1000MW超超臨界鍋爐新型等離子點火系統運行優化

王小龍，陳宜陽

(廣東粵電靖海發電有限公司，廣東 揭陽 515223)

0 引言

目前，國際能源緊缺，原油價格持續上漲，給電力企業帶來了很大的壓力。而目前我國電力企業大部分機組依然使用大油槍點火及穩燃技術，機組在啟、停及低負荷穩燃階段需消耗大量的石油資源，年耗油量占我國整個燃油量的很大比例，其中鍋爐點火啟動及穩燃用要消耗大量的燃油［1］。而等離子點火技術的開發應用，實現了在煤粉鍋爐點火過程中以煤代油，具有良好的節油性能，1 000 MW機組在基建試運行期間如果能投入等離子煤粉點火系統，可使整個試運行期間的燃油消耗量控制在500 t以內，甚至不消耗燃油。這不僅節約了寶貴的石油資源，而且在收回設備投資的前提下還可節約上千萬元資金［2］。基于此，廣東粵電靖海發電有限公司1000MW超超臨界鍋爐采用了武漢天和技術股份公司研制的新型(THP－1000－1型)等離子煤粉點火系統。

由于新型等離子點火系統在1 000MW超超臨界鍋爐上的運行經驗較少，在等離子點火過程中，還存在很多需要優化和改造的地方，如拉弧時不能正常起弧、運行中頻繁斷弧等，這些問題將嚴重影響鍋爐啟、停過程的安全。因此，分析總結等離子點火系統在試運行過程中出現的問題，應率先研究該等離子點火系統運行參數的優化方案，有效控制和減少鍋爐等離子點火系統的斷弧現象，確保鍋爐在啟、停及正常運行中的安全、穩定性。

1 系統介紹

1．1 鍋爐設備概況

廣東粵電靖海發電有限公司#4機組鍋爐為東方鍋爐廠制造的DG 3000/26．25－Ⅱ1型1 000MW超超臨界參數變壓直流爐，前后墻對沖燃燒、固態排渣、單爐膛、一次中間再熱、采用煙氣擋板調節再熱汽溫、平衡通風、露天布置、全鋼構架、全懸吊結構、Π形布置。設計煤種為神府東勝煙煤，校核煤種為山西晉北煙煤。

鍋爐制粉系統采用冷一次風機正壓直吹式制粉系統。每臺鍋爐配置6臺上海重型機器廠有限公司生產的HP1163/Dyn型磨煤機，磨煤機配有旋轉分離器，采用彈簧自動變加載裝置。每臺磨煤機有4個送粉管出口，每根送粉管通過煤粉分配器在爐前一分為二，連接鍋爐48個煤粉燃燒器。每臺磨煤機配置1臺HD－BSC36型電子稱重皮帶式給煤機。

1．2 等離子點火原理及穩燃系統設備概況

THP－1000－1型等離子點火發生器的工作原理如圖1所示，其結構和原理與原已投運的#1～#3鍋爐的等離子點火裝置(煙臺龍源電力技術股份有限公司產品)的主要區別是:使用壓縮空氣作為載體風來產生高溫等離子體，采用同軸雙氣室結構，等離子弧采用空氣壓縮形式，陽極和陰極在工作時固定不動，其間距保持恒定。在陰、陽電極間加穩定的大電流，將電極空心筒體中的壓縮空氣電離成具有高溫導電特性的等離子體。前進氣室進來的壓縮空氣將等離子體壓縮，由后進氣室進來的壓縮空氣將等離子體吹出陽極筒體，形成連續、穩定的高溫等離子體流，可直接點燃煤粉［3－4］。

該等離子煤粉點火及穩燃裝置具有以下技術特點［5］:

圖1 THP－1000－1型離子發生器工作原理

(1)根據煤種變化要求，功率可在100～250 kW連續任意調節。

(2)結構優良，點燃效果好;沒有導引弧管，4000～5000℃的高溫等離子體電弧直接置于煤粉點火位置，可點燃可燃基揮發分為20%左右和收到基水分大于20%的較差煙煤。

(3)等離子發生器與燃燒器配合簡單，除等離子體弧以外沒有其他熱源，燃燒器溫度容易控制，通常在300℃以下。等離子發生器與燃燒器配合示意圖如圖2所示。

圖2 等離子燃燒器與燃燒器配合示意圖

該等離子煤粉點火系統由等離子點火設備及其輔助系統組成。等離子點火設備主要包括等離子發生器、等離子燃燒器、電源控制柜、隔離變壓器等;輔助系統主要有等離子發生器冷卻水系統、等離子載體風系統、冷爐制粉系統、圖像火檢系統、熱控系統(除分散控制系統)、等離子燃燒器壁溫監測系統、等離子一次風監測系統等。等離子點火系統基本構成如圖 3 所示［4］。

2 優化分析

2．1 運行狀況

廣東粵電靖海發電有限公司#4鍋爐是國內第1臺使用該型號等離子煤粉點火穩燃裝置的1 000 MW機組，沒有運行經驗可以參考。在#4鍋爐點火試運行期間，經常出現斷弧，影響鍋爐的正常點火及穩燃，而一斷弧就經常要更換陰極頭，造成經濟上的損失。在#4鍋爐點火試運行期間，共出現斷弧51次，其中2次造成鍋爐主燃料跳閘(MFT)。同時，增壓水泵及火檢風機的控制電源回路設計也存在缺陷，控制電源取自就地控制柜電源開關(交流接觸器)的下側，#1，#2泵控制電源互為備用且采用斷電切換方式，在一臺泵檢修需斷開電源開關時，會使2臺泵的控制電源短暫消失，引起運行泵的跳閘，造成等離子全部斷弧，導致鍋爐MFT。

2．2 優化方案

針對該型號等離子點火裝置采用雙氣室的技術特點及在試運行過程中出現的問題，通過在運行實踐中的不斷調整，摸索出了一套保證等離子點火裝置穩定拉弧的運行參數;同時，廠家對增壓水泵及火檢風機的電氣控制回路進行優化，解決了上述問題，保證了#4鍋爐等離子點火系統的正常運行。

(1)等離子點火系統的穩定拉弧運行參數優化方案。該型號等離子點火裝置為同軸雙氣室結構，其前、后室氣流的壓力(即氣流1、氣流2的壓力)變化將影響等離子弧的穩定。針對上述技術特點，優化了氣流1、氣流2的拉弧初始值及運行值的參數設定。

圖3 等離子點火系統基本構成

1)拉弧初始值參數設定。正常時按表1中的A組參數組合設定;若A組參數不能正常起弧，則選用表1中B組參數組合設定再次拉弧2次。通過上述操作還不能成功拉弧則停止拉弧，按故障處理步驟另行查找原因。

表1 拉弧初始值參數設定

2)運行值參數設定。若煤質較好(揮發分＞30%)，采用表2中的A組參數組合設定;若煤質較差(揮發分≤30%)，需要提高其功率，則采用表2中B組參數組合設定;當出現頻繁斷弧時，則在短時間內適當增大運行電流，采用表2中C組參數組合設定。

表2 運行值參數設定

3)在運行時，任何情況下氣流1、氣流2壓力都不能小于0．08MPa，電流不能小于380A。

4)等離子點火裝置應保證在拉弧成功后30 s內投入自動運行。

5)若在特殊情況下需要退出自動運行，必須遵守以下原則:退出自動運行時間不得超過2 h;每隔30min調整設定1次，參數調整組合見表3。

表3 特殊情況下運行值參數設定

(2)優化增壓水泵及火檢風機的電氣控制回路。將#1，#2增壓水泵(火檢風機)的控制電源改為獨立回路，分別取自各動力電源開關下側，從而避免了原控制回路存在的缺陷。

2．3 分析總結

(1)針對THP－1000－1型等離子點火裝置前、后室氣流的壓力(即氣流1、氣流2的壓力)變化會影響等離子弧穩定的技術特點，通過優化拉弧初始值及運行值(電流、氣流1壓力、氣流2壓力)的參數設定，提高了拉弧成功率及穩定性。

(2)針對不同煤質及陰、陽極使用時間的長短，通過優化等離子弧運行值(電流、氣流1壓力、氣流2壓力)的參數設定，提高了等離子弧的穩定性，保證鍋爐燃燒穩定，延長了陰極、陽極的使用壽命。

(3)針對原增壓水泵及火檢風機電氣控制回路設計不合理的問題，通過電氣控制回路改造，解決了當一臺增壓水泵(或火檢風機)原來存在的動力電源斷開時會引起另一臺增壓水泵(或火檢風機)跳閘的安全隱患。

(4)經過對等離子點火系統運行參數的優化調整及系統改造，廣東粵電靖海發電有限公司1 000 MW超超臨界鍋爐等離子點火系統斷弧現象得到了有效控制。從2011年9月11日至2011年10月18日，在#4機組整個啟、停及運行中的穩燃過程中，僅出現3次斷弧，大大提高了鍋爐運行的安全性。

(5)等離子點火系統斷弧現象減少后，按機組每年啟動1次計算，可節約因鍋爐滅火延長機組啟動時間及更換等離子陰、陽極所產生的費用約100萬元，大大提高了機組運行的經濟性。

3 結束語

從廣東粵電靖海發電有限公司#4機組鍋爐等離子點火系統運行的情況來看，通過對1 000MW超超臨界鍋爐新型等離子點火系統的運行優化，解決了鍋爐啟、停過程中因等離子頻繁斷弧引起鍋爐燃燒不穩及滅火的問題，提高了鍋爐啟、停過程的安全、可靠性，延長了等離子陰、陽極的使用壽命，具有較好的安全效益和經濟效益。作為國內第1臺使用

THP－1000－1型等離子煤粉點火穩燃裝置的

1000MW超超臨界鍋爐機組，其應用成果及優化方案對后續使用該型號等離子煤粉點火穩燃裝置的大型鍋爐機組具有參考意義。

［1］於曉博，姜宇．大型火電鍋爐點火方式選擇研究［J］．神華科技，2011(2):58－61．

［2］沈士軍．1000MW超超臨界鍋爐應用等離子點火及運行分析［J］．華東電力，2007，35(9):73 －76．

［3］曹定華，劉栓聯．等離子點火控制技術在發電廠的應用［J］．華電技術，2010，32(4):31－34．

［4］韓志成，李建輝，曾衍鋒．600MW亞臨界鍋爐應用等離子點火研究［J］．華電技術，2008，30(11):20－23．

［5］于亮平，趙作起．等離子裝置在2023 t/h鍋爐點火和穩燃方面的應用［J］．華電技術，2009，31(10):38 －42．