等離子點火技術在直吹式制粉系統鍋爐上的應用

【摘要】本文介紹了等離子點火裝置的工作原理和構成，并以太原大唐第二熱電廠的直吹式制粉系統鍋爐為例，具體分析了等離子點火技術在直吹式制粉系統鍋爐上的應用。

【關鍵詞】等離子;點火;直吹式制粉系統;鍋爐

1.引言

等離子點火技術是我國重點推廣的節能技術。太原大唐第二熱電廠6號鍋爐在2013年通過應用該技術，全年共節約用油約200噸，取得了良好的經濟和環保效益。太原大唐第二熱電廠將其6號鍋爐改造為等離子點火煤粉燃燒器，本文即以太原大唐第二熱電廠的直吹式制粉系統鍋爐為例，具體分析了等離子點火技術在直吹式制粉系統鍋爐上的應用。

2.等離子點火技術的工作原理

等離子點火技術的基本原理就是通過大功率電弧，將煤粉直接點燃。該點火裝置利用大于200A的直流電流，在大于0.01MPa的介質氣壓條件下，通過陰極和陽極接觸引弧，在強磁場條件下得到穩定功率的直流空氣等離子體。風粉一次送入等離子點火裝置后，經過濃淡分離，濃相煤粉進入等離子火炬的中心區，在0.1秒內迅速著火，由此導致淡相煤粉迅速著火，形成穩定的燃燒火炬。由于反應導致混合物組分的粒級發生變化，因此加快了煤粉的燃燒速度，大大減少了促使煤粉燃燒的引燃能量。燃燒器壁面采用氣膜冷卻技術，用除鹽水對電極和線圈進行冷卻，可以防止燃燒器冷卻時壁面出現大量燒損和結渣的現象。

3.等離子點火裝置系統構成

等離子點火裝置系統分為點火系統和輔助系統。點火系統由等離子燃燒器、等離子發生器、電源控制柜、隔離變壓器、控制系統等組成;輔助系統由空氣壓縮系統、冷卻水系統、圖像火檢系統等組成。其中等離子燃燒器采用內燃方式，為三級送粉，整個燃燒器采用漸擴式設計方式。為了降低燃燒器壁面承受高溫所受到的燒損和結渣現象，在等離子燃燒器設計中加入了氣膜冷卻風。

4.等離子燃燒器的調試

在等離子燃燒器燃燒時，其調試不僅要保證穩定的著火，提高燃料的燃燒率，降低不完全燃燒損失;同時又要在爐溫和風溫升高的情形下，盡可能將氣膜的冷卻風開大，提高一次風速，保證燃燒器的壁溫不超過臨界值，減少燃燒器的燒損和結渣。此外在達到升溫和升壓要求的前提下，應盡快投入其他燃燒器，從而提高爐膛溫度和燃燒效率。

（1）當等離子點火技術應用于直吹式制粉系統鍋爐中，磨煤機不僅要保證最低給煤量，同時又要滿足等離子燃燒器對煤粉濃度的要求，必須注意鍋爐蒸汽壓力的升高速度以及過熱器和再熱器的溫度升高情況。根據鍋爐升壓和升溫曲線，調整機組旁路系統閥門的開度，控制鍋爐的升壓和升溫速度。

（2）一次風速對等離子點火裝置的性能有著重要影響。在制粉系統啟動后，應根據各個等離子燃燒器的燃燒情況，通過調整磨煤機所對應的煤粉輸送管道的輸粉風，從而調整調平衡閥門，進而保持各煤粉輸送管道的風速在適合范圍內，煤粉的濃度和細度保持一致。

（3）彎管結構的影響。由于太原大唐第二熱電廠6號爐原先的燃燒器被替換為等離子燃燒器。為了滿足等離子燃燒器點火所需要的煤粉濃度，需要將濃相煤粉位于等離子發生器側。

（4）受場地條件的限制，磨煤機入口的一次風道上并沒有加裝蒸汽暖風器。為了保證磨煤機啟動后的出力，等離子點火時必須達到一定的熱一次風溫度。經過反復的實驗，最終確定當熱一次風溫在100—140℃，即可啟動制粉系統。同時，啟動時，應將磨煤機熱風調整門開大，并適當開啟冷風調整門，磨煤機分離器的出口溫度應控制在75—85℃。

（5）影響等離子電弧電壓的主要因素是陰陽極的距離和一次風速等。等離子發生器拉弧失敗的主要原因在于過高或過低的壓縮空氣壓力;斷弧的主要原因則由于壓縮空氣中含有水或者油等其他雜質。為了提高壓縮空氣的品質，可以加大空氣壓縮機容量和工作壓力;同時在壓縮空氣管底部增加放水閥和油水分離器。

5.運行情況

經過對等離子點火裝置的改進和完善后，該系統于2012年11月底投入試運行。為了保證等離子點火裝置的正常運行和機組的安全，在爐膛的安全監控系統，將磨煤機設置為正常運行和等離子運行兩種模式。在正常運行模式下，第一層燃燒器實現主燃燒器功能;在等離子運行模式下，屏蔽磨煤機的一部分啟動條件，并由第一層燃燒器實現點火燃燒器的功能。

5.1 冷態等離子點火運行方式

（1）按照運行規程，當鍋爐上水達到點火水位時，啟動風機，完成爐膛吹掃。

（2）對等離子燃燒器的各個系統進行全面檢查，確認各項運行參數正常，確定等離子發生器具備啟動條件。

（3）鍋爐點火，投入一層對角油燃燒器，半小時后，根據鍋爐冷態啟動曲線，投入另一對角油燃燒器。

（4）將磨煤機的運行模式設置為等離子運行模式，檢查制粉系統是否處于正常運行狀態，當一次風溫達到100—140℃，啟動和密封一次風機。如果滿足磨煤機啟動條件，啟動運行撈渣機和碎渣機。

（5）將等離子發生器的電流設置為300A啟弧，五分鐘后，根據煤種，將等離子發生器功率控制在80—12Okw的范圍之內。

（6）啟動制粉系統。

（7）觀察等離子燃燒器的燃燒情況，調整一次風量和周界風門的開度，保證一次風速及風門開度處于正常狀態。

（8）在等離子燃燒器燃燒穩定后，逐步減少燃燒器的油量，直至斷油運行，并投入電除塵第四電場運行。

（9）在汽機沖轉、定速、并網后，逐漸增加燃料量。

（10）在制粉系統的出力達到70%左右后，投入上層煤粉燃燒器。根據規程要求，逐步升溫、升壓，并投入其它電除塵電場。

（11）當電負荷超過鍋爐最低穩燃負荷后，將磨煤機的運行模式設置為正常運行模式，逐步停用四角等離子發生器，鍋爐轉入正常運行狀態。

5.2 等離子助燃運行方式

（1）當鍋爐在低負荷助燃狀態時，一旦電負荷降低到ll0MW左右，處于正常運行模式工作狀態的等離子燃燒器，需要逐支投入等離子發生器，當四角等離子燃燒器都投入等離子發生器后，根據實際情況，設置磨煤機為正常運行或等離子運行模式。

（2）當鍋爐滑停助燃時，當電負荷降低到110MW左右時，投入等離子發生器，設置磨煤機為正常運行模式，然后平穩降低溫度和負荷。

（3）當電負荷降至0，機組解列，等離子燃燒器退出，停電進行除塵，停止鍋爐運行。

6.結論

（1）從實際應用情況來看，相比較同類鍋爐，在直吹式制粉系統鍋爐上采用等離子點火燃燒器冷態點火啟動，啟動時的平均耗油量一年可以減少25噸左右;投粉時間可提前3小時左右，由此可以減少投油，盡早投電和除塵，并滿足鍋爐運行時溫度和壓力的要求。

（2）在低負荷情況下使用等離子點火技術，可以實現無油助燃，明顯提高機組的經濟和環保效益。同時，在投用等離子燃燒器后，鍋爐尾部沒有出現二次燃燒、煙溫升高及燃燒不穩產生滅火現象。而且燃燒室沒有結渣，保證了鍋爐運行的安全性和穩定性。

（3）等離子點火技術特別適合于大的調峰機組，可以大大降低燃油和運行成本。

參考文獻

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