等离子燃烧技术 等离子燃烧技术在600MW发电机组中的应用

　　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，必须采用与传统上完全不同的全新工艺，这种工艺应既可保证提高燃烧过程的经济性，又可以改善火电厂的生态条件——DLZ-200型等离子煤粉点火燃烧器，采用直流空气等离子体做为点火源，可点燃挥发份较低的（10%）贫煤，实现锅炉的冷态启动而不用一滴油，是未来火力发电厂点火和稳燃的首选设备，本文从经济、环保、高效、简单和安全几方面介绍了采用等离子点火燃烧器的优点。
　　等离子；燃烧；节能；应用
　　1.等离子系统概述
　　等离子燃烧器是借助等离子发生器的电弧来点燃煤粉的煤粉燃烧器，在煤粉进入燃烧器的初始阶段使用等离子弧将煤粉点燃，并将火焰在燃烧器内逐级放大，可在炉膛内无火焰状态下直接点燃煤粉，从而实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。
　　压缩空气是等离子电弧的介质，等离子点火系统配备压缩空气系统，由两台风机供给，互为备用。该系统同时供应等离子图像火检探头的冷却和吹扫气源。
　　等离子发生器的阴极和阳极需要冷却水以高的流速冲刷。冷却水温度不能高于30℃，否则冷却效果差。
　　为了在等离子燃烧器运行时能够监测一次风速，在一次风管加装一次风速测量系统，同时等离子点火系统中为每个等离子点火燃烧器配置了一支高清晰图像火检探头，以便运行人员能够监视等离子点火燃烧器运行情况。
　　2.等离子点火燃烧系统
　　如图1所示，等离子发生器产生稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的中心筒中形成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。
　　图1 等离子燃烧器示意图
　　煤粉的浓度影响煤粉的着火温度，在点火区适当提高煤粉浓度有利于点火，可在弯头内加入弯板或扭转板，改变进入点火区的煤粉浓度分布（如图2所示）。
　　图2 煤粉浓度示意图
　　3.DG2070/17.5- 6型锅炉简介
　　宁夏大唐国际大坝发电公司三期5、6号机组锅炉为东方锅炉厂生产的亚临界参数、自然循环锅炉，配备东方汽轮机厂NZK600-16.7/538/538型直接空冷汽轮机和东方电机厂QFSN-600-2-22C型发电机，额定功率600MW。
　　A.锅炉设备概述
　　DG2070/17.5- 6型锅炉由东方股份有限公司制造的，亚临界参数、自然循环、前后墙对冲燃烧方式、一次中间再热、单炉膛平衡通风、固态排渣、全钢构架的 型汽包锅炉，其空气预热器置于锅炉主柱外。
　　炉膛四周水冷壁由管径 66.7�？mm、节距92mm的管子加焊扁钢焊接成膜式壁。在炉膛上部垂直布置有屏式过热器，水平烟道由上部后墙水冷壁管绕制而成，在折焰角上方水平烟道内按照烟气流动风向依次布置有末级（高温）过热器和高温再热器；尾部后竖井四周由包墙过热器组成，尾部竖井烟道被中隔墙分为两部份，前后分别布置低温再热器和低温过热器，低温再热器和低温过热器被省煤器中间联箱引出的吊挂管悬吊；其后分别布置省煤器、烟道挡板、空气预热器。
　　制粉系统采用中速磨、正压直吹式系统，配置六台由上海重型机械厂制造的HP1003型磨煤机，正常运行5台，1台备用，每台磨煤机出口为5根一次风管引入旋流煤粉燃烧器，为同一层的煤粉燃烧器提供风粉混合物，煤粉细度R90为20%。
　　旋流煤粉燃烧器采用东方锅炉厂自行设计的外浓内淡型低NOx旋流煤粉燃烧器（DBC-OPCC型），布置于炉膛前后墙水冷壁上，分成上、中、下三层，每层各5只，总共30只，在最上层燃烧器上面布置有燃烬风喷口，前后墙各一层，每层各5只，总共10只。煤粉燃烧器层间距为4400mm，列间距为3680mm，最外侧燃烧器中心线到两侧墙水冷壁中心线的距离为2990mm，最上层煤粉燃烧器中心线到燃尽风调风器中心线的距离为4000mm。
　　在每一只主燃烧器内都设有中心风管，在A层燃烧器内布置有等离子点火装置，其他各层燃烧器内，布置点火油枪、高能点火器等设备。
　　B.DG2070/17.5- 6型锅炉参数
　　下面就DG2070/17.5- 6型锅炉的热力特性、一二次风速、燃料特性等列表说明。
　　表1 锅炉热力特性
　　表2 5、6号锅炉设计煤种为宁夏灵武羊场湾矿烟煤
　　表3 煤粉燃烧器规范
　　C.等离子点火系统简介
　　大唐大坝发电公司5、6锅炉安装的等离子燃烧系统由点火系统和辅助系统两大部组成。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、冷却水、图像火检、一次风蒸汽加热系统等组成。
　　5、6锅炉等离子点火系统共设计各有一套等离子点火装置，其中五支等离子燃烧器分别装在锅炉A层五支主燃烧器中，该燃烧器具有等离子点火和稳燃功能，五套电源控制柜和隔离变压器安装在锅炉17.5m平台，系统控制是通过与DCS通讯联系方式，进行等离子点火系统的控制。
　　表4 等离子系统规范
　　4.等离子点火系统的运行
　　A.等离子系统的投运
　　在CRT上将A磨煤机运行方式置“等离子”方式。
　　启动一次风机，调整一次风压力合格。
　　调节A磨煤机入口风量，维持磨出口一次风速在23m/s左右。
　　开启A磨煤机煤粉管出口气动隔离门，开启A磨煤机入口冷热风门、总风门，保证A磨煤机入口温度大于150℃，进行暖磨，直至出口温度大于75℃。
　　调节A层燃烧器二次风，维持此层风门在15%开度。 　　按顺序依次启动1～5号等离子发生器引弧；调节电弧功率在110KW左右。检查确认离子发生器1～5号引弧成功。
　　启动A磨煤机。检查A磨煤机转动正常后，启动A给煤机，逐渐加大给煤量。
　　调整等离子装置的电弧功率，就地观察等离子点火燃烧器煤粉燃烧情况，确认等离子点火燃烧器燃烧稳定正常。适当调整A磨煤机的出力，并对一、二次风进行调整。
　　B.等离子系统运行中的注意事项
　　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，在燃烧器显示壁温超过400℃或超过300℃且壁温仍然上升较快时，应及时采取降低壁温的措施，包括降低磨煤机出力、加大磨煤机的入口风量、降低等离子发生器功率等，燃烧器显示壁温超过500℃时，应停止该燃烧器进行检查。
　　锅炉启动过程中，A磨等离子投运后，当A给煤机给煤量达到40～50t/h时，稳定燃烧一段时间后，就地用测温枪测量炉膛温度，当炉膛温度达到500℃以上时，可根据需要启动C磨运行。
　　等离子点火装置投运过程中，注意监视汽包压力、过热器蒸汽温度。
　　等离子点火燃烧器投入运行过程中，对锅炉的膨胀加强检查、记录。
　　等离子点火燃烧器点火前和点火的过程中，根据给煤量与磨煤机入口风速等参数，做好风粉速度、煤粉浓度等重要参数的调整。
　　当A磨煤机在“等离子方式”下运行，5支等离子点火燃烧器中的1支发生断弧时，光字牌将发出声光报警。此时应及时投入断弧点火器上层的油枪，同时检查断弧原因，尽快恢复点火器的运行。
　　当A磨煤机在“等离子方式”下运行，5支等离子点火燃烧器中的2支发生断弧时，保护将停止A磨煤机的运行，此时应仔细检查断弧原因，待问题解决后再继续投入运行。
　　当锅炉投入三台磨煤机时，应及时将A磨煤机运行方式切至正常运行方式，防止因等离子点火燃烧器断弧造成A磨煤机跳闸。
　　为了确保冬季等离子暖风器暖风效果良好，在调试中，检查进汽温度参数满足压力0.8MPa，温度300℃的要求。暖风器应该尽早暖管，以便能够尽早投入，当通过调整暖风器疏水门来调整用汽量，当全开疏水后无法达到风温140～160℃，可通过适当提高蒸汽联箱压力。
　　正常运行或机组启动时，A磨煤机对应的煤仓要配上高热值、高挥发份煤种，以得到点火、稳燃的更好效果。
　　4.结语
　　在当前世界性能源紧张，原油价格不断上涨的条件下，等离子燃烧技术节能、高效、安全、环保的独特优势，是火力发电厂做为点火启动和低负荷稳燃的首选技术。我公司采用的发生器为磁稳空气载体等离子发生器，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。
　　等离子燃烧技术的应用，使我公司5、6号机组调试和投入商业运行以来，燃油的使用量大大减少，机组小修后冷态启动仅仅用燃油2.2吨，2011年机组B级检修深度滑停时，汽轮机缸温降至285℃，仅用油1.6吨，与没有采用这项技术的同类型机组相比降低了生产成本近千万元，不但提高了企业的经济效益，而且使企业在市场竞争日趋激烈的今天能够处于优势地位。所以该项技术今后乃至很长一段时期在电力、化工、钢铁等行业将是不可替代的，而且会更加完善、更加实用。
　　[1]周谟仁.等离子点火技术.北京：中国建筑工业出版社，2006
　　[2]关醒凡.等离子节能与应用.北京：机械出版社，2005
　　[3]胡沛成.火电厂辅机设备.北京：水利水电出版社，2002

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