等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)在電廠鍋爐上的應(yīng)用

等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)在電廠鍋爐上的應(yīng)用

0空氣等離子體的工作原理離子燃燒技術(shù)是一種新型的燃燒技術(shù)。其原理是利用一定的壓力將空氣用作介質(zhì)，并在輸出和強(qiáng)磁場的控制下獲得穩(wěn)定的流動(dòng)空氣噪聲。當(dāng)這些因素通過點(diǎn)火燃燒時(shí)，它們會(huì)形成局部高溫，當(dāng)碳粉通過時(shí)，它們會(huì)迅速燃燒，并將其噴入爐室。廣州恒運(yùn)電廠6號(hào)鍋爐在廣東省內(nèi)首次采用等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng),在機(jī)組啟動(dòng)、滑停和低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí),燃燒穩(wěn)定,節(jié)油顯著。1等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)廣州恒運(yùn)電廠6號(hào)爐為油改煤的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,配210MW機(jī)組。該爐采用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(hào)輕柴油。制粉系統(tǒng)為正壓直吹式,配5臺(tái)ZGM80G型中速輥式磨煤機(jī),4用1備,每臺(tái)磨煤機(jī)帶1層煤燃燒器。鍋爐設(shè)計(jì)燃料為山西大同煙煤。4支等離子燃燒器分別裝在鍋爐A層4支主燃燒器位置。等離子點(diǎn)火器安裝在燃燒器側(cè)面,可以通過DCS或觸摸屏進(jìn)行控制。單套等離子設(shè)備的基本參數(shù)如下:a.電源三相電源:380+10%?5%-5%+10%V頻率:50±2%Hz最大消耗功率:200kV·A負(fù)荷電流工作范圍:(200～375)±2%A電弧電壓調(diào)節(jié)范圍:(250～400)±5%Vb.壓縮空氣最低/高氣壓:0.1/0.4MPa調(diào)節(jié)閥后空氣壓力調(diào)節(jié)范圍:0.08～0.2MPa最小/大消耗量:60/100m3/hc.冷卻水最小/大壓力:0.15/0.4MPa正常壓力:0.20MPa最大流量:10t/hd.水質(zhì)要求除鹽水,溫度≤40℃e.點(diǎn)火器電功率最低輸出功率:60～150kW額定輸出功率:110kWf.一次風(fēng)最低/高風(fēng)速:18/30m/s最低風(fēng)溫:65℃g.二次風(fēng)風(fēng)速50m/s等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)包括點(diǎn)火系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)2大部分。點(diǎn)火系統(tǒng)由等離子燃燒器、等離子點(diǎn)火器、電源控制柜、隔離變壓器、控制系統(tǒng)等組成;輔助系統(tǒng)由壓縮空氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)等組成。2等離子點(diǎn)火點(diǎn)火器在機(jī)組啟動(dòng)之前的運(yùn)行情況6號(hào)爐采用直吹式制粉系統(tǒng),由于暫未設(shè)計(jì)用蒸汽制熱風(fēng)或從鄰爐引入熱風(fēng)系統(tǒng),因而要先按常規(guī)投入不超過4支油槍暖爐約1h左右,以產(chǎn)生制粉用熱風(fēng),而后才能投用等離子點(diǎn)火系統(tǒng)。調(diào)節(jié)磨煤機(jī)入口風(fēng)量,維持磨煤機(jī)出口一次風(fēng)風(fēng)速在20～24m/s左右。調(diào)節(jié)A層燃燒器周界風(fēng),維持此層周界風(fēng)門在15%開度。按順序啟動(dòng)1～4號(hào)等離子發(fā)生器,調(diào)節(jié)電弧功率在100kW左右。將磨煤機(jī)的運(yùn)行模式切換到“等離子運(yùn)行方式”,滿足啟動(dòng)條件后啟動(dòng)制粉系統(tǒng)。磨煤機(jī)最小出力為7.47t/h,實(shí)際上可以比該值小一些,在鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)之初,這樣的給煤量點(diǎn)燃噴入爐膛,會(huì)造成鍋爐升溫、升壓速率的較難控制、水冷壁受熱不均等問題。這就要求給煤量不能增加太快,給煤機(jī)啟動(dòng)后要保持在最低轉(zhuǎn)速,逐步增加到給煤量14～17t/h,達(dá)到等離子點(diǎn)火合適的一次風(fēng)煤粉濃度,同時(shí)注意維持磨煤機(jī)出口溫度80～85℃。等離子點(diǎn)火燃燒器投入運(yùn)行的初期,要注意觀察火焰的燃燒情況、電源功率的波動(dòng)情況,發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。點(diǎn)火正常后在保證安全的條件下應(yīng)盡快退出運(yùn)行的油槍,注意進(jìn)行上層二次風(fēng)的調(diào)整,防止鍋爐升溫、升壓速率過快、水冷壁受熱不均、再熱器系統(tǒng)超溫等問題。若等離子點(diǎn)火器發(fā)生斷弧時(shí),運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)投入斷弧點(diǎn)火器上層的油槍,同時(shí)應(yīng)認(rèn)真檢查斷弧原因,待問題解決后再繼續(xù)投入。當(dāng)鍋爐負(fù)荷升至最低穩(wěn)燃負(fù)荷以上且等離子點(diǎn)火器在運(yùn)行狀態(tài)時(shí),應(yīng)及時(shí)將磨煤機(jī)運(yùn)行方式切至正常運(yùn)行方式,防止因等離子點(diǎn)火器斷弧造成磨煤機(jī)跳閘。圖1為2003年10月23日23時(shí)24分機(jī)組啟動(dòng)過程中等離子點(diǎn)火燃燒器投用后主蒸汽升溫升壓及爐膛負(fù)壓波動(dòng)曲線。圖中第0min等離子點(diǎn)火器開始拉弧,拉弧前共4只油槍運(yùn)行;第4min啟動(dòng)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1只油槍全燒煤粉。從圖中可以看出C磨(對(duì)應(yīng)A層等離子燃燒器)啟動(dòng)后主蒸汽溫度升高很快,隨著油槍及時(shí)退出運(yùn)行,主汽升溫、升壓速率得到控制;爐膛負(fù)壓波動(dòng)在正常范圍。該爐可以在等離子點(diǎn)火裝置投入運(yùn)行時(shí),僅C磨運(yùn)行、C給煤機(jī)給煤量為14～17t/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(dòng)曲線的要求。3經(jīng)濟(jì)效益比較分析3.1測試費(fèi)用該廠7號(hào)機(jī)組和6號(hào)機(jī)組是同類型機(jī)組,鍋爐型號(hào)和制粉系統(tǒng)完全相同,2002年8月投產(chǎn)。7號(hào)爐未安裝等離子點(diǎn)火系統(tǒng),低負(fù)荷穩(wěn)燃用油每天約10t,全年按150d計(jì)算。200MW機(jī)組試運(yùn)期間燃油消耗的標(biāo)準(zhǔn)定量為1500t,而如果在試運(yùn)期間投入等離子點(diǎn)火系統(tǒng),可以將整個(gè)試運(yùn)期間的燃油消耗控制在500t以內(nèi)。以下計(jì)算取:燃油價(jià)格為0.4萬元/t,燃油的低位發(fā)熱量為4.145×104kJ/kg,設(shè)計(jì)煤種低位發(fā)熱量為20315kJ/kg,原煤價(jià)格為0.028萬元/t,廠用電價(jià)格為0.3元/kW·h。7號(hào)爐按常規(guī)方法試運(yùn)及投產(chǎn)當(dāng)年運(yùn)行所需燃油耗費(fèi)計(jì)算:試運(yùn)燃油消耗:1000t低負(fù)荷穩(wěn)燃用油:10×150=1500t燃油耗費(fèi):0.4×(1000+1500)=1000萬元6號(hào)爐安裝等離子點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)和投產(chǎn)當(dāng)年所需費(fèi)用計(jì)算:a.燃油耗費(fèi):試運(yùn)燃油消耗:500t,耗費(fèi):0.4×500=200萬元b.原煤耗費(fèi):比7號(hào)爐節(jié)約燃油數(shù)量為2000t,則按發(fā)熱量相等的原則所需的原煤費(fèi)用為:(4.145×104×2000)×0.028/20315=114.26萬元c.耗電費(fèi)用:原煤消耗:(4.145×104×2000)/20315=4080.7t。制粉單耗取7號(hào)爐性能試驗(yàn)結(jié)果:8.0kW·h/t。等離子燃燒器耗電:20kW·h/t,費(fèi)用:4080.7×(20+8.0)×0.3=3.43萬元d.等離子點(diǎn)火系統(tǒng)購買、安裝、調(diào)試費(fèi):360萬元e.全年陰、陽極消耗、維護(hù)費(fèi)用約:25萬元在試運(yùn)期間及投產(chǎn)當(dāng)年6號(hào)爐比7號(hào)爐節(jié)約投資:1000-200-114.26-3.43-360-25=297.31萬元從以上計(jì)算分析可以看出如果是大容量機(jī)組或調(diào)峰機(jī)組,經(jīng)濟(jì)效益將更為可觀,但對(duì)非調(diào)峰的小機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性尚需另行分析。3.2電除塵器按照常規(guī),鍋爐純燒油或油煤混燒時(shí),尾部二次燃燒的可能性較大,同時(shí)為避免未燃盡的油滴粘污電極,鍋爐電除塵器無法正常投入,大量煙塵直接排放到大氣中,給環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染,煙氣中的粉塵會(huì)對(duì)鍋爐受熱面和引風(fēng)機(jī)葉片造成磨損。采用等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng),電除塵器可以在鍋爐點(diǎn)火初期正常投入,大大減少粉塵的排放量,避免了環(huán)境污染,同時(shí)由于無油助燃鍋爐尾部二次燃燒的可能性大大減小,帶來了顯著的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。4故障點(diǎn)時(shí)的備用問題該廠6號(hào)爐不能實(shí)現(xiàn)機(jī)組無油點(diǎn)火啟動(dòng),仍需保留1層油槍,主要是考慮制粉熱風(fēng)來源問題和等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)的備用問題。等離子燃燒器電流、電壓波動(dòng)較大、陰極使用期僅50h,系統(tǒng)任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題就無法進(jìn)行點(diǎn)火,這降低了系統(tǒng)的可靠性。5對(duì)電廠運(yùn)行的影響5.1該廠6號(hào)爐安裝等離子點(diǎn)火系統(tǒng)后,可以實(shí)現(xiàn)1臺(tái)磨煤機(jī)低負(fù)荷斷油穩(wěn)燃運(yùn)行,調(diào)試時(shí)最低斷油穩(wěn)燃負(fù)荷30MW,鍋爐著火正常,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啟動(dòng)曲線的要求。5.2采用等離子點(diǎn)火系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益顯著,在基建調(diào)試階段采用效益更好,能為電廠節(jié)