等離子點(diǎn)火裝置起弧及穩(wěn)弧特性差的原因分析

黃熾煌，陳敏生，廖曉春

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽 515223)

等離子點(diǎn)火裝置起弧及穩(wěn)弧特性差的原因分析

黃熾煌，陳敏生，廖曉春

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽 515223)

介紹了某1 000 MW超超臨界鍋爐采用的非接觸式等離子點(diǎn)火起弧系統(tǒng)，敘述了其存在的起弧成功率低、穩(wěn)弧特性差、陰陽極壽命短等問題，分析了影響離子發(fā)生器特性差的主要原因，并提出了相應(yīng)的改造和處理措施。

超超臨界鍋爐；等離子；點(diǎn)火；非接觸式

1 概述

某1?000?MW超超臨界機(jī)組鍋爐是由東方電氣集團(tuán)東方鍋爐股份有限公司制造的一次中間再熱、單爐膛、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)鍋爐，型號為DG3033/26.15Ⅱ1。該鍋爐采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，配置6臺HP1163中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，燃燒器前、后墻各布置3層，最下層(B，F(xiàn)層)采用等離子燃燒器。

鍋爐煤粉點(diǎn)火及穩(wěn)燃系統(tǒng)采用武漢天和技術(shù)股份有限公司的THP-1000-1型等離子點(diǎn)火裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 THP-1000-1型等離子點(diǎn)火裝置結(jié)構(gòu)

該裝置主要有以下特點(diǎn)。

(1)?采用高頻非接觸式引弧。在電極電路和直流電源之間串聯(lián)連接高頻引弧器，運(yùn)行時(shí)陰陽極間距保持不變，不需要直線步進(jìn)電機(jī)。

(2)?采用同軸雙氣室結(jié)構(gòu)。前進(jìn)氣室的壓縮空氣將等離子體壓縮后，由后進(jìn)氣室的壓縮空氣將等離子體吹出陽極筒體，形成連續(xù)、穩(wěn)定的高溫等離子體流。

(3)?采用儀用壓縮空氣。點(diǎn)火時(shí)，每臺等離子點(diǎn)火裝置的壓縮空氣流量約為1.5～2?Nm3/min，每臺爐最大需要量為32?Nm3/min，需要額外配置1臺儀用空壓機(jī)。

(4)?陰極為空心圓柱體。陰極腔電弧游動變化，避免電極固定灼燒，其可燒蝕面積大，在設(shè)計(jì)功率下的運(yùn)行壽命大于170?h。

2 現(xiàn)存的問題

2.1 起弧成功率低

等離子發(fā)生器存在隨機(jī)性起弧不成功的現(xiàn)象。若起弧后立即停用重新拉弧，或者停用一段時(shí)間后拉弧，大部分等離子點(diǎn)火裝置均無法正常起弧，即便同時(shí)更換陰陽極也不能正常起弧。

2.2 穩(wěn)弧特性差

等離子點(diǎn)火裝置起弧成功后，其穩(wěn)燃的可靠性差，斷弧主要以短路跳閘為主。

2.3 陰陽極使用壽命低

運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)，等離子燃燒器陰陽極使用不到50?h后，端面和腔內(nèi)局部就出現(xiàn)嚴(yán)重?zé)g現(xiàn)象。優(yōu)化運(yùn)行方式和參數(shù)設(shè)置后，陰陽極的使用壽命有所提高，但距預(yù)期值差距仍較大。

2.4 陰陽極裝配要求高

該型等離子點(diǎn)火裝置起弧方式為非接觸式起弧，因此，陰陽極的間隙大小對拉弧成功與否非常重要。陰陽極的裝配間隙要求在1?mm左右，但該間隙不易控制；特別是陰陽極經(jīng)拉弧后其端面出現(xiàn)燒蝕銼刀現(xiàn)象，修平后間隙更大，并且裝配完成后也無法對間隙進(jìn)行測量。

3 原因分析

3.1 起弧特性差的原因分析

經(jīng)過對等離子點(diǎn)火系統(tǒng)各部件的排查和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)起弧成功率低主要是由高頻點(diǎn)火脈沖損耗大引起的。非接觸式高頻起弧脈沖并聯(lián)在等離子發(fā)生器的陰陽極上，陰陽極通過等離子冷卻水的內(nèi)阻接入鍋爐剛性地，此內(nèi)阻在陽極接地電阻未惡化時(shí)約為0.1～1?MΩ，惡化后約為0～0.1?MΩ。

高頻起弧電纜長度為12.5?m，正負(fù)極電纜 共 25?m， 此 電 纜 (40?kV/4?mm2)對 地 電 容 為2?500 ～ 3?000?pF。在 1?MHz～ 1?kHz 頻率下，電容對地電流過大，即絕大部分高頻高壓脈沖被電纜電容對地電流泄放掉，導(dǎo)致等離子點(diǎn)火裝置所獲得的實(shí)際高頻脈沖電流過小，從而導(dǎo)致起弧失敗。

3.2 穩(wěn)弧特性差的原因分析

等離子點(diǎn)火裝置斷弧后，檢查發(fā)現(xiàn)陰陽極端面出現(xiàn)較多蝕坑和黑色熔合物。由于陰陽極的間隙較小，雜質(zhì)隨載體風(fēng)通過高溫等離子弧時(shí)熔合附著在端面上，導(dǎo)致陰陽極間隙變小，引起短路斷弧。黑色熔合物為粉末狀，來自儀用壓縮空氣系統(tǒng)。

如圖2所示，每臺等離子發(fā)生器入口壓縮空氣過濾器和比例閥中均存在大量氧化鋁粉末。比例閥堵塞后，陰陽極載體風(fēng)風(fēng)量減少，加劇了陰陽極的燒蝕及氧化。

圖2 等離子點(diǎn)火裝置支路壓縮空氣過濾器積粉

3.3 陰陽極使用壽命低的原因分析

對等離子點(diǎn)火裝置進(jìn)行全面檢查發(fā)現(xiàn)，各支路載體風(fēng)管與法蘭焊接處的焊瘤未清理干凈，導(dǎo)致管子通徑堵塞近1/3，載體風(fēng)量減少，如圖3所示。非接觸式起弧等離子點(diǎn)火裝置采用移動風(fēng)技術(shù)，布置軸向和徑向載體風(fēng)2路，風(fēng)量周期性波動，等離子電弧的起弧點(diǎn)在陰陽極內(nèi)壁游動。因此，當(dāng)風(fēng)量減小時(shí)，將導(dǎo)致電弧在單點(diǎn)或小區(qū)域運(yùn)行，造成陰陽極單點(diǎn)或小區(qū)域燒穿，導(dǎo)致其使用壽命急劇下降。

圖3 等離子點(diǎn)火裝置載體風(fēng)管被焊瘤堵塞

此外，該等離子點(diǎn)火裝置陽極較短，造成冷卻水帶走的等離子體向陽極傳遞的熱量較小，導(dǎo)致陽極燒蝕和氧化速度加快，也會影響陽極的使用壽命。

3.4 陰陽極裝配要求高對起弧的影響分析

陰陽極的間隙大小對拉弧成功與否非常重要，裝配間隙要求在1?mm左右。當(dāng)間隙大于1.5?mm時(shí)，易出現(xiàn)“有電壓、無電流”現(xiàn)象，導(dǎo)致無法起弧;當(dāng)間隙小于0.8?mm時(shí)，易出現(xiàn)“短路”現(xiàn)象，同樣也無法起弧。

4 應(yīng)對措施

針對非接觸式等離子點(diǎn)火裝置起弧及穩(wěn)弧特性差的問題，提出了以下應(yīng)對措施。

(1)?將等離子點(diǎn)火箱移至距離等離子發(fā)生器最近的地方，使點(diǎn)火電纜長度減小至6?m，從而減小高頻點(diǎn)火脈沖的損耗，提高起弧成功率。

(2)?對儀用壓縮空氣系統(tǒng)的后處理設(shè)備進(jìn)行局部改造，更換品質(zhì)高的氧化鋁并優(yōu)化裝塔方式，從源頭上解決壓縮空氣的含粉問題。同時(shí)，對壓縮空氣管路進(jìn)行分段割管吹掃，清理壓縮空氣管路中的殘余氧化鋁粉末。

(3)?更換等離子點(diǎn)火裝置壓縮空氣各支路管及法蘭，滿足等離子壓縮空氣流量要求。同時(shí)，對陽極結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將其長度加長90?mm，以提高陽極的使用壽命和穩(wěn)定性。

(4)?制作陰陽極間隙的專用測量小工具。在裝配完成后可進(jìn)行間隙檢驗(yàn)，避免間隙控制不合格導(dǎo)致需要重復(fù)實(shí)施隔離措施。

5 結(jié)束語

采用上述措施后，等離子點(diǎn)火裝置長期可靠運(yùn)行，未出現(xiàn)隨機(jī)性起弧不成功的現(xiàn)象。陰陽極使用壽命得到顯著地提高，解決了困擾機(jī)組點(diǎn)火和穩(wěn)燃特性差的難題，這說明采用非接觸式起弧等離子點(diǎn)火系統(tǒng)在技術(shù)上是可行的。

1?殷立寶，崔振東，余岳溪，等．等離子無油點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用中存在的問題及應(yīng)對措施[J]．熱力發(fā)電，2007(1).

2014-02-17。

黃熾煌(1965-)，男，工程師，主要從事電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析及優(yōu)化研究，email：cms0404@163.com。

陳敏生(1980-)，男，工程師，主要從事電廠鍋爐生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

廖曉春(1967-)，男，高級工程師，主要從事電廠鍋爐生產(chǎn)技術(shù)管理工作。