大型机组等离子点火及稳燃技术的应用

北极星电力网技术频道作者:佚名 2008/5/9 16:56:26

关键词: 点火

摘要：结合山西省某扩建电厂（2×200 ＭＷ）工程初步设计，对锅炉启动点火、锅炉低负荷助燃的方式进行了探讨和分析，得出了采用等离子点火系统及低负荷稳燃技术节能效果明显的结论。
关键词：等离子点火；稳燃技术；节油

节约和替代燃料油，对缓解石油供需矛盾，保障国家经济安全具有重大的战略意义。国家电力公司制定了节油规划，在规划中明确提出“要加大力度重点抓好等离子点火技术的完善和推广应用，这是火电厂实现大幅度节油的重大技术措施”。
世界上许多国家都在致力于研究等离子点火燃烧器，以期减少火力发电机组的油耗。目前，等离子点火及稳燃技术已成功应用于近100台电站煤粉锅炉中。
等离子点火在新建机组上应用，节油效果特别明显。例如内蒙古托克托发电厂600ＭＷ机组投产中采用等离子点火，从首次点火至１号机组“168ｈ满负荷试运”完成，等离子点火装置共累计运行超过540ｈ，各项设备均性能稳定、工作正常，初期投入等离子点火系统时，锅炉燃烧效率达95以上。由于应用了等离子点火系统，在１号机组试运期间为电厂节约燃油达2000多t。

1 等离子点火技术基本原理
1.1 等离子点火机理
等离子点火装置是利用直流电流在介质气压0.004 ＭＰａ～0.03 ＭＰａ的条件下接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在专门设计的燃烧器中心燃烧筒中形成温度Ｔ＞5000Ｋ的、温度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1×10－3ｓ内迅速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少点燃煤粉所需要的引燃能量。等离子体内含有大量化学活性粒子，如原子（Ｃ，Ｈ，Ｏ）、原子团（ＯＨ，Ｈ２，Ｏ２）、离子（Ｏ２－，Ｈ２－，ＯＨ－，Ｏ－，Ｈ＋）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。
1.2 等离子点火系统
等离子点火系统由等离子燃烧器及其输粉系统，直流供电及控制系统，辅助系统和热工监控系统组成。
1.3 等离子发生器及工作原理
采用集开放式磁稳与机械、电磁压缩于一体的复合结构等离子发生器，其功率为５０ｋＷ～１５０ｋＷ连续可调。采用双拉伐尔喷管复式阳极，避免煤粉对其污染，其材料为具有高导热、高导电和不易氧化的特殊合金，寿命在１０００ｈ以上；阴极为高速喷嘴、强化冷却结构，材料由特殊合金与铜质材料组合而成。阴、阳极的磁稳线圈均为水冷结构。
等离子发生器为磁稳空气载体等离子发生器，它由线圈、阴极、阳极等组成。其中阴、阳极材料均采用具有高导电率、高导热率、耐氧化的金属材料制成。线圈在高温（２５０ ℃）情况下具有抗２０００Ｖ直流电压击穿能力。在冷却水及压缩空气满足条件后，首先设定电源的工作输出电流（３００Ａ～４００Ａ），当阴极在直线电机的推动下，与阳极接触后，电源按设定的工作电流工作，当输出电流达到工作电流后，直线电机推动阴极向后移动，当阴极离开阳极的瞬间，电弧建立起来，当阴极达到规定的放电间距后，在空气动力和磁场的作用下，装置产生稳定的电弧放电，生成等离子体。
1.4 等离子燃烧器
该燃烧器的特点：一是在内燃方式的基础上，利用双筒结构将部分煤粉推至燃烧器出口，在炉膛内燃烧。内外筒形成同心双层并联通道，有利于着火燃烧，降低飞灰含碳量。二是稳定可靠的点燃，确保点火过程中不爆燃、不二次燃烧。三是不影响主燃烧器的主要性能。四是燃烧器的出力可以在一定的范围内变动，从最大限度地节约燃油的角度考虑，在设计上该燃烧器能满足在锅炉冷态点火时投入，锅炉升温、升压速率能满足电厂运行规程的要求。五是燃烧器的外形主要尺寸与原燃烧器相同，便于燃烧器布置和与系统接口。

2 本工程机组概况
2.1 主要技术规范
采用超高压自然循环汽包锅炉，一次中间再热、单炉膛、全钢架悬吊结构，半露天布置。采用摆动式，水平浓淡燃烧器。
２×２００ＭＷ热电联产扩建工程提供的锅炉燃用煤质资料：
2.2 点火及助燃用油
油种：轻柴油；灰分：Ａｙ≤０．０２５％；
凝固点：０ ℃～－２０ ℃；闭口闪点：６５ ℃；
低位发热值：Ｑｎｅｔ．ａｒ４１８４０ｋＪ/ｋｇ。
油燃烧器的总输入量按３０％Ｂ－ＭＣＲ设计。点火系统，由高能电火花点燃轻油，然后点燃煤粉。油枪采用简单机械雾化喷嘴。
锅炉燃煤量（ＢＭＣＲ工况）：设计煤种为８６．８３ｔ/ｈ；校核煤种１为７８．７２ｔ/ｈ；校核煤种２为９５．４１ｔ/ｈ。

3 等离子点火系统方案
3.1 热风来源
热风来源首推联络风道，其优点是煤种适应性强，容易实现无油启动，维护量小；但需一次风机留有适当裕量（约１０００Ｐａ），而且首台机组还需设蒸汽加热器。
考虑在初期投１～２支油枪，点火１ｈ～２ｈ后，空气预热器可以产生一定的热风，此时投磨制粉，投入等离子点火系统，待燃烧稳定后退出燃油点火系统，靠等离子点火系统保证锅炉低负荷稳定燃烧。
3.2 等离子燃烧器的布置
采用兼有等离子点火功能主燃烧器的方案，将Ａ层４台主燃烧器改造为兼有等离子点火功能的燃烧器。在锅炉点火和稳燃期间，该燃烧器具有等离子点火和稳燃功能；锅炉正常运行时，该燃烧器具有主燃烧器功能。
3.3电气系统
3.3.1 等离子点火系统电气一次系统的容量
等离子点火系统需要的电源均为交流电源，包括：４路三相０．４ｋＶ，１５０ｋＶＡ的等离子点火器电源；２路三相２２ｋＷ的冷却水泵电源；２路三相４ｋＷ罗茨风机电源；１路单相２２０Ｖ，２ｋＷ控制电源；１路单相２２０Ｖ，２２０Ｗ电源（来自ＵＰＳ）。
3.3.2 等离子点火系统电源的选取４台等离子电源从４００Ｖ母线段取，尽量取自没有大电动设备的电源段。
3.3.3 等离子直流电源供电系统
等离子直流供电系统分别由电气供电系统、隔离变压器和整流柜三大部分组成。
3.4 辅助系统
辅助系统包括４部分：等离子载体系统、冷却水系统、图像火检系统、一次风风速测量在线监测系统。
3.5 控制系统与ＦＳＳＳ和ＤＣＳ接口设计
3.5.1等离子点火控制系统
3.5.1.1 等离子点火控制系统的构成
等离子点火的系统控制包括启动等离子点火器的两个条件：等离子载体风及冷却水、等离子点火器的控制。
（１）冷却水。点火器附近的仪表管路上设有压力开关及手动阀门，在等离子发生器前后压差大于０．２ＭＰａ，作为等离子点火器操作条件。这样就保证了等离子点火器的安全。
（２）等离子载体。高压头罗茨风机提供的高压风或压缩空气作为等离子点火器的载体，对等离子稳定运行很重要。
（３）等离子点火器的控制。等离子点火器的控制主要是对阴极的控制。通过对阴极的调整，进行电压的调节，通过整流柜对阴极进行控制。
3.5.1.2 等离子点火程序
（１）启动程序：在冷却水、风压满足的情况下，允许启动等离子点火器。
（２）停止程序：按下停止按钮，交流接触器分闸，阴极前进至阳极接触，再后退２ｓ，１０ｍｉｎ后风扇停止。
（３）保护程序：在冷却水、等离子载体风压力不够，ＭＦＴ、磨煤机停止的情况下，等离子点火器自动停止。
3.5.1.3 保护逻辑
锅炉运行时，燃烧器的火焰保护仍采用锅炉ＦＳＳＳ系统，燃烧器火焰“有/无”的判据等均由ＦＳＳＳ系统给出，并在判断灭火时跳闸相应的磨煤机。
3.5.2 操作控制方式
采用ＤＣＳ操作方式，等离子操作控制纳入ＤＣＳ系统，成为ＤＣＳ控制系统的一部分。等离子控制系统和ＤＣＳ的连接方式采用硬接线的连接方式。

4 等离子点火工况及节能效果
4.1 等离子点火工况
等离子点火初期磨煤机用最小出力工况，投入煤粉量占ＢＭＣＲ工况<FONT face=Verdana>耗煤量的６．６％，该煤粉量能满足锅炉冷态启动允许投入热量的要求。
在等离子燃烧器设计时会考虑等离子燃烧器点火区域煤粉浓缩，保证等离子燃烧器点火区域的煤粉质量浓度，保证可靠点燃。
4.2 等离子点火节能效果
机组从首次点火至１号机组“１６８ｈ满负荷试运”完成，一般２００ＭＷ机组需要消耗燃油达１０００ｔ左右，采用等离子点火约节约８０％燃油，两大机组在启动试运行阶段约节约１５００ｔ燃油，按５０００元/ｔ计算，约节约７５０万元。而等离子点火系统初投资约３００万元，只在启动试运行阶段即能节约４５０万元。每台机组每年低负荷稳燃和小修等停机启动，消耗燃油按３００ｔ～６００ｔ考虑，采用等离子点火及低负荷稳燃技术后，每年节约１２０万元～２４０万元。３～４年机组大修，消耗燃油按５００ｔ～８００ｔ考虑，可节约２００万元～３２０万元。
从以上数据可以看出，采用等离子点火及低负荷稳燃技术，节能效益明显，从近年来投运电厂的使用情况看，此技术是成熟、可靠的。所以，本工程推荐采用等离子点火及低负荷稳燃技术，但为了稳妥设计，还设有锅炉燃油系统，油罐按设两座５００ｍ３的地上钢制油罐考虑。

来源：中国电力节能与环保信息网

嗨，快来啊！光看电力文章太乏味，82万电力人喊你一起来探讨，点此进入最火电力论坛!
北极星电力网为广大电力人士打造的期刊分享平台正式上线啦！文章发表，杂志订阅全部免费啦！

投稿热线:010-52898473