等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)技術(shù)改造方案

1、 PAGE PAGE 21 等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)技術(shù)改造方案1爐相關(guān)設(shè)備概況1、鍋爐概況：該爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG102518.24M848型亞臨界一次中間再熱自然循環(huán)鍋爐，單爐膛切向燃燒，平衡通風(fēng)，露天布置，固體排渣。設(shè)計煤種為韓城貧煤，校核煤種為黃陵煙煤豐城煙煤。主要技術(shù)參數(shù)如下：額定蒸發(fā)量 1025t/h主蒸汽溫度 54主蒸汽壓力 18.22MPa給水溫度 2排煙溫度 1燃料耗量 134.56t/h鍋爐效率 91.85%鍋爐燃燒室燃燒器為四角切園布置，每角17層，其中二次風(fēng)六層、油風(fēng)室三層、一次風(fēng)六層、頂部燃盡風(fēng)二層。燃煤特性： 項(xiàng)目單位設(shè)計煤種校核煤種A校核煤種B應(yīng)用基碳56.2366

2、.4745.79應(yīng)用基氫2.774.223.05應(yīng)用基氧3.687.902.40應(yīng)用基氮0.950.971.01應(yīng)用基硫0.980.491.50應(yīng)用基水份8.985.0410.02分析基水份1.070.550.57應(yīng)用基灰份26.4114.9336.23可燃基揮發(fā)份18.3436.0922.83應(yīng)用基低位發(fā)熱量Kcal/kg511161084375可磨性系數(shù)（哈氏）9948.389灰變形溫度t1150011601500灰變形溫度t2150012101500灰變形溫度t3150011901500 燃油特性油質(zhì)： 0號輕柴油低位發(fā)熱量： 42000kJ/kg燃燒器主要參數(shù)風(fēng)比（）風(fēng)速（m/s）風(fēng)溫

3、（）一次風(fēng)2525705二次風(fēng)7145347周界風(fēng)和頂部燃盡風(fēng)各占15二次風(fēng)量周界出口風(fēng)速：40m/s油槍主要參數(shù)出力：1004500kg/h 霧化角：601002、制粉系統(tǒng)為中儲式、乏氣送粉。鋼球磨（4MZ3560）出力48.1t/h（R90=13%）一臺磨帶1層半6只噴嘴。給粉機(jī)（24TGF-9）出力：39t/h。送風(fēng)機(jī)全壓：3186Pa。等離子點(diǎn)火技術(shù)基本原理1、點(diǎn)火機(jī)理 本裝置利用直流電流（大于200A）在介質(zhì)氣壓大于0.02 Mpa的條件下接觸拉開引弧，并在強(qiáng)磁場下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的一次燃燒筒中形成 T5000K的梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過該

4、等離子“火核”受到高溫作用，很快受熱，在0.001秒內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物，并使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒，由于反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行， 使混合物組分的粒級發(fā)生了變化。因而使煤粉的燃燒速度加快，煤粉顆粒的受熱速度加快，也有助于加速煤粉的燃燒，這樣就大大地減少促使煤粉燃燒所需要的引燃能量E（E等=1/6E油）。同時，等離子體內(nèi)含有大量化學(xué)活性的粒子，如原子（C、 H、O）、原子團(tuán)（OH、H2、O2）、離子（O2-、H2-、OH-、O-、H+）和電子等，可加速化學(xué)轉(zhuǎn)換，促進(jìn)燃料完全燃燒，除此之外，等離子體對于煤粉的作用，可比通常情況下提高20%-80%的揮發(fā)份，即等離子體有再造揮發(fā)份的效應(yīng)，這對于點(diǎn)燃

5、貧煤強(qiáng)化燃燒有特別的意義。2、燃燒機(jī)理根據(jù)高溫等離子體有限能量不可能同無限的煤粉量及風(fēng)速相匹配的原則設(shè)計了多級燃燒器。它的意義在于應(yīng)用多級放大的原理，使系統(tǒng)的風(fēng)粉濃度、氣流速度處于一個十分有利于點(diǎn)火的工況條件，從而完成一個持續(xù)穩(wěn)定的點(diǎn)火、燃燒過程。實(shí)驗(yàn)證明運(yùn)用這一原理及設(shè)計方法使單個燃燒器的出力可以從2T/H擴(kuò)達(dá)到6T/H甚至更高。在建立一級點(diǎn)火燃燒過程中我們采用了將經(jīng)過濃縮的煤粉垂直送入等離子火炬中心區(qū)，10000500-800kg/h，其噴口溫度不低于1200第二區(qū)為混合燃燒區(qū)，在該區(qū)內(nèi)一般采用“濃點(diǎn)濃”的原則，環(huán)形濃淡燃燒器的應(yīng)用將淡粉流貼壁而濃粉摻入主點(diǎn)火燃燒器燃燒。這樣做的結(jié)果既利于

6、混合段的點(diǎn)火，又冷卻了混合段的壁面。如果在特大流量條件還可采用多級點(diǎn)火。第三區(qū)為強(qiáng)化燃燒區(qū)，在一、二區(qū)內(nèi)揮發(fā)分基本燃盡，為提高疏松炭的燃盡率采用提前補(bǔ)氧強(qiáng)化燃燒措施，提前補(bǔ)氧的原因在于提高該區(qū)的熱焓進(jìn)而提高噴管的初速達(dá)到加大火焰長度提高燃盡度的目的， 所采用的氣膜冷卻技術(shù)亦達(dá)到了避免結(jié)焦的目的（1998年獲專利）。第四區(qū)為燃盡區(qū)，疏松碳的燃盡率，決定于火焰的長度。隨煙氣的溫升燃盡率逐漸加大。等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)設(shè)計方案1#爐采用的等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)由等離子發(fā)生器、燃燒器、直流供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)、風(fēng)粉監(jiān)測系統(tǒng)等構(gòu)成。 整流變壓器整流變壓器直流電源柜直流電源柜

7、控制柜#1CRT控制柜#1CRT控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線一次風(fēng)一次風(fēng)等離子發(fā)生器等離子發(fā)生器冷卻水冷卻水等離子燃燒器DLZ-1等離子燃燒器DLZ-1載體風(fēng)載體風(fēng)1、等離子發(fā)生器等離子發(fā)生器是用來產(chǎn)生高溫等離子電弧的裝置，其主要由陽極組件、陰極組件、線圈組件三大部分組成，還有支撐托架配合現(xiàn)場安裝。等離子發(fā)生器設(shè)計壽命為58年。陽極組件與陰極組件包括用來形成電弧的兩個金屬電極陽極與陰極，在兩電極間加穩(wěn)定的大電流，將電極之間的空氣電離形成具有高溫導(dǎo)電特性等離子體，其中帶正電的離子流向電源負(fù)極形成電弧的陰極，帶負(fù)電的離子及電子流向電源的正極形成電弧的陽極。線圈通電產(chǎn)生強(qiáng)磁場，將等離子體壓縮，并

8、由壓縮空氣吹出陽極，形成可以利用的高溫電弧。陽極組件由陽極、冷卻水道、壓縮空氣通道及殼體等構(gòu)成。陽極導(dǎo)電面為具有高導(dǎo)電性的金屬材料鑄成，采用水冷的方式冷卻，連續(xù)工作時間大于500小時。為確保電弧能夠盡可能多的拉出陽極以外，在陽極上加裝壓弧套。陰極組件由陰極頭、外套管、內(nèi)套管、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、進(jìn)出水口、導(dǎo)電接頭等構(gòu)成，陰極為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的等離子發(fā)生器還需要加裝一套旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。陰極頭為損耗件，導(dǎo)電面為具有高導(dǎo)電性的金屬材料鑄成，采用水冷的方式冷卻，連續(xù)工作時間大于50小時，更換方便，成本低廉。線圈組件由導(dǎo)電管繞成的線圈、絕緣材料、進(jìn)出水接頭、導(dǎo)電接頭、殼體等構(gòu)成。 等離子發(fā)生器外形圖2、等離子點(diǎn)火燃燒器改

9、造將四只等離子點(diǎn)火燃燒器分別安裝替換原一層1#4#角煤粉主燃燒器上，直接由相應(yīng)的主一次風(fēng)管來粉。在燃燒器的設(shè)計時重點(diǎn)考慮了如下幾個問題：A:由于直接改在主燃燒器上，應(yīng)保證等離子點(diǎn)火燃燒器出力在高負(fù)荷工況下與原主燃燒器設(shè)計出力基本一致。從運(yùn)行的調(diào)整、爐膛熱負(fù)荷的分配、防止超溫等方面考慮，可以滿足在高負(fù)荷工況，等離子發(fā)生器不投運(yùn)的情況下，等離子燃燒器的出力與原燃燒器的出力基本一致。B:保證鍋爐在冷態(tài)啟動時煤粉能比較容易地被點(diǎn)燃。根據(jù)現(xiàn)場燃燒器的位置及等離子點(diǎn)火燃燒器在其它工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在距燃燒器噴口一定位置處，以12的傾角，等離子發(fā)生器斜插入燃燒器內(nèi)。C:確保燃燒器噴口不結(jié)焦。燃燒器采用多級燃燒方

10、式，確保煤粉的充分燃燒；燃燒器內(nèi)有氣膜冷卻，預(yù)防結(jié)焦和燒損。 表1 等離子點(diǎn)火燃燒器主要設(shè)計參數(shù)名稱單位結(jié)果備注一次風(fēng)管風(fēng)速m/s24.0一次風(fēng)溫20按冬季計算煤粉濃度kg/kg0.35燃燒器阻力Pa1000周界風(fēng)風(fēng)速m/s403、直流供電及控制系統(tǒng)（1）直流供電通過廠內(nèi)原有AC6KV備用間隔提供一路800KVA（1臺爐）電源，增加一臺AC800KVA干式變壓器、四面低壓配電柜，接至四臺隔離變壓器(如下外形圖)、整流柜，輸出的直流電送至就地等離子發(fā)生器，以產(chǎn)生等離子電弧。干式變壓器、低壓配電柜、隔離變壓器、整流柜布置在兩臺機(jī)組中間6.3米B、C間。整流柜內(nèi)功率組件采用三相全橋可控硅晶閘管整流功

11、率組件，晶閘管采用美國進(jìn)口芯片，全橋可控硅整流方式整流效率高，技術(shù)成熟，保證了電源長期工作的可靠性。直流控制器采用西門子公司生產(chǎn)的6RA70系列全數(shù)字控制整流裝置。該裝置可以作為整流和等離子發(fā)生器的引弧控制接口、水流、氣壓保護(hù)接口，并且與其他計算機(jī)實(shí)現(xiàn)總線式的數(shù)字通訊。（2）控制系統(tǒng) 方案一、直接納入DCS系統(tǒng)控制，整流柜、風(fēng)機(jī)、水泵的控制采用硬接線進(jìn)入DCS系統(tǒng)。具體I/O清單見附表。方案二、系統(tǒng)控制主機(jī)采用西門子S7-300可編程控制器為核心，S7-300與各電源柜之間為數(shù)據(jù)通訊，集控室內(nèi)操作界面采用工業(yè)液晶顯示屏設(shè)置參數(shù)、功能。保護(hù)報警信號鍋爐MFT、給粉機(jī)跳閘（4點(diǎn)）、等離子點(diǎn)火器運(yùn)行

12、正常（4點(diǎn)）、運(yùn)行故障、等離子點(diǎn)燃燒器超溫，S7-300通過硬接線進(jìn)入DCS。 等離子電源系統(tǒng)用隔離變壓器參數(shù)：額定電壓：0.38/0.36KV額定功率：200KVA額定頻率：50HZ相數(shù)：三相接線方式：/ Y冷卻風(fēng)式：自然冷卻絕緣等級：F絕緣水平：AC3/3溫升：100K選用材料：30Q130冷軋有取向硅鋼片、環(huán)氧樹脂真空澆注.隔離變壓器的主要作用是隔離。一次繞阻接成三角形，使3次諧波能夠通過，減少高次諧波的影響；二次繞組接成星型，可得到零線，避免等離子發(fā)生器帶電。電源柜外形尺寸及安裝尺寸如下圖所視： 電源柜為前后開門結(jié)構(gòu)。前門上方安裝有三塊表從左到右分別為系統(tǒng)實(shí)際電壓表、系統(tǒng)實(shí)際電流表、系

13、統(tǒng)給定電流表，下方為排氣孔。電源柜技術(shù)參數(shù)如下：額定輸入電壓(1)： 3AC400(+15%/-20%)額定輸入電流： 332A額定頻率： 45-65HZ額定直流輸出電壓： 485V額定直流輸出電流： 400A過載能力： 180%額定輸出功率： 194KW額定直流電流下的功耗：1328W電子電路電源額定供電電壓： 2AC380(-25%) 460(+15%); In=1A或1AC190(-25%) 230(+15%); In=2A(-35% 1 分鐘)冷卻風(fēng)扇額定電壓： 3AC400( 15%) 50HZ額定電流： 0.3A額定流量： 570m3噪音等級： 73dBA運(yùn)行環(huán)境溫度： 040(2

14、) 強(qiáng)迫風(fēng)冷存儲和運(yùn)輸溫度： -25+70安裝海拔高度： 額定直流電流下1000M (3)環(huán)境等級（DIN IEC 721-3-3） ：3K3防護(hù)等級(DIN 40050 IEC144)：IP00說明： (1) 電源柜進(jìn)線電壓可低于額定電壓（由參數(shù)P078設(shè)置，400V裝置可用于85V輸入電壓）。輸出電壓也相應(yīng)降低。(2) 指定的直流輸出電壓，在進(jìn)線電壓低于5%（額定輸入電壓）時也能達(dá)到。(3) 負(fù)載系數(shù)K1(直流電流)同冷卻溫度有關(guān)。(4) 負(fù)載系數(shù)K2與安裝高度有關(guān)。(5) 總的衰減系數(shù)K=K1K2。電源柜正面視圖如圖3.7所示，電源柜后視圖如下圖所示。 電源柜正面圖 電源柜后視圖其中主要

15、部件為： 冷卻風(fēng)機(jī):用來冷卻柜內(nèi)控制元件。 整流裝置。 熔斷器：電流過載保護(hù)。 電源開關(guān)：控制電源柜內(nèi)冷卻風(fēng)機(jī)的啟停。 電源開關(guān)：電源柜控制電源。 端子排：電源柜與外部設(shè)備的接口。 直流控制器6RA70。 直流平波電抗器。 控制變壓器：將柜內(nèi)交流380V電源轉(zhuǎn)變成交流220V電源供控制回路使用。 直流24V電源：用于電極的接觸檢測。V1-V6六個晶閘管（KP1000A/1200V）接成三相全控整流橋。三相橋式全控整流電路為三相半波共陰極組與共陽極組的串聯(lián)，因此整流電路在任何時刻都必須有兩個晶閘管導(dǎo)通，才能形成導(dǎo)電回路，其中一個晶閘管是共陰極的，另一個晶閘管是共陽極的，所以必須對兩組中要導(dǎo)通的一

16、對晶閘管同時給觸發(fā)脈沖?？刹捎脙煞N辦法：一種是給每個觸發(fā)脈沖的寬度大于60（一般取80100），稱寬脈沖觸發(fā)；另一種是在觸發(fā)某一號晶閘管的同時給前一號晶閘管補(bǔ)發(fā)一個脈沖，相當(dāng)于用兩個窄脈沖等效替代大于60的寬脈沖，稱雙脈沖觸發(fā)。等離子電源柜采用的是雙脈沖觸發(fā)方式。整流原理圖 電源柜接線原理圖 SIEMENS大功率直流調(diào)速裝置6RA70是給直流調(diào)速電機(jī)配備的調(diào)速器，其內(nèi)部有兩套整流電路分別用于電機(jī)電樞回路和電機(jī)的勵磁回路。電機(jī)電樞回路采用的是三相全控橋式整流電路，勵磁回路采用的是單向全控橋式整流電路。等離子電源柜正是采用6RA70的電樞回路來提供穩(wěn)定的直流電源。直流平波電抗器，由于DLZ-200

17、型等離子發(fā)生器是直流接觸引弧，因此在啟動階段電源要工作在低電壓（0 20V），大電流（260 300A）的短路狀態(tài)，這對功率組件是極其不利的。同時，由于等離子發(fā)生器在引弧瞬間會產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊負(fù)荷，即使是在正常工作情況下，由于電弧在陰極和陽極之間旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電壓跳變，也要求電源要有極強(qiáng)的恒流能力。這就要求平波電抗器要有足夠的感抗。從平波的角度講當(dāng)然是電感量越大越好，但是一味的增加電感抗，不僅會增加設(shè)備的成本，同時由于其尺寸過于龐大而不利于設(shè)備的推廣使用。因此，在電抗容量設(shè)計上，通過大量實(shí)驗(yàn)工作最后定為500A，2.1MH的電抗器，其平波效果較為理想。選用S7-200 CPU224 可編程控制器來對直

18、流電源和電極動作進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)等離子點(diǎn)火器的自動點(diǎn)火。具體方案如下： 使用USS協(xié)議通過CPU224上的通訊口PORT0與6RA70的通訊口X172之間的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以完成對主電路的操作控制和各類狀態(tài)信息的讀出和條件判斷等，實(shí)現(xiàn)直流電源的控制。 電極控制信號及點(diǎn)火必須的壓縮空氣壓力、冷卻水壓力等信號直接接入CPU224固有的開關(guān)量輸入輸出。 通過CPU224內(nèi)部的邏輯運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火裝置的自動控制。按等離子發(fā)生器工作的特點(diǎn)和要求編制的控制程序保證了點(diǎn)火過程可順利地進(jìn)行，并對點(diǎn)火工作過程各裝置提供了有效的監(jiān)控和保護(hù)。根據(jù)系統(tǒng)要求啟動等離子點(diǎn)火裝置要分遙控/本控兩種方式。在本控操作時，通過電氣操作

19、柜對直流電流和陰極位置可以隨時進(jìn)行必要的調(diào)整，以適應(yīng)不同煤種和工況條件下的點(diǎn)火參數(shù)需求。4、冷卻水系統(tǒng) 為保護(hù)等離子發(fā)生器本身，需用水冷卻陰、陽極及線圈，；冷卻水為除鹽化學(xué)水，系統(tǒng)壓力保持在0.20.5Mpa之間，水溫40，單臺設(shè)備用水量約8T/H，共計32t/h?？衫脧S閉式冷卻水供水母管作為水源，通過管道水泵（流量40t/h、揚(yáng)程50m冷卻水管道泵布置在鍋爐零米。 冷卻水系統(tǒng)圖5、載體空氣系統(tǒng)載體空氣是等離子電弧的介質(zhì)，等離子電弧形成后，通過線圈形成的強(qiáng)磁場的作用壓縮成為壓縮電弧，需要載體空氣以一定的流速吹出陽極才能形成可利用的電弧。因此，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的需要配備載體空氣系統(tǒng)，載體空氣的要

20、求是潔凈的而且是壓力穩(wěn)定的。具體實(shí)現(xiàn)方案如下：等離子載體風(fēng)選用高壓離心風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，既用于為等離子發(fā)生器提供載體又為4路圖象火檢探頭提供冷卻風(fēng)。高壓離心風(fēng)機(jī)布置在鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)層原火檢冷卻風(fēng)機(jī)附近。 等離子載體風(fēng)及圖像火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)圖6、一、二次風(fēng)系統(tǒng)一次風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)能連續(xù)、均勻地給等離子點(diǎn)火燃燒器提供煤粉，不應(yīng)出現(xiàn)積粉和斷粉現(xiàn)象。由于本次改造在最下層主燃燒器上進(jìn)行，仍利用原有的煤粉管道，保證風(fēng)速在1830m/s之間連續(xù)可調(diào)，使煤粉濃度在0.250.55Kg/Kg范圍內(nèi)。等離子燃燒器在二次大風(fēng)箱內(nèi)，作為其周界風(fēng)。周界風(fēng)的目的是既保證煤粉燃燒充分，又保護(hù)燃燒器不被燒壞。7、圖像火檢系統(tǒng)采用圖像火檢系統(tǒng)監(jiān)視等離

21、子點(diǎn)火燃燒器的火焰。四套點(diǎn)火燃燒器分別安裝一只帶CCD攝像機(jī)的火檢探頭，其視頻信號送至集控室內(nèi)四畫面分割器，經(jīng)處理后再送至工業(yè)電視，工業(yè)電視可同時監(jiān)視四套等離子點(diǎn)火燃燒器的火焰?；饳z探頭采用軍用CCD直接攝取煤粉燃燒的火焰圖像，圖像清晰，不失真。為使CCD避開爐內(nèi)高溫，每只探頭均采用長工作距監(jiān)測鏡頭。探頭外層加裝了隔熱機(jī)構(gòu)，有效組斷二次風(fēng)傳導(dǎo)熱及爐膛輻射熱。探頭前部采用特種耐溫玻璃能抗1500探頭風(fēng)阻：進(jìn)口風(fēng)質(zhì)P1=2000Pa時，冷卻風(fēng)Q=64 Nm3/h探頭外徑：69mmCCD工作電壓：U=12V/DC輸出信號：標(biāo)準(zhǔn)Pal制式視頻信號在冷卻風(fēng)正常工作情況下耐溫1200火檢探頭的冷卻風(fēng)由高壓

22、離心風(fēng)機(jī)提供=風(fēng)。8、風(fēng)粉監(jiān)測系統(tǒng)對于煤粉鍋爐，均衡各燃燒器的出力，合理配置燃燒器噴口的煤粉濃度和出口速度是鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要條件和保證。風(fēng)粉監(jiān)測系統(tǒng)為運(yùn)行中及時有效地進(jìn)行燃燒調(diào)整提供條件和依據(jù)，電廠已具有測風(fēng)速功能，不需再增加風(fēng)粉在線測量系統(tǒng)。9、燃燒器壁溫測量為了確保等離子燃燒器的安全運(yùn)行，在燃燒器的相應(yīng)位置安裝了監(jiān)視壁面溫度的熱電偶。熱電偶的安裝位置是根據(jù)數(shù)臺等離子燃燒器的工業(yè)應(yīng)用情況和燃燒器工作狀態(tài)下的溫度場確定的。安裝位置如下圖所示。熱電偶的型號主要為K分度或鎧裝熱電偶。壁溫測量等離子點(diǎn)火相關(guān)設(shè)備熱工聯(lián)鎖及定值等離子發(fā)生器啟弧聯(lián)鎖條件PLC與電源控制柜間的通訊正常冷卻水壓力0.15MpaPLC與電源控制柜間的通訊正常冷卻水壓力0.15Mpa壓縮空氣壓力0.10bar啟動命令發(fā)出等離子發(fā)生器啟弧等離子發(fā)生器斷弧保護(hù)PLC與電源控制柜間的通訊異常冷卻水壓力0.15MpaPLC與電源控制柜間的通訊異常冷卻水壓力0.15Mpa壓縮空氣壓力0.05bar停止命令發(fā)出等離子發(fā)生器斷弧給粉機(jī)啟動條