定输出电流，当阴极3前进同阳 极2接触后，整个系统具有抗短路的能力且电流恒定不 变，当阴极缓缓离开阳极时，电弧在线圈磁力的作用下 拉出喷管外部。一定压力的空气在电弧的作用下，被电 离为高温等离子体，其能量密度高达105 106W/cm2 ，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。 1.3等离子燃烧器点火原理 n1.3.3 燃烧机理 n根据高温等离子体有限能量不可能同无限的煤粉量及风速相匹配的原则设计了多级 燃烧器。它的意义在于应用多级放大的原理，使系统的风粉浓度、气流速度处于一 个十分有

5、利于点火的工况条件，从而完成一个持续稳定的点火、燃烧过程。实验证 明运用这一原理及设计方法使单个燃烧器的出力可以从2T/H扩达到10T/H。在建 立一级点火燃烧过程中我们采用了将经过浓缩的煤粉垂直送入等离子火炬中心区， 10000的高温等离子体同浓煤粉的汇合及所伴随的物理化学过程使煤粉原挥发份 的含量提高了80%，其点火延迟时间不大于1秒。 n点火燃烧器的性能决定了整个燃烧器运行的成败，在设计上该燃烧器出力约为500 800kg/h，其喷口温度不低于1200。另外我们加设了第一级气膜冷却技术避 免了煤粉的贴壁流动及挂焦，同时又解决了燃烧器的烧蚀问题。该区称为第一区。 n第二区为混合燃烧区，在该

6、区内一般采用“浓点浓”的原则，环形浓淡燃烧器的应用 将淡粉流贴壁而浓粉掺入主点火燃烧器燃烧。这样做的结果既利于混合段的点火， 又冷却了混合段的壁面。如果在特大流量条件还可采用多级点火。 n 第三区为强化燃烧区，在一、二区内挥发分基本燃尽，为提高疏松炭的燃尽率采 用提前补氧强化燃烧措施，提前补氧的原因在于提高该区的热焓进而提高喷管的初 速达到加大火焰长度提高燃尽度的目的，所采用的气膜冷却技术亦达到了避免结焦 的目的（1998年获专利）。 n第四区为燃尽区，疏松碳的燃尽率，决定于火焰的长度。随烟气的温升燃尽率逐渐 加大。 二、等离子点火的系统构成 二、等离子点火的系统构成 n等离子发生器：产生稳定

7、、可控形态的高能等离 子体。 n等离子燃烧器：稳定、高效地组织煤粉燃烧。 n直流电源柜：将低压交流电源转换为等离子发生 器所需的直流电源。 n图像火检探头：监视等离子燃烧器的燃烧状况。 n控制部分：监测并操作系统的运行。 三.等离子点火应用要点 3.1 在启动过程：稳定、高效地点燃， 确保启动过程的安全； 3.2在正常运行中：确保原主燃烧器的基 本性能不变，使等离子燃烧器能满足 正常运行的要求； 3.3 要以系统工程的观点来研究等离子 点火技术； 3.4 有效地监控和保护。 四.无油点火的可行性 4.1无油点火的基本条件; 4.2 无油点火的启动程序和注意事项; 4.3等离子点火与防爆； 4.

8、4 无油点火的典型范例. 4.1.1符合防爆规程的要求 等离子点火应用指南的主要目 的之一，即考虑等离子点火的特 殊性： n油条件：等离子燃烧器 n两种运行模式 4.1.2解决煤粉的来源-热风来 源 n关键是解决热风来源，即保证必要的蒸汽 参数。我厂在保证辅汽母管压力在0.8MP 、温度260度以上时，采用暖风器可实 现磨煤机初始暖磨及磨煤机正常运行时维 持磨出口温度在5060，此时锅炉燃烧 稳定。 4.1.3不发生炉膛爆破、二次燃烧 n确保等离子发生器和等离子燃烧器 的安全，是确保启动安全的基础； n高性能的等离子燃烧器和各项参数 的合理控制，是确保安全启动的关 键。 4.1.3.1 等离子

9、发生器的安 全 n先进的材质和结构； n辅助系统参数严格保证。 4.1.3.2等离子燃烧器的点火性能满足无油点火的 要求 等离子发生器 等离子燃烧器 二次风 二次风 一次风 一级煤粉火 焰 二级煤粉火 焰 三级煤粉火 焰 安全； 高效； 不影响主燃烧器的性能 4.1.3.3各项参数的有效控制是提高燃烧效 率 不发生炉膛爆破、二次燃烧的关键 n煤质 n点火功率 n煤粉细度 n煤粉浓度 n一次风速度 n一次风温度 n湿度 4.1.4 满足启动曲线的要求： 控制初始投入功率磨煤机最低出力 n中速磨影响磨煤机最低出力的关 键： n磨煤机振动。 n风环风速过低导致压磨。 n碾磨出力 n通风出力 n干燥出

10、力 n分离出力 满足启动曲线的要求 影响磨煤机出力的因素 满足启动曲线的 要求： 降低中速磨 煤机出力的 措施 降低碾磨出力：转速、滚 压和线型热控配合； 干燥出力：不可调整； 分离出力：关小折向挡板 增大循环倍率运行中恢 复； 降低通风出力：防止堵管 ，防止压磨。 4.1.5等离子燃烧器的出力,能满足 安全投入第二台磨的要求； n针对不同煤种应当有不同的要求。 n等离子燃烧器在点火状态下的最大出力 ，不一定需要达到磨煤机的最大出力； n等离子燃烧器的最大出力不一定达到最 低稳燃负荷。 4.1.6业主和调试单位的积极配合。 n外部条件准备完成(设计煤种、输煤、 制粉、除灰系统具备运行条件；辅助

11、系统； 各种保护等等） n积极的考核政策； n调试单位的积极支持。 4.2 无油点火的启动程序和注意事 项 n4.2.1 技术交底； n4.2.2 正式启动前准备； n4.2.3 启动中的注意事项。 4.2.1技术交底； n1说明设备与原始状况,包括:煤种 、炉型及参数、制粉系统的型式及参 数对等离子点火的影响。 n2说明等离子点火系统设计的特殊 要求：加热装置、燃烧器（台数、结 构特点、设计参数、使用中的注意事 项）、辅助系统（汽、水、风、电） 、监控制设备。 4.2.2 正式启动前准备 n1. 提出调试大纲并纳入锅炉整体调试大纲。 n2. 确认电厂实际燃用的煤质符合设计煤种；检查输 煤制粉

12、及排灰、除尘系统是否具备烧煤的条件，底 部加热装置是否正常。 n3. 确认工程施工调试对等离子点火系统安装与调试 的要求； n4抓住关键环节，搞好等离子点火系统安装与分部 试运； n5启动前的准备试验 n（1）一次风测试装置的标定，磨煤机入口风量标定 ； n（2）一次风管的调平； n（3）磨煤机降出力试验的准备； n（4）做好冷风加热器的分步调整试验。 n（5） FSSS按“正常运行模式”和“等离子点火模式”的设定已 经完成。 4.2.3 启动中的注意事项。 n第一阶段：在锅炉第一次吹管过程中进行 等离子燃烧器的启动和热态性能试验，验 证燃烧器的点火和稳燃能力、单（只）角 燃烧器断弧复燃能力、

13、等离子燃烧器配合 磨煤机的出力范围试验及各项联锁和保护 的可靠性。 n这一阶段调试的关键是确保初始投入功率 不超过允许的初始投入功率，点火过程不 能发生爆燃和二次燃烧； 4.2.3 第一阶段启动中的注意事 项。 n热风加热装置的各项参数必须与启动的设计工况相符。 n磨煤机各项运行参数必须与启动的设计工况相符。如果 最低出力不能达到点火要求，应在吹管过程完成降出力 试验。 n正式点火时必须安排人到现场就地观察燃烧器的点火情 况。 n投煤到点燃的时间必须符合设计要求，并且根据锅炉机 组大小不同及一次风管路长短不一样，应有不一样要求 。 n当任何一个燃烧器超过设计时间未能点燃应停止启动， 进行全炉膛

14、吹扫并分析未能点燃的原因后再次启动 n磨煤机增加出力后应随时观察燃烧工况的变化，对于煤 质较好的煤种要防止燃烧器超温、结渣，对于煤质较差 的煤种（灰分过高或水分较高）应防止燃烧恶化。 n尽早完成重要保护的试验。 n及时检查防止二次燃烧。 n第二阶段：在第二次吹管和机组并网及以后的 整体试运阶段，进行等离子燃烧器投入及第二 台磨投入试验，要保证其对应的燃烧器被可靠 的引燃并且不发生投入功率的节跃。在锅炉低 负荷运行时采用等离子点火装置进行稳燃试验 、采用等离子燃烧器点火时锅炉温升试验等。 n这一阶段调试的关键是，满足启动曲线的要求 ，并在第一阶段的基础上尽可能实现无油启动 。 4.2.3 启动中

15、的注意事项。 第二阶段启动中的注意事项。 n尽可能早地投入灭火保护； n整个过程应严密监视锅炉各项参数是否满足启动曲 线的要求，如不能满足启动曲线的要求应立即采取 措施加以调整； n在燃烧器不超温的前提下，尽量将等离子燃烧器出 力增至36t/h，投入第二层（E层）燃烧器，启动E 磨煤机。为保证E磨可靠的点燃，E磨投入煤量大于 20吨/时。在E磨煤机燃烧稳定后，将F磨煤机的出 力适当降低； n如发现负压波动较大、燃烧不稳等，必要时可以投 入油枪支持。待调整稳定后再停止油枪运行； n当负荷超过最低稳燃负荷后，应逐次停止等离子点 火装置； 4.3等离子点火与防爆 点火开始炉膛爆破的可能性 煤种浓度下

16、 限 min(k g/m3) 浓度上 限 marck g/m3 易爆浓 度 ikg/m 3 最大瀑 炸压力 PmaxMPa 最低含 氧量 Q2min% 烟煤 0.32 0.47 34 1.22 0.13 0.17 19 褐煤 0.2 0.25 56 1.72 0.31 0.33 18 有爆炸危险的煤粉浓度和氧量 煤粉进炉膛后即使s内不能点燃是安全的 磨煤机停止过程可以考虑不投入油枪 4.3.1断弧后炉膛爆破的可能性：合理设 定保护逻辑（目前逻辑） n在FSSS逻辑中设计“正常运行模式”与“等离子运行模式”，由运行人员在 DCS画面切换，从而实现FSSS逻辑切换功能；“正常运行模式”运行时，维 持原有的FSSS逻辑； ； nF磨煤机启动条件中点火能量满足条件之一 “相应油层(EF)至少有3个角在 运行” 在“等离子运行模式”时改为“4个角等离子点火装置启弧成功”，该信 号由等离子主控PLC送出。 ； nE磨煤机启动条件中点火能量满足条件在“等离子运行模式”时改为： n 以下任一条件满足