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1、锅炉等离子点火燃烧器调试与应用摘要：针对国电费县电厂采用的烟台龙源等离子点火装置，通过书面理论研究和现场安装、调试、运行实践相结合的方式，分析了等离子点火装置的原理及构造，研究了等离子点火装置在实际应用中的启动、停运过程及故障分析处理方法，并对此技术在节能降耗方面的优势进行了讨论，为以后火电机组等离子点火装置的安装、调试、运行、维护提供一个可以借鉴的范例。关键词：等离子；节能降耗；发展趋势；范例1 绪 论1.1 本课题的研究背景及意义近年来，石油短缺正成为制约我国经济和社会发展的主要瓶颈。按照科学发展观和建设节约型社会的要求，节约用油已经成为各行业紧迫和长期的任务。从我国石油供需情况看，工业用
2、油约占石油消费量的一半，其中燃料油占工业用油的 35%左右。因此，解决好发电企业燃料油的节约和替代，是缓解我国石油消费过快增长的有效途径之一。据了解，以往火电厂发电机组启动点火都是采用燃烧柴油或重油的方法。1 台 60 万千瓦机组，调试启动一次就要消耗燃油 6000-8000 吨。而等离子点火技术可以直接采用煤粉点火，不仅节约了极其宝贵的石油资源，而且由于煤炭与石油的价差，还可以为电厂节约 80-90%的点火成本。目前该技术已经处于大规模商用水平。有关专家指出，我国目前装机容量 5 亿千瓦，其中 70%是火电。如果现有火电机组全部改造为等离子点火， 每年可以节约燃油 600 万吨以上， 可以为
3、电厂节约发电成本 300 亿元，等于为国家节约了一座中型油田的原油。为解决我国电力企业能耗较高、工业用电利用效率偏低的问题，提升电力行业节能潜力，按照节能中长期规划，我国将推广应用等离子微油点火技术，整体提高我国电力工业的资源利用效率。1.2 本课题的主要研究内容及其研究方法等离子点火及稳燃技术是通过电离空气迅速点燃煤粉，在等离子燃烧器内着火后喷入炉膛，从而代替油枪实现锅炉点火和稳燃。费县电厂 660MW 锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司引进英国三井巴布科克能源公司技术生产的超临界参数变压运行燃煤直流锅炉，锅炉型号为HG1913/25.4/571/569YM3， 采用型布置，螺旋水冷壁、单炉膛、
4、低 Nox轴向旋流燃烧器，前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。燃烧系统配有 30 只低 Nox 轴向旋流煤粉燃烧器，分三层前、后墙对冲布置。为了降低锅炉启动及低负荷助燃用油，锅炉前墙下层 B 制粉系统使用了烟台龙源电力技术有限公司开发研制的等离子煤粉点火及稳燃系统，同时用作点火燃烧器和主燃烧器。本文将以烟台龙源电力技术股份有限公司生产的等离子点火装置在费县电厂 660MW 锅炉的安装、调试、试运行过程为依据，对等离子技术在火电厂中的实际应用情况进行分析研究。2 等离子点火装置的原理及组成2.1 等离子点火机理该装置利用直流电流（大于 200A）
5、在介质气压大于 0.1Mpa 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，由于反应是在气向中进行，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，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，这对于点燃贫煤强化燃烧有特别的意义。2.2 等离子发生器工
6、作原理图 2-1 等离子发生器工作原理图该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。 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。其发火原理为：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。具有 0.15Mpa 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
7、106W/cm2，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。2.3 等离子燃烧机理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。点火燃烧器的性能决定了整
8、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。第二区为混合燃烧区，在该区内一般采用“浓点浓”的原则，环形浓淡燃烧器的应用将淡粉流贴墙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。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
9、术亦达到了避免结焦的目的。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。2.4 等离子燃烧器的组成等离子点火系统主要由等离子发生器，等离子发生器电源系统，磨煤机一次风暖风器系统，等离子空气系统，等离子冷却水系统和监控系统组成。3 等离子燃烧器的调试与运行3.1 等离子燃烧器的调试等离子点火系统主要由等离子发生器、等离子发生器电源系统、暖风器系统、空气系统、冷却水系统和监控系统组成。首先，相继完成等离子发生器冷却水泵、图像火检冷却风机的试运及联锁保护试验，电气系统、热控系统联锁保护试验，冷却水系统管道冲洗、载体风（压缩空气）系统管道吹扫以及暖风器系统检查确认等调试
10、工作。调试后，等离子点火系统附属设备运行正常，可以满足等离子发生器运行要求。然后，对 5 台等离子发生器进行就地及远控拉弧试验，确认各等离子发生器起弧正常，运行稳定。3.2 等离子燃烧器的启停磨煤机 B 启动分“正常运行状态”和“等离子状态”两种运行方式，投用等离子燃烧器前须将 B 磨置“等离子状态”运行方式。3.2.1 等离子燃烧器启动前检查检查设备完整，检修工作已结束，热力工作票终结或有试转单。送上等离子点火装置电源。检查等离子冷却水系统检查冷却水母管水压正常，各等离子点火器冷却水压力0.4MPa。检查等离子监控装置已投入运行，等离子图象火检投运正常。检查等离子图象火检冷却风系统已具备投运
11、条件，启动任一台冷却风机。调节各等离子点火器送弧气压力至8.5kPa。冷却风母管压力正常，各等离子点火器图像火焰冷却风压力4kPa。检查辅汽系统已投运，辅汽母管压力1 MPa，磨煤机 B 暖风器具备投运条件，关闭磨煤机 B 正常热一次风门，投入磨煤机 B 暖风器。 （一次风温度160时，可不投暖风器） 。检查锅炉已吹扫完成且 MFT 已复置，已有任一台一次风机及密封风机投运。将磨煤机 B 切换至“等离子状态” 。3.2.2 等离子燃烧器的启动启 B 磨前首先确定其运行状态：如锅炉在点火启动过程中，则 B 磨设于“等离子状态” ；如锅炉在最低不投油稳燃负荷以上运行时，则 B 磨设于“正常运行状态
12、” 。打开为前墙 B 层等离子点火燃烧器供粉的插板门，对 B 磨进行通风、暖磨。在主控 LCD 上逐个启动 B 层 5 只等离子发生器拉弧，并调节各等离子发生器电流，使电弧功率维持在 80kW 左右。当磨煤机 B 出口温度达到 65，启动 B 磨煤机及 B 给煤机，维持 B 磨出力 15-20t/h 左右运行，调节磨煤机一次风量在 80t/h。 （磨风量、煤量等参数需在调试过程中进一步摸索、优化） 。检查各等离子燃烧器燃烧情况，必要时调整等离子点火器功率和磨煤机一次风量，使各燃烧器着火正常。并调整 B 层燃烧器辅助风挡板开度为40%。各燃烧器稳定燃烧 10min 后再根据升温升压曲线调整给煤机
13、煤量。当空预器出口一次风温170，应停用磨煤机 B 热一次风暖风器，切换至正常热一次风管供风。B 磨煤机运行稳定（煤量35t/h） ，同时锅炉已达到断油负荷以上时，将 B 磨煤机运行模式切到“正常运行状态” ，逐只停止等离子点火器的运行，同时关闭为前墙 B 层等离子点火燃烧器供粉的插板门，使前墙 B 层燃烧器转入正常运行。3.2.3 等离子点火器的运行调整1）等离子点火系统运行中，应对各设备定期进行巡回检查，当发生不正常情况时，应及时查明原因，设法消除。对一些暂时不能消除的，应填写缺陷单或及时通知有关检修人员进行处理。对一些威胁设备安全的故障应及时将该设备退出运行，并通知检修人员尽快消除。2）
14、等离子点火系统检查项目检查运行图像火检冷却风机无异声，温度、振动正常；检查闭冷水温度40，冷却水母管压力0.6MPa，各等离子点火器冷却水压力0.4MPa；检查各等离子点火器送弧气压力在 8.5kPa；检查各等离子点火器图像火检冷却风压4kPa；密切监视各等离子燃烧器壁温，必要时可采取降低磨煤机 B 煤量，增加一次风量，降低等离子点火器功率，控制燃烧器壁温300。3.2.4 等离子燃烧器的停用1）等离子点火装置停止前，需要停止 B 磨煤机时，需要先将磨出力减至 20t/h 左右，打开等离子燃烧器供粉插板门，投入等离子点火器，再进一步减小磨出力，直至停止 B 磨煤机运行。然后逐个停止等离子点火装
15、置拉弧。再将 B 磨煤机切换至“正常运行模式” 。2）等离子点火装置停止前，不需要停止 B 磨煤机时，先将 B 磨煤机切换至“正常运行模式” ，然后等离子点火装置停止拉弧。4 结 论等离子点火及稳燃技术是火电厂中一门新兴的节能降耗技术，但经过多台机组的试用及不断改进，如今该技术已比较成熟，可以预见此技术将是火电厂点火启动方式的一个发展趋势，通过对等国电费县电厂离子点火稳燃装置的原理、安装、调试、运行过程进行讨论研究，为以后的等离子应用积累经验。经过本论文工作，可得到如下结论：1）从费县电厂等离子点火装置应用的情况可以看出，在配置正压直吹式制粉系统的燃烟煤锅炉上采用等离子点火燃烧器冷态点火起动，
16、与同类型锅炉对比，起动所需的平均耗油量要小的多；投粉时间可提前约 23h，成功实现少投油，早投电除尘器，并满足锅炉升温升压的要求。可大大减少昂贵的燃油和运行成本。2）在低负荷工况下使用等离子点火技术助燃，完全可以实现无油助燃，机组的经济效益和环保效益明显提高。同时，在等离子燃烧器投用以来，未出现锅炉尾部二次燃烧、烟温升高及燃烧不稳产生灭火打炮现象。停炉期间检查等离子燃烧器，燃烧室没有结渣现象，锅炉的安全性、稳定性得到保证。3）在 B 磨煤机入口的一次风道上加装了蒸汽暖风器，可以实现冷态无油点火。4）费县电厂所用煤质并不算最好，可见该系统具有较广的适应性。参考文献：1 烟台龙源电力技术有限公司 .DLZ-200 型等离子点火煤粉燃烧器使用及维护说明书2 于泳.国电费县集控运行规程
