等离子点火系统在盘电应用及效果-王勇

相关论文著作等离子点火系统在电厂应用及效果（天津市蓟县 301900）【关键词】等离子点火 电厂 应用 效果王 勇天津大唐国际盘山发电有限责任公司等离子点火系统在电厂应用及效果王 勇（天津大唐盘电 天津 301900）【摘要】盘山发电公司是华北电网的主力电厂之一， 机组总装机容量 120万千瓦，注重节能技术改造项目的推广、 落实，经过盘山发电公司、 烟台龙源电力技术有限公司和华北电科院的共同努力，在调研及反复论证的基础上，在盘山发电公司 #4锅炉安装了等离子点火系统。本文就应用和使用效果进行了阐述， 对于其它电厂安装及应用等离子点火系统具有一定的借鉴作用。【关键词】等离子点火 电厂 应用 效果1.设备简介1.1 锅炉设备及燃料盘山发电公司锅炉为引进美国ABB-CE技术设计制造的HG-2023/17.6-YM4型四角喷燃切向燃烧、亚临界、一次中间再热、控制循环、固态排渣煤粉锅炉。 锅炉的设计运行参数（见表 1）：表1：锅炉的设计运行参数表名称单位MCRECR64%滑压MCR66%MCR36%MCR主汽流量t/h2023180113041336728.4汽包压力MPa18.9718.4217.59//主汽压力MPa17.617.3917.0214.197.92主汽温度℃540540540540527给水压力MPa19.418.8617.9115.398.69给水温度℃281.3273.8254.3256.1223.2再热汽流量t/h1654148410961122629.4再热汽入口压力MPa3.853.452.532.571.39再热汽出口压力MPa3.673.292.422.441.32再热汽入口温度℃325.4314.3291.4308.7303再热汽出口温度℃540540540540510名称单位MCRECR64%滑压MCR66%MCR36%MCR总燃煤量t/h272.2245186.9189.9107.9烟气量t/h2500225018921780991.9总风量t/h2279205117401625901炉膛出口烟温℃998973921912768燃烧器摆动角度-12-2252524热效率%93.7394.1094.294.5695.2过量空气系数202033.522.720排烟温度（修正后）℃128.6120.6108.1106.896.71.1.2煤种锅炉的设计煤种为准格尔烟煤，校核煤种1为准格尔－黑岱沟1-3商品煤，校核煤种2为晋北烟煤。试运期间曾燃用大同烟煤。详见表2。表2：煤种参数表项目单位设计煤种校核煤种1校核煤种2试运煤种C％54.749.4758.8669.2arH％3.223.013.363.83arOar％10.4310.437.287.02Nar％0.880.880.790.66Sar％0.470.470.630.71W％12.0012.009.618.4arWad％6.306.392.853.23Vdaf％41.0041.0632.3125.84A％18.3023.6319.7710.20ar低位发热量kj/kg20480184932244126730Qnet，ar（4891）（4417）（5360）（6387）哈式可磨性指数HGI605757.6454DT（灰变形温度）℃>1500>150011101280ST（灰软化温度）℃>1500>150011901380FT（灰熔化温度）℃>1500>150012701400锅炉燃煤量（BMCR）t/h272.5301.8248.7－煤粉细度 R90 % 23 23 19 －1.2 燃烧器锅炉采用高能点火器－主油枪－煤粉燃烧器的两级点火方式；当燃用设计煤种时，锅炉不投油最低稳燃负荷为30%BMCR。该锅炉采用四角布置的双切圆式摆动燃烧器，两个切圆直径分别为φ1882和φ1455mm。燃烧器配风采用ABB-CE技术的传统大风箱结构。炉膛各角的燃烧器分别有22个喷口，其中 2个OFA可做手动±12°水平摆动；10个AUX辅助风喷口及最下层油配风喷口可做±30°上下摆动；6个煤粉一次风喷口可做± 27°上下摆动；其余 3层油配风喷口为固定式不能摆动。该炉燃烧器煤粉一次风喷口采用了宽调节比（ WR）的结构特点，形成了垂直浓淡的一次风粉特性，另外 V型钝体及喷口四周前部边缘的扳边设计，有助于回流区的形成。该燃烧器配备的油燃烧装置为烟台龙源电力技术有限公司生产的LRSZQⅠ-/Ⅱ（刚性/摆动式）组合式燃油推进装置，其中包括油枪（LYQj-Ⅰ/Ⅱ）、高能点火器(LHZ-20)、稳燃器、组合推进气缸、电磁阀控制箱等。表3：燃烧器设计参数表序号项目单位数值1单喷口热功率Btu/h23852一次风率%25.33一次风速m/s26.244一次风温℃755二次风率％69.76二次风周界风份额％177二次风辅助风份额％838二次风速m/s509二次风温℃32410OFA占二次风份额％2011炉膛漏风率％512燃烧器一次风阻力inWG113燃烧器二次风阻力inWG414一次风喷口间距mm10340序号项目单位数值15油枪出力t/h2.616燃油压力MPa3.51.3磨煤机及制粉系统锅炉制粉系统为ZGM123中速磨煤机、冷一次风机正压直吹系统，每台磨煤机带一层喷燃器，配6台磨煤机。磨煤机由北京电力设备总厂提供，其标准出力为96.2t/h，针对设计煤种磨煤机的设计最大出力为72.02t/h，5加1方式运行时制粉系统裕度为32％，4加2方式运行时，制粉系统余度为6％。100%磨煤机出力时，每台磨一次风量为29.9kg/s；40%磨煤机出力时，每台磨一次风量为22.425kg/s。1.3.1磨煤机参数单位数量6台制造厂家北京电力设备总厂形式正压直吹式、中速辊式磨煤机型号ZGM123磨盘转速23.2r/min磨煤机最大出力96.2（原煤水分4%、煤粉细度16%）t/h磨盘平均直径2450mm磨辊直径1900mm分离器型式静态离心式磨煤机阻力<7350Pa密封风压力≥17.97kPa电机型号YMSQ630-6电机额定功率800kW额定电流/电压95.1/6000A/V电机转速991r/min1.3.2给煤机参数单位数量6台制造厂家沈阳施道克形式电子皮带称重式型号EG-24胶带速度0.02-0.3m/s给煤机出力范围10-100t/h电机功率2.2kW2、安装方案简介：盘山发电公司 4号锅炉安装的等离子煤粉点火系统共设计有四套等离子煤粉点火装置，分别装在锅炉 B层主燃烧器位置，它由浓淡分离装置，等离子引弧装置（等离子发生器） 、一级燃烧室、二级燃烧室，周界二次风等部分组成。 具有锅炉启动点火及锅炉低负荷稳燃两种功能。等离子煤粉点火系统由点火系统和辅助系统两大部分，点火系统由等离子燃烧器、等离子发生器、电源控制柜、隔离变压器、控制系统等组成，辅助系统由压缩空气、冷却水、图象火检系统等组成。2.1 冷炉制粉设计方案在B磨煤机入口热风管道采用蒸汽加热器方式加热一次风，保证锅炉冷态启动时，磨煤机入口风温满足磨煤机干燥出力的要求。根据北京电力设备总厂的ZGM123中速辊式磨煤机选型计算书提供的资料，每台磨煤机的原煤量为8.01kg/s，磨入口一次风量22.43kg/s，磨煤机入口温度为181℃时，可以保证磨煤机分离器处风粉混合物的温度为75.9℃。经试验研究，确定换热器的出口参数为一次风量22.43kg/s，磨煤机入口温度为170℃，能够满足磨煤机干燥出力的要求。换热器汽源采用厂用蒸汽，其系统布置见图 1。蒸汽加热器热风调整门冷风入口一次风热风母管磨入口总门D磨热风管磨煤机图1：2.2 燃烧器设计方案等离子点火燃烧装置结构见图 2，它由等离子发生器、一级燃烧室、二级燃烧室、周界二次风等组成。二次风IV III Ⅱ I 一次风I点火区

II混合燃烧区III强化燃烧区图2：等离子点火燃烧装置结构图

IV燃等离子发生器用于产生 50—150KW的等离子体电弧进而点燃煤粉，由阴极 、阳极和线圈等组成。一级燃烧室：煤粉与高温等离子电弧发生强烈的电化学反应， 煤粉裂解，产生大量挥发份并被点燃，约占煤粉总量的三分之一。二级燃烧室：挥发份及煤粉燃烧。周界二次风：冷却二级燃烧室及补充二级燃烧室喷出的未燃尽固定碳在炉膛内燃烧所需的空气。盘山发电公司 4#炉所采用的等离子点火系统将四只等离子点火燃烧器分别安装 B层煤粉主燃烧器上，直接由相应的主一次风管来粉。 在燃烧器的设计时重点考虑了如下几个问题：1）由于直接改在主燃烧器上，应保证等离子点火燃烧器出力在高负荷工况下与原主燃烧器设计出力基本一致（约 15T/H）。原煤粉燃烧器的喷口面积为 0.294m2, 等离子燃烧器2的喷口面积为 0.36m,喷口面积增加 20%，从运行的调整、炉膛热负荷的分配、防止超温等方面考虑，可以满足在高负荷工况， 等离子点火装置不投运的情况下， 等离子燃烧器的出力与原燃烧器的出力基本一致。2）保证锅炉在冷态启动时煤粉能比较容易地被点燃。根据现场燃烧器的位置及等离子点火燃烧器在其它工程应用经验，在距燃烧器喷口约 1500mm处，等离子点火器垂直插入燃烧器内。）确保燃烧器喷口不结焦。燃烧器采用煤粉多级燃烧方式，确保煤粉的较充分燃烧；燃烧器内有气膜冷却，预防结焦和烧损。2.3 等离子发生器设计方案等离子发生器的作用是利用一定压力的洁净空气为介质，在直流电流的作用下，接触起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， 该等离子体在燃烧器内形成局部高温，当煤粉通过时被迅速点燃并喷入炉膛。2.4 磨煤机最小出力控制锅炉采用等离子点火冷态启动，要求在锅炉具备点火条件的前提下， 直接启动磨煤机，制粉系统投入运行。由于 ZGM123磨煤机的最小出力为 28t/h（北京电力设备总厂磨煤机说明书），在锅炉冷态启动之初，这样大的煤粉量点燃喷入炉膛，容易造成锅炉升温、升压速率较快、水冷壁受热不均、 锅炉整体膨胀不能保证等较多问题， 上述现象的存在需采取合理措施，逐步解决。采取的措施主要有：1）调整磨煤机磨辊的加载力。适当降低研磨压力，有利于减少磨煤机的振动，且不至于对煤粉细度造成明显的影响。2）调整磨煤机出口分离器挡板的开度。3）磨煤机人口采用适当的一次风量。在保证磨煤机出口一次风管的风速大于 18m/s的前提下，适当降低磨煤机人口一次风量，有利于降低磨煤机出力，并减少磨煤机振动。2.5烟温控制及再热器保护盘电4号机组所配置的汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的亚临界参数、 一次中间再热、凝汽式汽轮机。该汽轮机设计的启动方式为高压缸启动，即在汽轮机冲转、暖机至定速前，汽机高压旁路控制门全关， 再热器基本处于干烧状态，为保护再热器，尤其是壁式再热器，锅炉厂规定：在汽轮机冲转过程中，壁式再热器下，标高50m处烟温探针的温度要求小于 538℃。在等离子点火装置投入， B磨煤机启动煤量约 22吨的工况下，进行汽轮机冲转期间，必须控制烟温探针的温度小于 538℃，保护再热器，防止其管壁温度超温，为此，从调试措施需采取的控制手段主要有如下几个方面：1）降低磨煤机的最小出力；2）从燃烧配风角度，在汽机冲转期间，逐极开大顶部二次风；3）加强烟温探针及再热器壁温的测量，做好事故预想。2.6 等离子点火装置辅助系统简介及设备规范盘山发电公司 4号机组等离子点火系统由等离子点火装置和辅助系统两大部分组成。等离子点火装置包括等离子发生器、 多级煤粉燃烧器、 特种电源和控制系统。 辅助系统主要包括风粉系统、压缩空气供给系统、冷却水系统及图像火检检测系统等。 电源及控制系统380V交流电源，经母线分四路分别送至四台隔离变压器，再接至整流柜，输出的直流电送至就地等离子发生器以产生等离子电弧。 压缩空气系统压缩空气取自厂内炉前杂用空压母管， 分别在炉膛的四角分四路经Ф 57的管道送至设于点火器附近的就地控制柜，再分别送到等离子点火装置。就地控制柜内压缩空气管道上设有稳压阀、手动阀，便于压缩空气压力的调整。等离子装置入口的压缩空气压力要求不小于 0.1MPa，每台等离子装置的压缩空气流量3为1Nm/min。压缩空气：最低气压：0.1Mpa最高气压：0.4Mpa空气压力调节范围： 0.12 ~0.3Mpa最小消耗量：60m3/h最大消耗量：100m3/h 冷却水系统等离子发生器在点火过程中要产生大量的热量，为冷却等离子发生器的阳极和线圈，等离子装置中设计有专门的冷却水系统。冷却水取自 500m3除盐水箱，由两台 TFW80-250型水泵供水，两台泵互为备用。冷却水经母管分别送至四个等离子发生器， 单个等离子发生器的冷却水用量为 8t/h ，冷却水进入等离子发生器后再分两路分别送入线圈、阴极、阳极，回水采用无压回水，出入口压差不小于0.2MPa。就地控制柜内设有冷却水手动调节阀，用于调整冷却水流量，同时安装有冷却水压力表和压力开关，方便于就地、远方控制、监视。冷却水泵设备规范 : 型号： TFW80-250流量：50m3扬程：80m电机功率：22kw冷却水系统： 最小压力：0.15Mpa正常压力：0.20Mpa最大压力：0.4Mpa最大流量：10T/h水质要求： 除盐水，温度≤ 40℃ 图像火检系统图像火检系统是用来监视等离子点火装置火焰的。在靠近等离子点火燃烧器的看火孔上部各安装一个带 CCD摄像机的火检探头， 其视频信号送至集控室内四化面分割器， 经处理再送到工业电视，工业电视同时监视四个等离子点火装置的火焰。该系统同时配备两台冷却风机，互为备用，为火检探头提供足够的冷却风量。火检冷却风机的设备规范：型号：NO5A风量：2844m3/h风压：5517Pa电机功率：7.5kw3．工况分析及结果：3.1 冷炉制粉试运对蒸汽加热器系统进行了吹扫， 系统严密性较好，疏水通畅， 未发生水击现象。在每次“等离子运行模式” B磨煤机启动前，蒸汽加热器提前投入，多次的试运考核，证明运行状态良好，归纳说明为如下几点：在厂用汽压力0.8MPa－1.0MPa时，投入蒸汽加热器，磨煤机入口一次风温维持在149℃－156℃之间，在B磨煤机给煤量18-25t/h时，磨煤机出口风温可以达到54℃－63℃，基本能够满足磨煤机的干燥出力；2) 在3号机组停运检修期间， 4号机组的厂用汽源由启动小锅炉提供时， 其汽源压力、流量仍能满足 B磨煤机冷炉制粉的要求；在蒸汽加热器投入运行，B磨煤机暖磨完成启动后，运行2小时，空预器后一次风温即可达到170℃，蒸汽加热器可以退出运行， 2小时消耗的蒸汽量约为 8吨，耗汽量较小，系统上可以不考虑回收；3.2 等离子发生器的启弧、稳弧试验在等离子点火装置投运的过程中，多次从主控触摸屏直接操作对稳弧功率进行调节，在85-120KW范围内，电弧稳定，调节特性较好。3.3 煤粉着火性能试验从2002年3月30日等离子点火系统首次拉弧，“等离子运行模式”B磨煤机启动，到2002年4月29日，投入等离子点火装置机组滑停，根据试运指挥部的安排等离子点火装置共投入8次，其中3次完成汽轮机冲转、定速，一次机组整套启动，一次机组滑停，其投运情况见表6。在等离子煤粉点火装置投运的过程中，从煤粉的着火、燃烧特性角度进行了大量的试验，可以归纳如下几点说明。表6：等离子煤粉点火装置投运情况一览表序号投运时间运行时间试运重点13月30日11:4050min系统投运检查、等离子点火23月30日21:0860min磨煤机调整、一次风热态调整33月31日11:5915min无油启动43月31日21:05230min汽机无油冲转、定速54月06日10:48170min启动小锅炉冷炉制粉64月22日15:59134min汽机冲转74月23日21:05约72小时整套启动84月29日1:20160min机组滑停1)煤粉点燃迅速。在等离子方式启动B磨煤机后，30s炉膛燃烧器喷口开始着火，120s四个燃烧器着火基本稳定；2) 煤粉着火后火焰温度高。表 7是在等离子方式 B磨煤机投运不同煤量、不同时间， B层燃烧器各角测量的火焰温度，从中可以看出，燃烧器喷口的火焰温度基本大于1100℃，火焰明亮，火焰中心稳定。表7：燃烧器出口火焰温度测量时间B磨煤量1#角2#角3#角4#角t/h℃℃℃℃3月30日21:2020--12241073--3月31日22:02189401312115712453月31日23:152211941284130813144月6日12:531911601250108011804月22日16:05221100122012401160（测量仪器为Raytex公司生产的Raynger3i，测量范围600-1800℃，精度1℃）火焰较长，炉膛充满度较好。从炉膛前后墙中心就地观察，在磨煤机出口一次粉管风速19m/s左右，B层各燃烧器喷口火焰尾部接近炉膛中心，从B层燃烧器上部，炉膛各看火孔观测，炉膛比较明亮，火焰的充满度较好。上述结论，从表8不同标高炉膛烟温测量的结果也可以分析得出。表8：不同标高炉膛烟温测量（测量时间4月24日3:10）炉膛烟温（℃）标高位置最大值最小值平均值1#122095010852#13601072123323m3#1405121113164#121511431032前墙中心1085814950.5后墙中心115497610641#777744759.72#78674976930.3m3#775741753.34#791730772.6前墙中心7797347591#68059563237.1m2#650597624.83#600--4# 632 602 617.5（测量仪器为 Raytex公司生产的 Raynger3i ，测量范围 600-1800℃，精度 1℃）炉膛负压稳定，波动较小。图3是现场DCS记录的负压波动曲线，从曲线可以看出：等离子发式磨煤机启动，B层燃烧器着火后，没有暴燃现象，炉膛负压稳定，波动较小，说明等离子点火燃烧器燃烧稳定。炉膛负压图3：DCS记录的负压波动曲线5) 火检稳定。锅炉煤燃烧器原设计的火检装置为CORN智能火检，每层燃烧器的火检保护设置为 4取图4:corn 火检显示记录

2保护模式，加装等离子点火装置后，原 corn 火检装置保留，保护设置根据电厂、电科院的要求改为4取4，同时在B层燃烧器的四角加装一套图像火检装置，经四画面分割器送至主控全炉膛火焰电视， 为运行人员观测锅炉各燃烧器着火情况提供了非常方便的监视手段，附图 4为实际运行中 corn火检的显示记录， corn火检模拟量显示强度较高、稳定，未发生火检消失 B磨煤机保护动作的现象；图像火检画面清晰，非常真实的反映出各燃烧器着火的状况，方便了运行中的燃烧及时调整，受到电厂专业及运行人员的欢迎。3.4 磨煤机的调整试验试验确定的B磨煤机的最小出力为18t/h，在该出力下，B磨煤机可长时间运行，磨煤机出入口差压、磨煤机电流正常、稳定，磨煤机出口输粉管无堵塞现象发生，其相应的运行参数见图5；图5：B磨煤机

18t/h

运行参数2)B

磨煤机在满足

18t/h

最小出力的情况下，又可以在

18-50t/h

的给煤量下运行；3) 在分离器挡板开度

45°，磨煤机入口一次风量

41km3/h

，给煤量

19-21t/h

时，对磨煤机出口煤粉取样，试验测定的煤粉细度为 R90=4.94%；B磨煤机调整后，B磨煤机的石子煤量略有增加。总体评价采用“等离子运行模式”点火过程中，炉膛负压稳定，波动较小，说明等离子点火燃烧器燃烧稳定，在A或C磨煤机启动后，可以及时、稳定地被等离子燃烧器的火焰引燃，并稳定地燃烧；在机组启动的过程中，主汽温度、再热汽温、主汽压力变化平稳，完全满足锅炉、汽机升温升压速率的要求、汽包壁温差较小、受热面壁温无超温现象的发生；在机组启动的过程中，汽包水位容易控制，主蒸汽流量、给水流量配合协调；采用等离子煤粉点火装置能够实现600MW机组高压缸启动方式汽轮机无油冲转定速工作；E：采用等离子煤粉点火装置能够实现 600MW机组无油或少油并网工作；F：机组并网后， B磨煤机“等离子运行模式”下，直接启动 C磨煤机或 A磨煤机，炉膛着火稳定，负压波动较小，能够满足 C、A磨煤机点火能量地要求；G：其它参数如一、二次风压与原运行参数基本一致，运行人员的操作习惯不受影响，排烟温度变化较燃油启动更平稳。H：兼顾主燃烧器、点火燃烧器两种功能在等离子发生器停运的情况下，又要求该燃烧器能作为主燃烧器运行，从着火特性等方面满足锅炉燃烧负荷的要求。实际运行中，当点火燃烧器作为主燃烧器使用时，从就地看火孔观察或通过图像火检比较，该燃烧器从着火距离分析，由于燃烧器喷口无回流区，与其它燃烧器相比，着火距离较远，从煤粉着火的刚度比较，较其它燃烧器刚度略强。在实际运行中，适当调整火检，同时磨煤机入口风量适当调整，可以保证