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1、江西丰城电厂新建2660MW 机组等离子点火系统设计方案第 1 页 共 27 页丰城发电厂2660MW 机组等离子点火系统设计方案（第一版）拟稿：校对：审核：批准：烟台龙源电力技术有限公司2004 年 2 月江西丰城电厂新建2660MW 机组等离子点火系统设计方案第 2 页 共 27 页前言长期以来，火力发电机组锅炉的启停及低负荷稳燃消耗大量的燃料油。据2000 年电力工业统计资料汇编 数字表明，2000年电力系统燃用燃料油1217.2万吨。近几年电力系统采取了一些减少燃油的措施，目前，全国每年电站锅炉 （不包括工业锅炉）的点火和稳燃用油估计在250 万吨以上，直接费用每年超过60亿元人民币。
2、新建的火力发电机组在试运期间要经过锅炉吹管、整定安全阀、汽机冲车、机组并网、电气试验、锅炉洗硅运行、机组带大负荷运行等许多阶段，此期间由于锅炉无法投磨或无法完全断油运行，因此要耗费大量的燃油。根据原电力部颁布的试运导则中的规定， 600MW 机组试运期间燃油消耗的标准定量为9000 吨，燃料费用十分可观。烟台龙源电力技术有限公司开发的等离子无油点火及稳燃技术是一项煤粉锅炉点火及稳燃过程中以煤代油的有效措施，对于新建机组，如果在机组试运初期投入等离子点火系统，将可以大大降低试运期间的燃油消耗，产生巨大的经济效益。大唐公司托克托电厂一期工程为2 660MW 汽轮发电机组，由于在1、2 号锅炉上安装
3、了等离子点火系统，两台机组在试运期间的燃油消耗分别只有2800吨和 1400吨，大大低于同类型的其它机组，节油产生的经济效益十分可观。江西丰城电厂新建工程为2660MW 汽轮发电机组，为在该工程应用等离子点火设备，达到同样的节油效果，烟台龙源公司进行了进一步的开发试验，并提出了江西丰城电厂新建工程锅炉等离子点火系统设计方案，供各方讨论。1等离子煤粉点火技术基本原理1.1 等离子煤粉点火机理等离子点火装置利用直流电流在一定介质气压的条件下接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的定向流动空气等离子体，该等离子体在点火燃烧器中形成 T4000K的梯度极大的局部高温火核，煤粉颗粒通过该等离子体火核时，
4、在千分之一秒内迅速释放出挥发物，再造挥发份，并使煤粉颗粒破裂粉碎， 从而迅速江西丰城电厂新建2660MW 机组等离子点火系统设计方案第 3 页 共 27 页燃烧。由于反映是在气固两相流中进行，高温等离子体使混合物发生了一系列物理化学变化，近而使煤粉的燃烧速度加快，达到点火并加速煤粉燃烧的目的，大大的减少了促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。1.2 等离子发生器工作原理DLZ-200型等离子发生器为磁稳 ，空气载体等离子发生器， 它由线圈、阴极、阳极等组成。 其中阴极材料采用具有高导电率、高导热、耐氧化的金属材料制成。阳极亦由高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成，它们均采用水冷方式冷却，以承受电弧
5、高温冲击。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。其工作原理见图1。在冷却水及压缩空气满足条件后，首先设定电源(6) 的工作输出电流 (300400A)，当阴极 (2)在直线电机 (5) 的推动下，与阳极 (1) 接触后，电源(6) 按设定的工作电流工作， 当输出电流达到工作电流后，直线电机(5) 推动阴极 (2) 向后移动，当阴极离开阳极的瞬间，电弧建立起来，当阴极达到规定的放电间距后，在空气动力和磁场的作用下，装置产生稳定的电弧放电，生成等离子体。(6) 电源等离子体电弧放电腔(7) 压缩空气进口(9) 出水口(8) 进水口(4) 可更换
6、阴极头(1) 阳极(3) 线圈(5) 直线电机(2) 阴极图 1：等离子发生器工作原理图江西丰城电厂新建2660MW 机组等离子点火系统设计方案第 4 页 共 27 页2机组设备概况丰城电厂新建 2660MW 工程， 锅炉为上海锅炉厂SG2102/25.4-MXXX型锅炉，本锅炉为超临界参数变压运行直流炉，单炉膛、一次再热、 平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构型炉。2.1 锅炉容量和主要参数：锅炉主要参数：名称单位BMCR BRL 主蒸汽流量t/h 2102 2001.7 主蒸汽温度oC 571 571 主蒸汽压力MPa(g) 25.4 25.31 再热器进口压力MPa(g)
7、4.63 4.37 再热器进口温度oC 322 316 再热器出口压力MPa(g) 4.43 4.19 再热器出口温度oC 569 569 再热蒸汽流量t/h 1760.9 1673 给水温度oC 283 280 2.2 锅炉热力特性 (B-MCR工况)：干烟气热损失 LG4.66% 氢燃烧生成水热损失LH 0.20% 燃料中水份引起的热损失Lmf 0.06 % 空气中水份热损失LmA0.09% 未燃尽碳热损失 Luc0.74% 辐射及对流热损失LR 0.18% 未计入热损失 LuA0.3% 计算热效率 ( 按 ASME PTC4.1 计算) 计算热效率 ( 按低位发热量 ) 93.77% 制
8、造厂裕量 Lmm0.35% 保证热效率 ( 按设计煤种低位发热量 ) 江西丰城电厂新建2660MW 机组等离子点火系统设计方案第 5 页 共 27 页BMCR 工况不低于 93.42 % BRL工况不低于 93.5% 燃料消耗量267.40t/h 炉膛容积热负荷85.6kW/m3炉膛断面热负荷4.823MW/m2燃烧器区域壁面热负荷1.79MW/m2空气预热器进风温度20空气预热器出口热风温度：一次风温度332二次风温度338省煤器出口过剩空气系数 1.2 炉膛出口过剩空气系数 1.2 空气预热器出口烟气修正前温度134空气预热器出口烟气修正后温度128.3 2.3 煤种项目单位设计煤校核煤
9、1 校核煤 2 校核煤 3 产地淮南丰城煤黄陵平顶山 工收到基低位发热值Qnet.arkJ/kg 22410 18600 24910 21000 业收到基全水份 Mt% 6.80 116.16 6.50 分收到基灰份 Aar % 25.31 30.00 18.61 29.00 析干燥无灰基挥发份 Vdaf % 34.60 22.84 38.59 30.50 空气干燥基水份 Mad % 0.57 1.60 0.70 元收到基碳 Car % 55.18 47.53 62.98 54.99 素收到基氢 Har % 4.09 3.05 4.09 2.87 分收到基氧 Oar % 6.50 5.62 2
10、.4 4.95 析收到基氮 Nar % 1.32 1.18 1.01 1.19 收到基全硫 St.ar % 0.80 1.62 0.98 0.50 可磨性系数 HGI - 63.0 78 60.5 84.0 冲刷磨损指数 Ke - 炉内气氛- 灰变形温度 DT 1220 1500 1220 1220 灰软化温度 ST 1450 1500 1260 1450 灰熔化温度 FT 1450 1500 1300 1450 江西丰城电厂新建2660MW 机组等离子点火系统设计方案第 6 页 共 27 页煤灰成分：项目单位设计煤校核煤 1 校核煤 2 校核煤 3 SiO2% 51.23 54.90 53.
11、64 51.09 Al2O3% 33.98 32.12 17.12 31.67 Fe2O3% 5.19 7.09 5.08 3.80 灰 分 析CaO % 1.45 0.64 6.63 4.95 TiO2% 1.56 0.4 0.48 1.18 K2O % 0.93 1.29 1.33 1.7 Na2O % 0.69 1.10 0.44 0.4 MgO % 0.92 0.46 1.67 0.84 SO3% 1.32 0.017 6.28 2.67 P2O5% 0.658 0.24 0.98 2.4 点火及助燃用油油种： 0 号轻柴油运动粘度 (20时) 3.0 8.0 厘沱（ cst ）实际胶
12、质70mg/100ml 酸度10 mgKOH/100ml 硫含量1.0% 水份痕迹机械杂质无凝固点0闭口闪点不低于 65低位发热值 Qnet.ar42000 kJ/kg 2.5 燃烧系统本炉采用四角切向布置的摆动燃烧器，热态运行中，一、二次风喷口均可作上下摆动，其中二次风喷嘴摆角为？，一次风喷嘴摆角为？。燃烧器与水冷壁采用法兰连接，？只直流式燃烧器分？层布置于炉膛下部四角，煤粉和空气从四角送入，在炉膛中呈切圆方式燃烧。油燃烧器的总输入热量按？%B-MCR 计算。布置有？层油燃烧器， 每支油枪的出力为？ Kg/h。江西丰城电厂新建2660MW 机组等离子点火系统设计方案第 7 页 共 27 页2
13、.6 制粉系统？锅炉制粉系统为 中速磨煤机、冷一次风机正压直吹式系统。一台炉设6 台MPS225 辊盘式中速磨煤机，两台离心式密封风机，6 台电子称重式皮带给煤机。燃烧设计煤种时， 5 台运行， 1 台备用。锅炉设计煤粉细度R90=12% 。磨煤机型号：MPS225 分离器型式：磨辊加载方式：标准出力（磨 100负荷）：58 t/h 最大计算出力（设计煤种）：67.54 t/h 最小出力：t/h 最大通风量（磨100负荷）：kg/s 计算通风量（ BMCR）：kg/s 最小通风量：kg/s 保证出力下磨煤机轴功率：kW 磨煤机转速：r/min 磨煤机阻力（包括分离器、煤粉分配箱）磨煤机最大通风
14、阻力（磨100负荷）：kPa 磨煤机计算通风阻力（ BMCR）：kPa 磨煤机进口静压（ BMCR）：kPa 一次风管道尺寸：3等离子煤粉点火系统的设计方案3.1 设计方案说明丰城新建工程中锅炉的24 只直流式燃烧器分6 层布置于炉膛下部四角， 煤粉和空气从四角送入， 每台机组设有 6 台 MPS225 型磨煤机，各台磨煤机分别为各层的 4 支燃烧器供煤粉。根据机组的上述特点，为达到最佳的节油效果同时保证运行控制方便的角度江西丰城电厂新建2660MW 机组等离子点火系统设计方案第 8 页 共 27 页出发，初步设计的等离子改造方案为：将锅炉A层的 4 支煤粉燃烧器改造为等离子点火煤粉燃烧器。在
15、锅炉点火启动过程中，等离子点火器产生的等离子电弧可将通过燃烧器的煤粉直接点燃，喷入炉膛的是已被完全点燃的煤粉，这样机组在启动过程中不用投入油枪， 仅利用 A磨煤机及等离子点火系统即可完成锅炉启动、汽轮机冲车、发电机并网并带电负荷，此时炉膛温度已达到较高水平，可以不投或仅投入较少的燃油即可启动第二台磨煤机继续升负荷，使机组达到较好的节油效果。3.2 等离子煤粉点火装置的设计3.2.1 等离子燃烧器的设计原则1）稳定可靠地点燃，确保点火过程中不爆燃、不二次燃烧；点火过程燃烧器不结渣、不烧坏。2）不影响主燃烧器的主要性能。首先是燃烧器出口气流的动量矩基本不变和燃烧器出口流场不变，否则在正常运行中可能
16、引起结渣、超温、燃烧效率下降等问题；第二是燃烧器结构必须简单，阻力不能太大，以满足各燃烧器之间阻力匹配的要求；第三是燃烧器必须耐烧、耐磨，满足运行检修维护的要求。3）燃烧器的出力可以在一定的范围内变动，以满足启动曲线的要求， 同时满足作为主燃烧器时出力的要求。从最大限度的节约燃油的角度考虑，在设计上该燃烧器希望能满足在锅炉冷态点火时投入，锅炉升温升压速率能满足电厂运行规程的要求。4）燃烧器的外形主要尺寸及接口尺寸与原燃烧器相同，便于燃烧器的布置和与系统的接口。3.2.2 等离子燃烧器的结构设计等离子点火燃烧器结构示意图见下图2（参考类似工程）。等离子燃烧器是能否安全稳定地点燃的核心，同时作为主燃烧器又必须满足主燃烧器的原有性能。该工程将采用最新型的等离子燃烧器。其实际结构，遵循先试验后工程的原则，将在得到锅炉厂燃烧器的结构图、电厂提供试验煤粉后， 通过 1：1 的热态试验后
