等离子体点火系统基础讲义

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1、等离子体点火系统基本介绍一简介1.等离子体基本介绍等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体。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；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。 （与小油枪的优势）2.等离子体点火系统的产生我们公司 90 上世纪年代是做炉前油

2、系统（油枪，高能点火器，油点火枪，可见光火检，红外火检，FSSS 系统）后来开发了图像火焰监视系统。在上世纪90 年代末，油价飞速增长，在前人的实验基础上，经过公司大量的工业试验，研制成功的。在烟台电厂和佳木斯电厂最开始商业应用。02 年率先 600MW 机组，盘山电厂安装了等离子体点火系统。同时期国产 DCS 厂家新华，和利时还在为了 600MW 级没有业绩而四处奔走，这也体现了公司的高瞻远瞩，每次都抓住了历史赐予我们的机遇。3.公司的业绩和面临的发展形势公司的无燃油燃煤电站可能继等离子体点火技术之后再次获得国家科技进步奖。公司的十二五规划，到 2015 年，实现收入 60 亿元，利润 8

3、亿元。4.煤质等离子体点火技术是应用在煤粉锅炉的一项技术，不会用来点油，或者天然气，大材小用。等离子体点火技术目前公司分为常规的发生器和燃烧器以及大功率的发生器和燃烧器。标准煤质如下： Mar15%，Aad35%，Vad20%，Qnet,ar17000kJ/kg（不包括褐煤）这样的煤质可以使用常规的发生器和燃烧器，不需要公司工业实验。褐煤，劣质烟煤，贫煤都需要做实验来决定，一般采用大功率的发生器和燃烧器。下面简要说说煤的分类：煤中的元素组成，一般是指有机物质中的碳（C） 、氢（H） 、氧（O） 、氮 （N）和硫（S）的含量。电厂通常采用工业分析，即水分、挥发分、固定碳和灰分。基准名称见表 1-

4、1。表 1-1 常见基准名称基准名称意义表示符号（下角标） 曾用名称及表示符号*收到基以进入锅炉的煤为基准ar (as recived basis)工作质, p应用基, y空气干燥基以在实验室自然干燥后的煤为基准ad (air dried basis)分析质, a分析基, f干燥基以假想无水状态的煤为基准d (dry basis)干燥质, c干燥基, g干燥无灰基以假想无水、无灰状态的煤为基准daf (dry ash-free basis)可燃质, r可燃基, r*曾用名称停止使用。煤的基准划分见图 1-1。灰分 (A)固定碳(CF)挥发分(V)水分 (Mt)(全水分)A SS C H ONS

5、t Minh Mf 干燥无灰基（daf）干燥基（d）空气干燥基（ad）收到基（ar）Mf外在水分；inh内在水分；St可燃硫或称全硫； Ss 硫酸盐硫，已归入灰分图 1-1 煤的基准划分元素分析成分和基准见表 1-2，工业分析成分和基准见表 1-3。表 1-2 元素分析成分和基准MCHONSAinhMf干燥无灰基 Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100%干燥基 Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad=100%空气干燥基 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100%收到基 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100%表 1-3 工业分析成分和

6、基准MFCVAinhMf干燥无灰基 FCdaf+Vdaf=100%干燥基 FCd+Vd +Ad=100%空气干燥基 FCad+Vad+Aad+Mad=100%收到基 FCar+Var+ Aar+Mar=100% 烟煤是煤类中的主要部分。在烟煤阶段，干燥无灰基挥发分是表征变质程度的 较好指标。 无烟煤与变质程度最高的烟煤（即贫煤）之间的区分界限，采用 Vdaf=10%， 即 Vdaf10%为无烟煤；Vdaf10%为贫煤 褐煤是一种只经过岩化作用而未经过变质作用的煤。挥发分含量较高 （Vdaf37%）5.电厂锅炉的容量，基本参数和分类。锅炉设备由锅炉本体和辅助装置两大部分构成。其各部分组成和作用见

7、表 3-1。表 3-1 锅炉设备的构成和作用名 称主 要 作 用炉膛保证燃料燃尽，并使出口烟气温度冷却到对流受热 面安全工作的数值燃烧设备将燃料和燃烧所需空气送入炉膛，并使燃料稳定着 火，燃烧良好汽包（锅筒）汽包是自然循环锅炉各受热面的闭合件，将锅炉各 受热面连接在一起，并和水冷壁、下降管等组成水循 环回路。汽包储存汽水，可适应负荷变化，内部设有 汽水分离装置等以保证汽水品质。直流锅炉无汽包水冷壁水冷壁是锅炉的主要辐射受热面，吸收炉膛辐射热 加热工质，并用以保护炉墙过热器将饱和蒸汽加热到额定过热蒸汽温度。生产饱和蒸 汽的蒸汽锅炉和热水锅炉无过热器再热器将汽轮机高压缸排汽加热到较高温度，然后再送

8、到 汽轮机中压缸膨胀做功。用于大型电厂锅炉以提高电 厂热效率省煤器利用锅炉尾部烟气的热量加热给水，以降低排烟温 度，节约燃料空气预热器加热燃烧用的空气，加强着火和燃烧；吸收烟气余 热，降低排烟温度，提高锅炉效率；为煤粉锅炉制粉 系统提供干燥剂锅炉本体炉墙构架炉墙构架是锅炉的保护外壳，起密封和保温作用； 支撑和固定锅炉各部件，并保持其相对位置 燃料供应装置 储存和运输燃料 磨煤装置 将煤磨制成煤粉，并输入燃用煤粉的锅炉燃烧送风装置由送风机将空气送入空气预热器加热送往炉膛及磨 煤装置 引风装置 由引风机和烟囱将锅炉排出的烟气送往大气 给水装置 由给水泵将经过水处理设备处理后的给水送入锅炉 除灰除渣

9、装置 从锅炉中除去灰渣并运走烟气净化装置除去锅炉烟气中的飞灰、SOx 和 NOx 等, 改善环 境卫生 附助装置自动控制装置 自动检测、程序控制、自动保护和自动调节锅炉容量即锅炉蒸发量。一般分为额定蒸发量和最大连续蒸发量。锅炉蒸汽参数一般指锅炉过热器出口的蒸汽温度和压力。对应的汽轮发电机组的电功率常用的，300MW,600MW,100MW 等级。世界最大的美国，巴西都有 1300MW 的机组。目前常用的有亚临界压力锅炉和超临界压力锅炉，超超临界。水的密度和它的饱和蒸汽密度相等时的状态，叫做水的临界状态。水的临界压力值为 22.13MPa 水的临界温度值为 374.15C。当水的压力达到临界压力

10、旦温度达到临界温度时，水与蒸汽的密度相同了，这时，就分不出水和蒸汽的界限。水在不需要汽化热的情况下就成为饱和蒸汽。按锅炉蒸发受热面内工质流动方式分为：自然循环，强制循环，直流炉，复合循环锅炉。制粉系统常用的中储式和直吹式。直吹式基本的方式。磨煤机钢球磨（低速磨，双进双出钢球磨用于直吹式制粉系统） ，中速磨（电厂常用 HP,MPS,E 型磨） ，高速磨（风扇磨，白城可能做实验）二等离子体系统的基本原理图图 2.1 等离子体发生器工作原理图等离子体发生器工作原理图 其拉弧原理为：首先设定输出电流，当阴极前进同阳极接触后，形成回路，由于整个系统具有 抗短路的能力且电流恒定不变，当阴极在电机拖动下缓缓

11、离开阳极时，在阴极和阳极之间形成电弧。 一定压力的空气通过电弧后，被电离为高温空气等离子体，其能量密度高达 105106W/cm2。1.燃烧机理图图 2.2 燃烧机理燃烧机理 等离子体燃烧器配有等离子体发生器，利用等离子体发生器产生的高温等离子体电弧，点燃等 离子体燃烧器内的部分煤粉，再通过分级燃烧、逐级放大的原理进而点燃流经等离子体燃烧器的全 部煤粉，实现锅炉启动。作为主燃烧器使用时，具备原主燃烧器的主要功能，不影响锅炉性能。第三章第三章 系统系统组成组成3.1 等离子体燃烧器等离子体燃烧器3.1.1 等离子体发生器等离子体发生器等离子体发生器分为 DLZ-200 型和 DLZ-MA-300

12、 型两大类型。其中 DLZ-200 型等离子体发生器由 阳极组件、阴极组件、阳极线圈等组成，DLZ-MA-300 型等离子体发生器由阳极（主阳极、过渡阳极、 启弧阳极）和阴极组件等组成。 等离子体发生器是用来产生高温等离子体的装置。其中阴极采用高导电率的金属合金材料制成； 阳极由高导电率及抗氧化的金属合金材料制成，均采用水冷方式，以承受电弧高温冲击。3.13.1 DLZ-200DLZ-200 型型 等离子体发生器外形示意图等离子体发生器外形示意图3.23.2 DLZ-MA-300DLZ-MA-300 型型 等离子体发生器外形示意图等离子体发生器外形示意图3.1.2 等离子体燃烧器本体等离子体燃

13、烧器本体等离子体燃烧器本体是借助等离子体发生器的电弧来点燃煤粉的煤粉燃烧器。它主要 包含弯头和煤粉燃烧器，其中弯头上设计有托架安装板、输送弧组件等与等离子体发生器 的连接件，煤粉燃烧器有与锅炉二次风箱等设备连接与固定的接口。等离子体燃烧器分为 ZRH 型燃烧器和 LYCIC 型燃烧器，ZRH 型燃烧器又称多级筒燃烧器，通常用于煤质较好的机 组。LYCIC 型燃烧器又称扩容式燃烧器，其点火能力好于 ZRH 燃烧器，通常用于煤质较差 的机组。图图 3-33-3 等离子体燃烧器等离子体燃烧器等离子体燃烧器等离子体发生器3.2 等离子体电源系统等离子体电源系统等离子体发生器使用的是直流电源，等离子体电

14、源系统由交直流转换装置等设备组成，可产生维持等离子体电弧稳定的直流电源。等离子体电源系统的交直流转换装置分为 LYZKG 型、LYKG 型两大类型。其中，LYZKG 型交直流转换装置必须配套隔离变压器。详见配套设备说明书。3.3 冷炉制粉系统冷炉制粉系统锅炉燃烧器不投燃油冷态启动时利用本炉制粉设备制备煤粉的系统。通常在原制粉系统上增加 冷风加热设备（冷风蒸汽加热器或冷风燃油加热器）或引自邻炉热风，为磨煤机提供热风的系统 （包括相应的管道、阀门及其控制系统） 。3.3.1 储仓式制粉系统储仓式制粉系统对储仓式钢球磨煤机热风送粉制粉系统，在锅炉不投油冷态启动期间，等离子体点火系统应利 用本炉煤粉仓

15、中剩余煤粉或邻炉输送的煤粉。宜从邻炉引入热风（或设置冷风蒸汽加热器） 。 对于储仓式钢球磨煤机乏气送粉系统，在锅炉不投油冷态启动期间，等离子体点火系统应利用 本炉煤粉仓中剩余煤粉或邻炉输送的煤粉。3.3.2 直吹式制粉系统直吹式制粉系统直吹式制粉系统的冷炉制粉一般采用本炉制粉方式，即用引自邻炉或冷风加热设备（冷风蒸汽 加热器或冷风燃油加热器）产生热风，实现磨煤机冷态直接启动并磨制出等离子体点火所需的煤粉。3.3.2.1 冷风蒸汽加热器方式 冷风蒸汽加热器方式的主要设备包括冷风蒸汽加热器和风门。 3.3.2.2 冷风燃油加热器方式 冷风燃油加热器方式的主要设备包括油枪、燃烧室、图像火焰监视探头、

16、增压风机、可见光火 检探头、风门等。 3.3.2.3 邻炉热风方式 邻炉热风方式的主要设备是联络风道和隔断风门。3.4 等离子体载体工质（空气）系统等离子体载体工质（空气）系统载体工质（空气）是等离子体电弧的介质，等离子体电弧形成后，需要载体工质（空气）以一 定的流速吹出阳极才能形成可利用的电弧，因此，等离子体点火系统需要配备载体工质（空气）系 统。为了确保等离子体发生器的运行稳定性，要求载体工质（空气）是洁净无油、干燥、压力稳定的空气。DLZ-200 型等离子体发生器采用高压空气作为等离子体载体气源，发生器前仪表组件处压力 为 5-10kPa，流量约为 60Nm3/h。DLZ-MA-300 型等离子体发生器采用压缩空气作为等离子体载体气源， 发生器