鍋爐等離子點火啟動的特點及問題分析

鍋爐等離子點火啟動的特點及問題分析

1滑停和低負(fù)荷時發(fā)電效率不斷提高在基礎(chǔ)設(shè)施準(zhǔn)備階段，電動汽車站應(yīng)經(jīng)過清潔、管道清潔、安全門端部定、空負(fù)荷試驗運(yùn)行等階段。在此階段，鍋爐無法達(dá)到最低的穩(wěn)定燃料負(fù)荷，因此需要消耗大量的輕油。調(diào)試后的機(jī)組在開始、燃燒不穩(wěn)定和停止階段也應(yīng)使用輕油。目前國內(nèi)燃油供應(yīng)緊張,甚至出現(xiàn)油慌,燃油價格更是不斷攀升,這使電廠基建投資和投產(chǎn)后的發(fā)電成本也不斷升高。廣州恒運(yùn)電廠6號機(jī)組在廣東省內(nèi)首次采用等離子點火系統(tǒng),在機(jī)組啟動、滑停和低負(fù)荷穩(wěn)燃時,鍋爐著火燃燒穩(wěn)定,節(jié)油顯著。國華臺山電廠3號機(jī)組在基建階段就采用等離子點火系統(tǒng),在國內(nèi)首次實現(xiàn)了600MW鍋爐冷態(tài)無油點火啟動,在國內(nèi)首次實現(xiàn)整個吹管過程沒有燃用輕油。本文詳細(xì)介紹了上述兩電廠等離子點火系統(tǒng)的應(yīng)用情況,以期為同類機(jī)組采用該技術(shù)提供參考。2輔助系統(tǒng)組成等離子點火燃燒系統(tǒng)包括點火系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)兩大部分。點火系統(tǒng)由等離子燃燒器、等離子發(fā)生器、電源控制柜、隔離變壓器、控制系統(tǒng)等組成;輔助系統(tǒng)由載體風(fēng)系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)等組成,如圖1所示。等離子燃燒器多是結(jié)合電廠的實際,將原燃燒器經(jīng)過加裝等離子發(fā)生器改造而成,借助等離子發(fā)生器的電弧來點燃煤粉,既可以在點火階段使用,也可以在燃燒穩(wěn)定后作為帶負(fù)荷煤粉燃燒器使用。與帶負(fù)荷煤粉燃燒器相比,等離子燃燒器能在煤粉進(jìn)入燃燒器內(nèi)時就用等離子弧將煤粉直接點燃。等離子點火燃燒器結(jié)構(gòu)見圖2。3廣州恒運(yùn)煤礦的離子火焰分析3.1鍋爐燃燒特性廣州恒運(yùn)電廠6號機(jī)組(210MW)1998年初投產(chǎn),鍋爐原來是DG680/13.7-15型燃油鍋爐,燃用調(diào)和渣油。2003年10月,鍋爐成功改造為DG680/13.7-20型自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、固態(tài)排渣、燃煤汽包爐。該鍋爐采用5層四角切圓布置水平濃淡燃燒器,2層油燃燒器,燃油采用0號輕柴油。制粉系統(tǒng)為冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng),配5臺ZGM80G型中速輥式磨煤機(jī),4用1備,磨煤機(jī)最低出力7.47t/h,最低通風(fēng)量33.6t/h。鍋爐燃煤特性如表2。該鍋爐將原來的下層4支煤粉燃燒器(對應(yīng)C磨煤機(jī))改造為等離子燃燒器,等離子發(fā)生器安裝在燃燒器側(cè)面。鍋爐點火階段等離子燃燒器作為點火燃燒器使用,作用相當(dāng)于油燃燒器;鍋爐高于最低穩(wěn)燃負(fù)荷后等離子燃燒器和其它煤粉燃燒器一樣使用,作用相當(dāng)于帶負(fù)荷煤粉燃燒器。3.22等離子點火技術(shù)恒運(yùn)電廠6號機(jī)組的等離子點火系統(tǒng)由于改造的原因,直到機(jī)組第一次整組啟動時才可以開始使用,并且由于場地限制沒有考慮臨爐取熱風(fēng)或安裝蒸汽加熱器解決冷爐制粉熱一次風(fēng)來源的問題。因而鍋爐冷態(tài)啟動吹掃完成后要先按常規(guī)先后投入下層四支油槍暖爐約1h左右,當(dāng)空氣預(yù)熱器出口一次風(fēng)溫達(dá)到90℃～130℃時,此時再按順序啟動1～4號等離子發(fā)生器,將C磨煤機(jī)的運(yùn)行模式切換到“等離子運(yùn)行方式”,在C制粉系統(tǒng)滿足啟動條件的情況下啟動C制粉系統(tǒng)。C磨煤機(jī)的最小出力為7.47t/h,這樣的給煤率與一次風(fēng)速18～24m/s相匹配后,煤粉濃度很低,煤粉不易被等離子點著。若初始給煤量為13～16t/h,達(dá)到等離子點火合適的一次風(fēng)煤粉濃度,則在鍋爐冷態(tài)啟動之初,這么多的給煤量點燃噴入爐膛,會造成鍋爐升溫、升壓速率較快、汽包金屬壁溫差大等問題。這種現(xiàn)象要求啟動C給煤機(jī)后初始給煤量為13～16t/h,在合適的煤粉濃度下等離子燃燒器點火正常后,適當(dāng)減小給煤率,盡快退出全部運(yùn)行的油槍,控制升溫升壓速度,同時注意維持磨煤機(jī)出口溫度75℃～80℃。鍋爐斷油運(yùn)行后,即可投入電除塵器。C制粉系統(tǒng)投入運(yùn)行的初期,要注意觀察火焰的燃燒、等離子發(fā)生器電源功率的波動等情況,若發(fā)現(xiàn)異常,要及時處理。根據(jù)機(jī)組啟動需要逐步增加C磨出力,可以完成汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、定速、并網(wǎng),逐步升負(fù)荷,當(dāng)C制粉系統(tǒng)出力達(dá)到70%以上時,啟動第二套制粉系統(tǒng)。當(dāng)鍋爐負(fù)荷升至最低穩(wěn)燃負(fù)荷(110MW)以上且等離子發(fā)生器在運(yùn)行狀態(tài)時,應(yīng)及時將磨煤機(jī)運(yùn)行方式切至“正常運(yùn)行方式”,逐步停用四角等離子發(fā)生器,鍋爐轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行,防止因等離子點火器斷弧造成C磨煤機(jī)跳閘。圖3為2003年10月23日23:24:00機(jī)組調(diào)試階段啟動過程中等離子點火燃燒器投用后主蒸汽升溫升壓曲線。圖中第0min等離子發(fā)生器開始拉弧,拉弧前共4只油槍運(yùn)行;第4min啟動磨煤機(jī);第10min退出2只油槍;第16min退出第3只油槍;第26min退出最后一只油槍全燒煤粉。從圖中可以看出C磨啟動后主蒸汽溫度升高很快,隨著油槍及時退出運(yùn)行,燃燒調(diào)整,主汽升溫、升壓速率得到控制。該鍋爐可以在等離子點火裝置投入運(yùn)行時,僅C磨運(yùn)行、C給煤機(jī)給煤量為13～16t/h,通過燃燒調(diào)整鍋爐可斷油全燒煤粉,煤粉著火正常,燃燒穩(wěn)定,爐膛負(fù)壓穩(wěn)定,金屬壁溫正常,鍋爐升溫升壓速率可滿足冷態(tài)啟動曲線的要求。3.32等離子發(fā)生器2003年11月1日00:28:00,機(jī)組負(fù)荷降到115MW,啟動四角等離子發(fā)生器,按規(guī)程要求平穩(wěn)降溫降負(fù)荷。03:05:00電負(fù)荷降到0,發(fā)電機(jī)解列,等離子點火系統(tǒng)退出運(yùn)行,停運(yùn)電除塵,鍋爐停爐。整個滑參數(shù)停機(jī)過程中完全使用等離子點火助燃,沒有投用油槍,鍋爐燃燒穩(wěn)定。3.4號機(jī)組啟動節(jié)約項目恒運(yùn)電廠6號機(jī)組是廣東省內(nèi)首臺成功應(yīng)用等離子點火技術(shù)的機(jī)組,與該廠7號機(jī)組(鍋爐和制粉系統(tǒng)完全相同)相比整組啟動調(diào)試節(jié)約用油共計200t。鍋爐冷態(tài)啟動,可以實現(xiàn)早啟動制粉系統(tǒng)、早退油槍、早投電除塵器,啟動每次平均耗油減少20～25t;機(jī)組滑停低負(fù)荷助燃完全不用燃油。4華臺電站離子燃燒分析4.1燃煤鍋爐系統(tǒng)國華臺山電廠一期工程3號機(jī)組(600MW)鍋爐為上海鍋爐廠有限公司制造的SG2028/17.5-M907型亞臨界參數(shù)П型汽包爐,采用控制循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、四角切圓燃燒方式、燃燒器擺動調(diào)溫、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置燃煤鍋爐。鍋爐采用冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng),配置6臺HP983型中速磨煤機(jī),5臺運(yùn)行,1臺備用。磨煤機(jī)最低出力15.6t/h,最低通風(fēng)量68.7t/h。鍋爐燃煤特性如表2。鍋爐還設(shè)計有3層油燃燒器,燃油采用0號輕柴油。該鍋爐將最下層4支煤粉燃燒器(對應(yīng)F磨煤機(jī))改造為等離子燃燒器,等離子發(fā)生器安裝在燃燒器側(cè)面。臺山電廠3號機(jī)組與恒運(yùn)電廠6號機(jī)組等離子點火系統(tǒng)總體設(shè)計是相同的,最大不同點是在F磨入口熱風(fēng)調(diào)節(jié)門前水平風(fēng)道內(nèi)安裝了立式蒸汽加熱器,加熱蒸汽來自輔助蒸汽聯(lián)箱。這解決了冷爐制粉熱一次風(fēng)來源問題,使鍋爐無油點火具備了條件。蒸汽加熱器布置見圖4。4.26煤粉火焰和鍋爐升溫2005年8月15日,3號鍋爐進(jìn)行鍋爐吹管冷態(tài)啟動。爐膛吹掃完成MFT復(fù)位后,將F磨煤機(jī)的運(yùn)行模式切換到“等離子運(yùn)行方式”。啟動任一臺一次風(fēng)機(jī)。全開蒸汽加熱器進(jìn)汽閥門,投入蒸汽加熱器運(yùn)行。調(diào)節(jié)F磨煤機(jī)入口風(fēng)量達(dá)最低通風(fēng)量(70～80t/h),按順序啟動1～4號等離子點火器,調(diào)節(jié)電弧功率在100kW左右。啟動F磨煤機(jī),以3℃/min的升溫速率將出口溫度逐漸上升至65℃～75℃,暖磨10min。調(diào)節(jié)等離子燃燒器周界風(fēng),維持風(fēng)門在15%開度,為控制溫升,上部二次風(fēng)門要適當(dāng)開大,其它二次風(fēng)門按正常運(yùn)行時調(diào)整。啟動F給煤機(jī),初始給煤量24～25t/h,以使在最佳煤粉濃度0.3～0.52kg/kg范圍內(nèi)下點火。點火初期就地安排專人觀察等離子燃燒器的煤粉燃燒情況。給煤機(jī)啟動后60～90s,等離子點火專用的四分割畫面火焰電視即可看到煤粉火焰,此時應(yīng)立即減小給煤量到磨煤機(jī)的最低允許煤量15～16t/h,防止鍋爐升溫升壓過快。投入電除塵器和干除灰系統(tǒng)運(yùn)行。鍋爐點火約1.5h后,空氣預(yù)熱器出口一次風(fēng)溫100℃以上時即可關(guān)閉蒸汽加熱器進(jìn)汽閥,依靠自身空氣預(yù)熱器能維持C磨出口溫度在60℃左右,滿足了制粉干燥需要。在規(guī)程規(guī)定的升壓升溫速率范圍內(nèi),根據(jù)吹管工作的需要,逐步增加F給煤機(jī)給煤率到27t/h,同時注意通過F磨通風(fēng)量的調(diào)整,適當(dāng)提高一次風(fēng)速,等離子燃燒器火焰的理想狀態(tài)是粉包火,即燃燒器的根部及輪廓是粉,中間及前部是火,這樣能保證燃燒器不結(jié)渣、不超溫。維持吹管3次/h,在此工況下完成了鍋爐吹管工作。運(yùn)行過程中若發(fā)生任一角斷弧或失去火檢時,聯(lián)鎖關(guān)閉F磨煤機(jī)對應(yīng)的出口關(guān)斷門,切斷該角等離子燃燒器的來粉,這樣既能避免爐膛爆燃保證了鍋爐燃燒安全,又不用投油槍助燃,節(jié)約了燃油。F磨煤機(jī)4個出口粉管的一個關(guān)斷門關(guān)閉,制粉系統(tǒng)通風(fēng)阻力增大,使F磨煤機(jī)通風(fēng)量稍減少,另外3個角的一次風(fēng)速會有所升高,但煤粉濃度變化不大,因此對其它3個角的著火影響不大。任二個角斷弧或失去火檢時,聯(lián)鎖跳閘F磨煤機(jī)。圖5為2005年8月15日鍋爐吹管冷態(tài)啟動過程中等離子點火后升溫升壓曲線。17:31:00鍋爐點火,20:46:00鍋爐因給煤機(jī)跳閘滅火。23:43:00鍋爐重新點火。次日2:02:00鍋爐壓力達(dá)到5MPa,開始第一次正式吹管。點火開始至33min,升溫率1.356℃/min。23:43:00鍋爐重新點火后升溫率1.248℃/min,升壓率0.0326MPa/min。鍋爐升溫升壓速率可滿足冷態(tài)啟動曲線的要求(點火開始至30min升溫速度<2℃/min;30min至達(dá)到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)參數(shù)升溫速度2.2～2.5℃/min;升壓速率<0.06MPa/min)。4.3節(jié)約燃料的計算臺山電廠3號機(jī)組在國內(nèi)首次實現(xiàn)了600MW鍋爐冷態(tài)無油點火啟動,在國內(nèi)首次實現(xiàn)整個吹管過程沒有燃用輕油。鍋爐吹管共39次,燒煤741t,除塵器第一電場灰含碳量26.32%,撈渣機(jī)僅撈出不到50kg煤矸石。照此計算相當(dāng)于節(jié)約燃油310t。臺山電廠3號機(jī)組使用等離子點火系統(tǒng)完成了整組啟動空負(fù)荷試運(yùn)、帶負(fù)荷試運(yùn)和甩負(fù)荷試驗,整個調(diào)試期間實現(xiàn)零油耗,等離子點火系統(tǒng)完全取代了傳統(tǒng)燃油系統(tǒng)。4.4鍋爐膨脹穩(wěn)定臺山電廠3號機(jī)組在鍋爐吹管等離子無油點火期間,鍋爐升溫升壓速率可滿足冷態(tài)啟動曲線的要求;鍋爐膨脹順暢,沒有發(fā)現(xiàn)膨脹受阻現(xiàn)象;煤粉著火正常,燃燒穩(wěn)定,爐膛負(fù)壓穩(wěn)定,無滅火打炮和二次燃燒現(xiàn)象;煙溫探針測得的最高煙溫值是513℃,滿足再熱器干燒時煙溫低于540℃的要求,金屬壁溫沒有超溫報警現(xiàn)象?？梢缘贸鲞@樣的結(jié)論:等離子點火能夠滿足鍋爐安全的要求。4.5在風(fēng)扇上，引入了分離和子燃燒系統(tǒng)的問題4.5.1臺低壓盤開關(guān)互換后跳閘情況運(yùn)行過程中在4臺等離子相同輸入、相同輸出(輸出直流320A,95kW)的條件下,4號角整流柜多次跳閘。檢查發(fā)現(xiàn)4臺低壓盤開關(guān)額定容量及定值均相同,將備用開關(guān)與4號低壓開關(guān)互換,互換后跳閘現(xiàn)象消失。分析認(rèn)為跳閘原因是低壓盤開關(guān)質(zhì)量問題。4.5.2等離子體減速劑燃燒篩選吹管過程中等離子發(fā)生器在工作中出現(xiàn)多次斷弧現(xiàn)象。引起等離子斷弧的原因較多,如等離子發(fā)生器的陰極使用壽命短,使用50h以上時容易發(fā)生陰極燒壞斷弧。吹管結(jié)束停爐后對等離子燃燒器進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)燃燒器內(nèi)筒結(jié)渣,部分堵塞了電弧出口,這是導(dǎo)致容易斷弧的主要原因。載體風(fēng)壓偏低影響等離子發(fā)生器的穩(wěn)定工作,這是導(dǎo)致容易斷弧的次因。載體風(fēng)壓原來7kPa,后來運(yùn)行時調(diào)整提高到8kPa以上。吹管過程中等離子燃燒器的壁溫(后壁溫)最高時140℃,應(yīng)適當(dāng)提高一次風(fēng)速,降低等離子發(fā)生器功率,以避免等離子燃燒器積粉、結(jié)焦,一定要避免等離子燃燒器結(jié)焦燒毀。4.5.3全火焰喪失mft等離子無油點火第一次啟動給煤機(jī)時,FSSS發(fā)出鍋爐全火焰喪失MFT。原因是在不投油的情況下,當(dāng)F給煤機(jī)啟動后,需要約60～90s時間,磨煤機(jī)制出的煤粉才能點著火,這時會發(fā)出全火焰喪失MFT信號。問題解決方法:在MFT全火焰喪失邏輯里,“F磨等離子模式”下給煤機(jī)啟動后增加120s延時,才將火焰喪失保護(hù)投入;正常點火方式時保持原邏輯不變。4.6等離子燃燒能力試驗吹管期間進(jìn)行了1號和3號角變點火功率試驗:保持電壓300V不變,輸出電流,從340A降至320A、300A、290A、280A、260A,最低250A,仍能保持等離子燃燒器燃燒穩(wěn)定。為提高陰極壽命、降低電氣系統(tǒng)的損耗、防止燃燒器的結(jié)渣超溫,在等離子弧穩(wěn)定,能保證點火效果的情況下,應(yīng)盡量降低電流設(shè)定值。吹管期間進(jìn)行了等離子燃燒器點火能力試驗:給煤量由16t/h逐步將減低到11t/h,維持10min,4個等離子燃燒器煤粉著火正常,但是F磨煤機(jī)開始振動大,不能維持正常運(yùn)行。逐步增加給煤量到39t/h,維持10min,4個等離子燃燒器煤粉著火正常,煙溫探針顯示爐膛煙溫由380℃迅速上升超過540℃,被迫降低給煤量,停止試驗。這說明等離子燃燒器的點火出力范圍較大,點火能量能夠滿足機(jī)組啟動第二臺磨煤機(jī)升負(fù)荷的需要。5等離子點火系統(tǒng)的應(yīng)用(1)恒運(yùn)電廠6號鍋爐安裝等離子點火系統(tǒng)后,需保留一層點火用油槍,用來暖爐和產(chǎn)生制粉用熱一次風(fēng);與同類型鍋爐冷態(tài)啟動對比,可以早啟動制粉系統(tǒng)、早退油槍、早投電除塵器,啟動平均耗油減少20～25t,鍋爐升溫升壓速率可滿足冷態(tài)