等离子点火燃烧系统在电厂锅炉上的应用

等离子点火燃烧系统在电厂锅炉上的应用

0空气等离子体的工作原理离子燃烧技术是一种新型的燃烧技术。其原理是利用一定的压力将空气用作介质，并在输出和强磁场的控制下获得稳定的流动空气噪声。当这些因素通过点火燃烧时，它们会形成局部高温，当碳粉通过时，它们会迅速燃烧，并将其喷入炉室。广州恒运电厂6号锅炉在广东省内首次采用等离子点火燃烧系统,在机组启动、滑停和低负荷稳燃时,燃烧稳定,节油显著。1等离子点火燃烧系统广州恒运电厂6号炉为油改煤的DG680/13.7-20型自然循环、一次中间再热、单炉膛、固态排渣、燃煤汽包炉,配210MW机组。该炉采用5层四角切圆布置水平浓淡燃烧器,2层油燃烧器,燃油采用0号轻柴油。制粉系统为正压直吹式,配5台ZGM80G型中速辊式磨煤机,4用1备,每台磨煤机带1层煤燃烧器。锅炉设计燃料为山西大同烟煤。4支等离子燃烧器分别装在锅炉A层4支主燃烧器位置。等离子点火器安装在燃烧器侧面,可以通过DCS或触摸屏进行控制。单套等离子设备的基本参数如下:a.电源三相电源:380+10%−5%-5%+10%V频率:50±2%Hz最大消耗功率:200kV·A负荷电流工作范围:(200～375)±2%A电弧电压调节范围:(250～400)±5%Vb.压缩空气最低/高气压:0.1/0.4MPa调节阀后空气压力调节范围:0.08～0.2MPa最小/大消耗量:60/100m3/hc.冷却水最小/大压力:0.15/0.4MPa正常压力:0.20MPa最大流量:10t/hd.水质要求除盐水,温度≤40℃e.点火器电功率最低输出功率:60～150kW额定输出功率:110kWf.一次风最低/高风速:18/30m/s最低风温:65℃g.二次风风速50m/s等离子点火燃烧系统包括点火系统和辅助系统2大部分。点火系统由等离子燃烧器、等离子点火器、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系统、冷却水系统、图像火检系统等组成。2等离子点火点火器在机组启动之前的运行情况6号炉采用直吹式制粉系统,由于暂未设计用蒸汽制热风或从邻炉引入热风系统,因而要先按常规投入不超过4支油枪暖炉约1h左右,以产生制粉用热风,而后才能投用等离子点火系统。调节磨煤机入口风量,维持磨煤机出口一次风风速在20～24m/s左右。调节A层燃烧器周界风,维持此层周界风门在15%开度。按顺序启动1～4号等离子发生器,调节电弧功率在100kW左右。将磨煤机的运行模式切换到“等离子运行方式”,满足启动条件后启动制粉系统。磨煤机最小出力为7.47t/h,实际上可以比该值小一些,在锅炉冷态启动之初,这样的给煤量点燃喷入炉膛,会造成锅炉升温、升压速率的较难控制、水冷壁受热不均等问题。这就要求给煤量不能增加太快,给煤机启动后要保持在最低转速,逐步增加到给煤量14～17t/h,达到等离子点火合适的一次风煤粉浓度,同时注意维持磨煤机出口温度80～85℃。等离子点火燃烧器投入运行的初期,要注意观察火焰的燃烧情况、电源功率的波动情况,发现异常及时处理。点火正常后在保证安全的条件下应尽快退出运行的油枪,注意进行上层二次风的调整,防止锅炉升温、升压速率过快、水冷壁受热不均、再热器系统超温等问题。若等离子点火器发生断弧时,运行人员应及时投入断弧点火器上层的油枪,同时应认真检查断弧原因,待问题解决后再继续投入。当锅炉负荷升至最低稳燃负荷以上且等离子点火器在运行状态时,应及时将磨煤机运行方式切至正常运行方式,防止因等离子点火器断弧造成磨煤机跳闸。图1为2003年10月23日23时24分机组启动过程中等离子点火燃烧器投用后主蒸汽升温升压及炉膛负压波动曲线。图中第0min等离子点火器开始拉弧,拉弧前共4只油枪运行;第4min启动磨煤机;第10min退出2只油枪;第16min退出第3只油枪;第26min退出最后1只油枪全烧煤粉。从图中可以看出C磨(对应A层等离子燃烧器)启动后主蒸汽温度升高很快,随着油枪及时退出运行,主汽升温、升压速率得到控制;炉膛负压波动在正常范围。该炉可以在等离子点火装置投入运行时,仅C磨运行、C给煤机给煤量为14～17t/h,通过燃烧调整锅炉可断油全烧煤粉,煤粉着火正常,燃烧稳定,炉膛负压稳定,金属壁温正常,锅炉升温升压速率可满足冷态启动曲线的要求。3经济效益比较分析3.1测试费用该厂7号机组和6号机组是同类型机组,锅炉型号和制粉系统完全相同,2002年8月投产。7号炉未安装等离子点火系统,低负荷稳燃用油每天约10t,全年按150d计算。200MW机组试运期间燃油消耗的标准定量为1500t,而如果在试运期间投入等离子点火系统,可以将整个试运期间的燃油消耗控制在500t以内。以下计算取:燃油价格为0.4万元/t,燃油的低位发热量为4.145×104kJ/kg,设计煤种低位发热量为20315kJ/kg,原煤价格为0.028万元/t,厂用电价格为0.3元/kW·h。7号炉按常规方法试运及投产当年运行所需燃油耗费计算:试运燃油消耗:1000t低负荷稳燃用油:10×150=1500t燃油耗费:0.4×(1000+1500)=1000万元6号炉安装等离子点火系统进行试运和投产当年所需费用计算:a.燃油耗费:试运燃油消耗:500t,耗费:0.4×500=200万元b.原煤耗费:比7号炉节约燃油数量为2000t,则按发热量相等的原则所需的原煤费用为:(4.145×104×2000)×0.028/20315=114.26万元c.耗电费用:原煤消耗:(4.145×104×2000)/20315=4080.7t。制粉单耗取7号炉性能试验结果:8.0kW·h/t。等离子燃烧器耗电:20kW·h/t,费用:4080.7×(20+8.0)×0.3=3.43万元d.等离子点火系统购买、安装、调试费:360万元e.全年阴、阳极消耗、维护费用约:25万元在试运期间及投产当年6号炉比7号炉节约投资:1000-200-114.26-3.43-360-25=297.31万元从以上计算分析可以看出如果是大容量机组或调峰机组,经济效益将更为可观,但对非调峰的小机组的经济性尚需另行分析。3.2电除尘器按照常规,锅炉纯烧油或油煤混烧时,尾部二次燃烧的可能性较大,同时为避免未燃尽的油滴粘污电极,锅炉电除尘器无法正常投入,大量烟尘直接排放到大气中,给环境带来严重的污染,烟气中的粉尘会对锅炉受热面和引风机叶片造成磨损。采用等离子点火燃烧系统,电除尘器可以在锅炉点火初期正常投入,大大减少粉尘的排放量,避免了环境污染,同时由于无油助燃锅炉尾部二次燃烧的可能性大大减小,带来了显著的环保效益和经济效益。4故障点时的备用问题该厂6号炉不能实现机组无油点火启动,仍需保留1层油枪,主要是考虑制粉热风来源问题和等离子点火燃烧系统出现故障时的备用问题。等离子燃烧器电流、电压波动较大、阴极使用期仅50h,系统任何环节出现问题就无法进行点火,这降低了系统的可靠性。5对电厂运行的影响5.1该厂6号炉安装等离子点火系统后,可以实现1台磨煤机低负荷断油稳燃运行,调试时最低断油稳燃负荷30MW,锅炉着火正常,燃烧稳定,炉膛负压稳定,金属壁温正常,锅炉升温升压速率可满足启动曲线的要求。5.2采用等离子点火系统经济效益显著,在基建调试阶段采用效益更好,能为电厂节