等离子点火系统

等离子点火系统

张国华主要内容一.概述二.

等离子点火系统组成及工作原理1基本原理2等离子燃烧器点火原理3等离子燃烧器燃烧机理三.等离子点火系统的投入投入及注意事项四.等离子点火的保护逻辑五.其它问题

大型工业煤粉锅炉的点火和稳燃传统上都是采用燃烧重油或天然气等稀有燃料来实现的，近年来，随着世界性的能源紧张，原油价格不断上涨，火力发电燃油愈来愈受到限制。因此锅炉点火和稳燃用油被做为一项重要的指标来考核，为了减少重油（天然气）的耗量，传统的做法是提高煤粉的磨细度，提高风粉混合物和二次风的预热温度，采用预燃室燃烧器，选用小油枪点火等等 而等离子煤粉点火装置，采用直流空气等离子体作为点火源，实现了锅炉的冷态启动不用一滴油的无油点火。一、概述等离子点火燃烧器的优点：

1）经济：采用等离子点火运行和技术维护费仅是使用重油点火时费用的15%～20%；

2）环保：由于点火时不燃用油品，电除尘装置可以在点火初期投入，因此，减少了点火初期排放大量烟尘对环境的污染；另外，电厂采用单一燃料后，减少了油品的运输和储存环节，亦改善了电厂的环境；

3）高效：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；

4）简单：电厂可以单一燃料运行，简化了系统，简化了运行方式；

5）安全：取消炉前燃油系统，也自然避免了经常由于燃油系统造成的各种事故二、等离子点火的系统构成

等离子发生器、等离子燃烧器、直流电源柜、图像火检探头、控制部分、辅助部分。等离子点火系统组成有：1、等离子发生器：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。2 、等离子燃烧器：稳定、高效地组织煤粉燃烧。3 、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。4 、图像火检探头：监视等离子燃烧器的燃烧状况。5 、控制部分：监测并操作系统的运行。基本原理1、等离子体2、等离子发生器点火原理3、等离子点火的工作原理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T＞5000K的，温度梯度极大的局部高温区。

2、等离子燃烧器点火原理

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T＞5000K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）

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。

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。

其拉弧原理为：首先设定输出电流，当阴极前进同阳极接触后，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。3、等离子燃烧器燃烧机理

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。提高燃烧效率。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，5000℃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。

第一区：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。

第二区为混合燃烧区：在该区内一般采用“浓点浓”的原则，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。等离子点火原理等离子体发生器特制弯头一级火焰二级火焰三级火焰

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。 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。

三、等离子点火系统的投入1等离子系统冷却水泵的启动、运行及停止启动（1）检修工作已结束，工作票已终结；（2）冷却水系统已投入运行；（3）冷却水泵手动盘车灵活，冷却水泵注水；（4）检查有关温度表及压力表完好，开启压力表和压力开关一次门；（5）测等离子冷却水泵电机绝缘合格后送电；（6）将等离子冷却水泵控制开关置“远控”位；（7）启动一台等离子冷却水泵；（8）检查水泵及电机运行正常，冷却水系统管道无泄露，冷却水母管压力0.5Mpa左右；（9）投入另一台泵“联锁”；（10）检查开启各角等离子点火装置冷却水进、回水门；（11）检查各角等离子冷却水压力正常，无泄漏现象。运行（1）机组正常运行时一台泵运行，另一台泵备用。正常运行冷却水母管压力＞0.4Mpa，发生器前的冷却水压力不低于0.3Mpa，进、回水的压差不＜0.2MPa，水温不高于40℃；（2）冷却水母管压力≤0.35Mpa时，备用泵自启动。停止（1）锅炉停运后，即可停用等离子冷却水泵；（2）将备用冷却水泵“联锁”解除；（3）停运冷却水泵，关闭两台等离子冷却水泵出、入口门。2等离子点火器

拉弧前检查和准备（1）检修工作已结束，工作票终结，检查系统设备良好；（2）引风机、送风机投入，锅炉吹扫完成，MFT复位，锅炉具备点火条件；（3）送上等离子点火装置电源；（4）启动任一台冷却水泵，调节冷却水母管压力＞0.4Mpa，检查发生器前冷却水压力＞0.3MPa，冷却水温度＜40℃；（5）启动任一台等离子图像火检冷却风机，调节等离子图像火检冷却风压力＞2.5kPa，检查压缩空气系统母管压力不＜0.5MPa，调整等离子点火装置入口载体压力：A层等离子一级载体风0.1MPa左右，二级载体风0.05MPa左右,B层等离子载体风10KPa左右。（6）投入等离子监控装置；（7）任一台一次风机、密封风机运行，一次风压、风量正常，密封风压与一次风压压差正常。2.24.3.4等离子点火器运行注意事项：（1）锅炉在点火前必须投运等离子图像火检冷却风机；（2）锅炉灭火后，再次启动等离子点火系统前，必须进行炉膛吹扫。点火时，必须在等离子发生器拉弧后方可开启A(B)磨各出口气动插板门，启动A(B)磨煤机，防止一次风管内淤积的煤粉进入炉膛内部造成安全隐患；（3）运行期间观察并记录好尾部烟道及空气预热器烟道的温度显示；（4）等离子点火器投入初期，注意观察火焰燃烧情况，合理配备一、二次风，调整A(B)磨给煤量、出口温度适合，维持燃烧稳定；（5）首次点火后，就地观察火焰是否燃烧正常，并结合火焰电视图像，及时调整；（6）燃烧初期调整稳定后，随时观察等离子燃烧器壁温情况，严格控制壁温不超限；（7）投用B磨时，若煤粉不能被可靠引燃，应及时投入B层等离子点火器；（8）若发现等离子发生器冷却水软管漏水，应立即停用，防止烧坏等离子发生器；（9）等离子运行期间，不得随意调整拉弧间隙，以免影响电弧稳定；（10）每次停用等离子点火器前，必须确认等离子运行方式为“正常运行方式”；将等离子运行方式切“等离子点火模式”前必须确认各角拉弧正常；（11）防止锅炉尾部发生二次燃烧：等离子点火过程中，必须投入空预器连续吹灰，吹灰前应充分疏水。等离子点火初期加强飞灰可燃物的监测，如飞灰可燃物偏高，应适当调整一、二次风速、磨煤机出力、煤粉细度、点火功率等，尽可能改善燃烧情况。等离子点火器的停用（1）当锅炉负荷升至最低稳燃负荷以上时，将等离子运行方式切至“正常运行方式”，停用等离子点火器；（2）等离子点火器停用时，应保持燃烧稳定，逐个停用；（3）等离子点火器停用后，载体风系统、冷却水系统正常运行；（4）等离子点火器停用后，等离子图像火检冷却风机应正常运行，防止等离子点火器图像火检探头烧坏；（5）等离子更换阴极或阳极头后将累计时间及时清零。等离子点火燃烧器故障处等离子点火器断弧（1）运行中发生突然熄弧时，重新拉弧即可，每次启弧间隔不得低于10s。连续3次启弧不成功，若风压、水压、电流及电压参数均在正常值，仍难以启弧时，则可能为阴极头烧坏；（2）一般阴极头使用寿命超过50小时后，偶尔会出现掉弧现象，此时可以重新启弧；超过80小时后需更换；（3）等离子点火器阳极需定期进行清理，防止污染，周期一般为500小时。

燃烧器超温（1）壁温超过350℃时应进行调整：降低A/B磨给煤量；提高A/B磨一次风入口风量；降低A/B磨煤机的出口温度；（2）壁温超过550℃必须停运等离子点火装置进行检查，最高不得超过600℃。1、四角拉弧后，应派人到就地检查拉弧情况启动中的注意事项2、A磨煤机断角运行时，注意对断角风粉管道的监视，防止由于出口门不严造成积粉增多，造成煤粉管道内积粉自燃现象的发生。此时运行人员应用红外线测温仪，对该风粉管道全线测温，及时发现积粉自燃情况。

3、A磨煤机断角运行时，注意对断角风粉管道的监视，防止由于出口门不严造成积粉增多，造成煤粉管道内积粉自燃现象的发生。此时运行人员应用红外线测温仪，对该风粉管道全线测温，及时发现积粉自燃情况。

4、在等离子点火装置投入后，必须注意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，如果超温，应注意降低磨煤机的最小出力；从燃烧配风角度进行调整，尽量减少炉底部风量，加大顶部风量等措施。5、在等离子点火器运行过程中，电子发射枪将出现危险电压，切勿触摸。电子发射枪被罩在一个安全防护罩内，防护罩下部为电气，冷却水进、出接口，此部位有可能引发故障，非专业维护人员切勿接近6、在点火初期，要根据给煤量与磨煤机入口风量等参数，做好风粉速度、煤粉浓度等重要参数异常的预想，并在点火的过程中，根据煤粉着火情况，有根据地加以调整。7、等离子点火装置运行期间，应加强燃烧器金属壁温的监视，若壁温上升速度超过30℃/min，应采取下列措施降低壁温：

1）适当增加一次风速；

2）适当减少给煤量；

3）适当降低一次风温；

4）适当降低等离子点火装置的电流。五、等离子点火系统的保护逻辑

锅炉FSSS系统逻辑不作根本性修改，炉运行时，燃烧器的火焰保护仍采用锅炉FSSS系统，燃烧器火焰“有/无”的判据等均由FSSS系统给出，并在判断灭火时跳闸相应的磨煤机。(1)

FSSS系统仅对等离子燃烧器对应磨煤机启动条件加入置工作方式的逻辑模块，逻辑置“等离子模式”时，等离子发生器工作，由等离子燃烧器保持燃烧稳定，以便满足不投油枪，启动磨煤机的条件，此状态为燃烧器的“等离子模式”；逻辑置“正常模式”时，等离子发生器停用，等离子燃烧器作为主燃烧器使用，此状态为燃烧器的“正常模式”。等离子点火系统启停逻辑及联锁保护等离子点火系统共包括以下设备：A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4等离子点火装置；A/B冷却水泵、载体风、冷炉制粉加热装置。系统自动判断等离子点火模式或正常点火模式，两者的主要区别是正常模式时，等离子装置2/4及以上启弧失败不跳闸磨煤机。点火模式在DCS画面显示，但不能手动切换。（1）公共逻辑（A）等离子层运行如本层4/4等离子体发生器启弧均成功，则认为本等离子层运行。（B）等离子点火模式、等离子稳燃烧模式（a）等离子点火模式置位条件：（手动投入或任一个等离子体发生器启弧成功），且无C/D/E/F任一磨煤机运行；（b）等离子点火模式复位条件：C/D/E/F任一磨煤机运行；（c）等离子稳燃模式定义为等离子点火模式取非。（d）等离子点火模式时，由等离子装置提供煤粉点火能量；本层等离子装置2/4及以上断弧，跳闸对应磨煤机；等离子稳燃模式时，等离子装置退出不会跳闸磨煤机。（e）磨跳闸（脉冲信号）停止等离子装置，与模式无关（厂家只要求在等离子点火模式下）；（f）磨组失去2/4及以上煤火焰，是否跳磨，取决于炉内燃烧工况。若以等离子点火/稳燃模式界定边界，一般认为等离子点火模式时，燃烧条件较差，跳磨；等离子稳燃模式时，负荷较高，可不跳磨。紧急停A磨煤机在等离子点火模式下，如以下条件全部满足，则紧急停A磨煤机。（a）A层2/4等离子体发生器断弧，延时2秒；（b）A磨煤机运行；（c）机组负荷≤35%；（D）MFT动作跳闸等离子MFT动作或A磨煤机跳闸，则联锁跳闸本层对应的所有等离子点火装置。（E）等离子装置报警等离子燃烧器前端壁温测点≥400℃报警，等离子燃烧器中心壁温测点≥400℃报警。（2）等离子点火装置A/B煤层各4台，共8台等离子点火装置逻辑相同，在启动允许条件满足后，运行人员可手动操作启动等离子点火装置，启动成功后，可手动增/减等离子点火装置电流、进/退等离子点火装置阴极、增/减等离子点火装置间隙。下面以A1为例说明：启动允许条件（a）等离子点火条件满足；（b）A磨点火能量满足；（c）A磨快速停条件不存在；（d）A磨紧急停条件不存在；（e）A1等离子体整流柜遥控位；（10HJA11GH001-FI）（f）A1等离子体发生器风压满足；（10HJA11GH001-P1）（g）A1等离子体发生器水压满足；（10HJA11GH001-P2）（h）A1等离子体发生器允许启动；（10HJA11GH001-YX）（i）无等离子体发生器跳闸条件。备注：任一等离子启弧成功后，闭锁燃烧器喷嘴摆动执行机构操作。联锁跳闸条件（a）MFT动作；（b）A磨煤机跳闸（脉冲信号）；（c）A1等离子体发生器风压满足信号消失，延时2秒；（d