等離子無油點(diǎn)火系統(tǒng)在火電廠中的應(yīng)用

等離子無油點(diǎn)火系統(tǒng)在火電廠中的應(yīng)用

鍋爐的啟動(dòng)、停止和低負(fù)荷輔助燃料的使用是電氣廠能耗的重要組成部分。為了降低油耗，降低運(yùn)營(yíng)成本。2004年，江蘇鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司在三個(gè)項(xiàng)目（5號(hào)和6號(hào)桿）中采用了無油在線燃燒系統(tǒng)。在5號(hào)爐沖管階段(共沖管16次)采用等離子點(diǎn)火裝置進(jìn)行點(diǎn)火及低負(fù)荷穩(wěn)燃,共用去燃油168t,燃煤5000t,而同類型機(jī)組沖管階段投用油槍,共消耗4000t0號(hào)柴油,扣除投用等離子點(diǎn)火裝置及相關(guān)輔助系統(tǒng)設(shè)備多消耗的廠用電,僅鍋爐沖管階段就能產(chǎn)生很大經(jīng)濟(jì)效益,因此在機(jī)組投用初期就使用等離子點(diǎn)火裝置,在沖管階段就可以收回投資。1等離子體電弧點(diǎn)火控制系統(tǒng)等離子點(diǎn)火裝置(見圖1)是通過大功率電弧直接點(diǎn)燃煤粉,實(shí)行分級(jí)燃燒,由電弧引燃經(jīng)濃淡分離后的濃煤粉,再由已燃燒的煤粉點(diǎn)燃二級(jí)內(nèi)筒中經(jīng)過的煤粉,最后經(jīng)濃淡分離后的淡煤粉在補(bǔ)入二次風(fēng)的支持下,由已燃燒的煤粉火焰點(diǎn)燃。通過控制適當(dāng)?shù)拿毫?及合理的風(fēng)粉分配,良好地控制鍋爐的升溫升壓速度,當(dāng)爐膛溫度達(dá)到允許值時(shí),適時(shí)投入其它層的燃燒器,安全可靠地啟動(dòng)鍋爐。在低負(fù)荷時(shí),及時(shí)投入等離子點(diǎn)火裝置,起到良好的穩(wěn)燃效果。該裝置以火檢冷卻風(fēng)為載體獲得等離子體電弧點(diǎn)燃煤粉,并用除鹽水對(duì)電極及線圈進(jìn)行冷卻。燃燒器壁面以周界風(fēng)包圍火焰,防止燃燒器壁面被燒壞。2設(shè)備和系統(tǒng)的總結(jié)2.1鍋爐燃料和燃燒方法鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司5號(hào)、6號(hào)爐是由上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的600MW超臨界鍋爐,鍋爐為可變壓運(yùn)行的螺旋管圈直流爐,單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)П型鍋爐,制粉系統(tǒng)為直吹式送粉,設(shè)計(jì)煤種為神府煤,在B層四個(gè)角的燃燒器采用等離子點(diǎn)火裝置。采用中速磨煤機(jī)冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng),每臺(tái)爐配6臺(tái)中速磨煤機(jī),燃燒設(shè)計(jì)煤種時(shí),5臺(tái)運(yùn)行,1臺(tái)備用。每臺(tái)磨煤機(jī)帶鍋爐的一層燃燒器。磨煤機(jī)最小出力15.25t/h。2.2等離子發(fā)生器cs該系統(tǒng)由以下幾部分組成:(1)等離子發(fā)生器:采用集開放式磁穩(wěn)與機(jī)械、電磁壓縮于一體復(fù)合結(jié)構(gòu);(2)電源:等離子直流供電系統(tǒng)分別由電氣供電系統(tǒng)、隔離變壓器和整流柜三大部分組成;(3)燃燒器:采用兼有等離子點(diǎn)火功能主燃燒器的方案,在鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃期間,該燃燒器具有等離子點(diǎn)火和穩(wěn)燃功能;在鍋爐正常運(yùn)行時(shí),該燃燒器具有主燃燒器功能。等離子發(fā)生器采用軸向插入方式;(4)控制系統(tǒng):包括等離子載體風(fēng)及冷卻水、等離子的點(diǎn)火器的控制,以及等離子操作控制納入DCS系統(tǒng),成為DCS控制系統(tǒng)的一部分;(5)風(fēng)粉系統(tǒng):由HP型磨煤機(jī)直接送粉;(6)輔助系統(tǒng):冷卻水系統(tǒng)和壓縮空氣系統(tǒng)。2.3燃料及其系統(tǒng)(1)煤粉分級(jí)燃燒及燃燒技術(shù)由等離子發(fā)生器、中心筒一級(jí)燃燒室、內(nèi)套筒二級(jí)燃燒室、方形外套筒等部分組成。由中心筒一級(jí)燃燒室引入濃縮后的含粉氣流,等離子電弧與煤粉在此發(fā)生強(qiáng)烈的電化學(xué)反應(yīng),煤粉裂解,產(chǎn)生大量揮發(fā)分并被點(diǎn)燃;在揮發(fā)分及煤粉內(nèi)套筒二級(jí)燃燒室繼續(xù)燃燒,并將后續(xù)引入的煤粉點(diǎn)燃,實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒;外套筒內(nèi)利用高速含粉氣流冷卻二級(jí)燃燒室,同時(shí)將部分煤粉推入爐膛燃燒。燃燒器設(shè)壁溫監(jiān)視測(cè)點(diǎn),便于隨時(shí)對(duì)壁溫進(jìn)行調(diào)整,既有利于點(diǎn)火又可防止燃燒器被燒壞。采用兼有等離子點(diǎn)火功能主燃燒器的方案,將B層4臺(tái)主燃燒器改造為兼有等離子點(diǎn)火功能的燃燒器。在鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃期間,該燃燒器具有等離子點(diǎn)火和穩(wěn)燃功能;在鍋爐正常運(yùn)行時(shí),該燃燒器具有主燃燒器功能。(2)引弧風(fēng)及火檢冷卻風(fēng)將鍋爐火檢冷卻風(fēng)機(jī)擴(kuò)容,供等離子載體風(fēng),母管風(fēng)壓6～8kPa,就近接入等離子發(fā)生器,等離子圖像火檢探頭冷卻風(fēng)也來自原火檢風(fēng)機(jī)。燃燒器及油槍火檢所需風(fēng)量約2000m3/h,等離子點(diǎn)火裝置的引弧風(fēng)和火檢冷卻風(fēng)需要1200m3/h。引弧風(fēng)及火檢冷卻風(fēng)采用爐本體火檢冷卻風(fēng)機(jī)氣源,火檢風(fēng)機(jī)的選型根據(jù)等離子點(diǎn)火裝置氣壓的要求選取,氣壓9.0kPa,風(fēng)量5000m3/h。實(shí)踐證明,用離心風(fēng)機(jī)提供等離子載體,電弧更平穩(wěn),點(diǎn)火效果較好,也簡(jiǎn)化了系統(tǒng)。(3)等離子點(diǎn)火裝置冷卻水采用全廠閉式除鹽冷卻水,母管水壓為0.55MPa(母管安裝標(biāo)高10m),回水母管壓力為0.25MPa,等離子點(diǎn)火裝置安裝標(biāo)高為28m,考慮到等離子點(diǎn)火裝置要求進(jìn)回水壓差在0.2MPa左右,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,在等離子裝置的冷卻水母管上加裝增壓泵。(4)全爐硫火焰采集在等離子燃燒器上,二次風(fēng)道中各安裝一個(gè)帶CCD攝像機(jī)的火檢探頭,其視頻信號(hào)送至集控室內(nèi)四畫面分割器,經(jīng)處理后一路送到視頻切換器,再進(jìn)原全爐膛火焰電視,在點(diǎn)火初期同時(shí)監(jiān)視4個(gè)等離子點(diǎn)火裝置的火焰,并可以隨時(shí)切換至全爐膛火焰。(5)口風(fēng)道風(fēng)道采用蒸汽加熱器來熱風(fēng)冷爐制粉,從A磨入口風(fēng)道引一路旁路風(fēng)至B磨入口,在旁路風(fēng)道上安裝有暖風(fēng)器,通過輔助蒸汽加熱一次風(fēng),以保證磨煤機(jī)在啟動(dòng)時(shí)的熱一次風(fēng)量。(6)次測(cè)壓裝置為便于等離子煤粉燃燒器風(fēng)速的控制,在用于等離子點(diǎn)火的4根一次風(fēng)管上各安裝一套風(fēng)速在線監(jiān)測(cè)裝置,用于在線監(jiān)測(cè)一次風(fēng)速,方便運(yùn)行人員進(jìn)行燃燒調(diào)整。一次測(cè)壓元件為靠背式動(dòng)壓測(cè)定管。整個(gè)系統(tǒng)的控制通過安裝于主控室的PLC完成,顯示和控制由DCS完成。一次風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng)中電磁閥、差壓變送器、過濾減壓閥集中布置在一次風(fēng)速測(cè)量柜中,只需接入吹掃壓縮空氣、差壓信號(hào)管即可。2.4系統(tǒng)控制和保護(hù)由于目前等離子在使用過程中,或多或少會(huì)發(fā)生斷弧現(xiàn)象,為此更改和完善了控制邏輯和保護(hù),確保了鍋爐燃燒安全。(1)等離子發(fā)生器不被燒損等離子電弧啟動(dòng)、停止程控、功率自動(dòng)調(diào)節(jié)及各參數(shù)顯示;自動(dòng)保護(hù)等離子發(fā)生器不被燒損;等離子陰極、陽極運(yùn)行時(shí)間累計(jì),提示陰極壽命;等離子裝置故障記錄;燃燒器壁溫監(jiān)視,超溫報(bào)警;一次風(fēng)速在線檢測(cè);聯(lián)鎖保護(hù)功能,與FSSS接口;聯(lián)鎖通訊功能,納入DCS控制系統(tǒng)。(2)等離子裝置啟動(dòng)模式鍋爐運(yùn)行時(shí),燃燒器的火焰保護(hù)仍采用鍋爐FSSS系統(tǒng),但在FSSS中設(shè)計(jì)B磨煤機(jī)“正常運(yùn)行模式”與“等離子運(yùn)行模式”兩種運(yùn)行模式,并可相互切換;邏輯置“等離子模式”時(shí)等離子發(fā)生器工作,邏輯置“正常模式”時(shí),等離子發(fā)生器停用,等離子燃燒器作為主燃燒器使用?！暗入x子運(yùn)行模式”運(yùn)行時(shí):①B磨煤機(jī)FSSS啟動(dòng)條件中增加由等離子裝置可編程控制器S7-300送來的等離子發(fā)生器工作正常信號(hào),略去油燃燒器著火的條件;②當(dāng)給煤機(jī)B負(fù)荷大于50%,且四角等離子拉弧正常時(shí),A、C層磨煤機(jī)啟動(dòng)均滿足點(diǎn)火能量啟動(dòng)條件;③在主控室光子牌上增加“等離子點(diǎn)火裝置故障”信號(hào),任一臺(tái)等離子點(diǎn)火裝置異常,S7-300送信號(hào)至光字牌發(fā)聲光報(bào)警,并自動(dòng)將斷弧燃燒器所對(duì)應(yīng)的油槍點(diǎn)燃;④任意兩角等離子裝置工作故障導(dǎo)致斷弧時(shí),投四根油槍,按先進(jìn)1,3號(hào)角,5s后進(jìn)2,4號(hào)角,等待20s,如果投入油槍火檢小于等于2/4,跳B磨;⑤任意大于等于3/4角等離子裝置工作故障,且油槍火檢小于等于2/4,延時(shí)20s跳B磨;⑥如B磨煤機(jī)跳閘,聯(lián)跳給煤機(jī),聯(lián)關(guān)磨煤機(jī)出口氣動(dòng)門,等離子點(diǎn)火器跳閘;若磨煤機(jī)運(yùn)行總數(shù)為1～2臺(tái)時(shí),將同時(shí)投入4根AB層油槍助燃;⑦其它燃料層火嘴按FSSS正常保護(hù)進(jìn)行控制?！罢＿\(yùn)行模式”下的所有層均按照FSSS正常保護(hù)進(jìn)行控制。鍋爐MFT時(shí),按FSSS方式保護(hù)動(dòng)作,同時(shí)等離子點(diǎn)火器跳閘。3等離子發(fā)生器投用初期t該等離子點(diǎn)火裝置在鎮(zhèn)江發(fā)電有限公司5號(hào)爐沖管階段投入使用,在整個(gè)沖管階段用于啟動(dòng)點(diǎn)火及低負(fù)荷穩(wěn)燃,共用去燃油168t,燃煤5000t。在投用初期曾出現(xiàn)1號(hào)、3號(hào)、4號(hào)角陽極燒壞現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)運(yùn)行工況氣壓為6.0kPa,進(jìn)水壓力為0.6MPa,回水壓力為0.2MPa。原因可能是由于等離子發(fā)生器采用軸向插入方式,陰極管路較長(zhǎng),氣壓降較大,至放電腔室時(shí)氣壓偏低。另外陽極也有質(zhì)量問題。為此,對(duì)原火檢冷卻風(fēng)管路進(jìn)行修改,使等離子點(diǎn)火裝置入口氣壓達(dá)8.0kPa,并對(duì)陽極進(jìn)行更換,此后點(diǎn)火器拉弧穩(wěn)定。4b磨煤機(jī)點(diǎn)火啟動(dòng)時(shí)利用暖風(fēng)器加熱風(fēng)溫至110°C,汽源壓力維持在0.7MPa,15min后就可投用等離子啟弧。正常拉弧后,電弧電流在300A左右,電壓在260V左右,運(yùn)行時(shí)陰陽極之間的距離為50mm;當(dāng)啟動(dòng)B磨煤機(jī)后將出力很快帶至20～25t/h,根據(jù)加熱用汽的使用情況能夠使磨煤機(jī)出口煤粉溫度達(dá)到65°C以上;從冷爐點(diǎn)火到形成穩(wěn)定的火焰大概需要50s以上,而熱爐則短一些,需要40s以上。B層噴燃器出粉10～20s時(shí),火嘴即著火正常,現(xiàn)場(chǎng)觀察火焰明亮,著火穩(wěn)定;當(dāng)B磨煤機(jī)運(yùn)行出力至50%時(shí),即可任意啟動(dòng)A磨煤機(jī)或C磨煤機(jī),無須油槍助燃,燃燒工況正常。冷態(tài)點(diǎn)火30min后,飛灰含碳量一般在18%～25%間,60min后即降至2%～5%以下,期間鍋爐溫升正常,并且通過對(duì)啟動(dòng)初時(shí)給水量的調(diào)整,完全可以控制鍋爐溫升不超過2°C/min。曾進(jìn)行過幾次無油點(diǎn)火,在爐冷態(tài)時(shí)能夠完全實(shí)現(xiàn),而爐保護(hù)動(dòng)作后的熱態(tài)啟動(dòng)時(shí),則應(yīng)該謹(jǐn)慎一些,防止?fàn)t膛局部爆燃。5冷態(tài)啟動(dòng)的注意事項(xiàng)(1)等離子點(diǎn)火初期,能滿足鍋爐升溫和升壓曲線及著火特性,實(shí)際所需煤粉量大于磨煤機(jī)最小出力,投入煤粉量占BMCR工況耗煤量的7.5%。直流鍋爐在啟動(dòng)時(shí)就有30%啟動(dòng)水流量,該煤粉量能滿足鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)允許投入熱量要求。(2)啟動(dòng)初期煤燃燒效率較低,飛灰可燃物含量較高,特別需要防止尾部煙道再燃燒事故。因此在啟動(dòng)初期要連續(xù)投用空氣預(yù)熱器處蒸汽吹灰器,并及時(shí)啟動(dòng)除灰渣系統(tǒng)清除未燃盡物質(zhì)。停爐時(shí),應(yīng)采取大風(fēng)量通風(fēng)吹掃爐內(nèi)未燃盡的煤灰等。(3)正式點(diǎn)火時(shí)必須安排人到現(xiàn)場(chǎng)就地觀察燃燒器的著火情況。投煤到點(diǎn)燃的時(shí)間必須符合要求,當(dāng)任何一個(gè)燃燒器超過規(guī)定時(shí)間未能點(diǎn)燃,則應(yīng)停止啟動(dòng),進(jìn)行全爐膛吹掃,并分析未能點(diǎn)燃的原因后再次啟動(dòng)。(4)經(jīng)過實(shí)踐證明,在鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)無油點(diǎn)火。在熱態(tài)啟動(dòng)初期要根據(jù)爐膛溫度謹(jǐn)慎投用等離子點(diǎn)火器;在停爐吹掃時(shí)煤粉濃