超臨界鍋爐等離子點火系統調試運行方案研究

楊若樸

超臨界鍋爐等離子點火系統調試運行方案研究

楊若樸

（華北電力大學電氣與電子工程學院，河北 保定 071003）

針對電站燃煤鍋爐等離子點火系統運行中經常存在燃燒器結焦、陰極頭壽命短等問題，以某600 MW超臨界燃煤鍋爐為例，介紹了該點火系統分系統調試方案及鍋爐啟動過程中點火系統調試方案，可為同類機組提供參考。

超臨界；等離子點火系統；調試運行方案；停運方案

等離子點火技術在燃煤電廠鍋爐的啟停及低負荷穩燃運行時，具有良好的節能（節油）效果，已經廣泛應用于電站燃煤鍋爐上，尤其是各類燃燒煙煤及優質貧煤的鍋爐上［1-2］。然而，在等離子點火系統使用過程中，尤其是在點火調試階段，經常出現等離子燃燒器被燒壞、燃燒器結焦、斷弧以及由于陰極頭壽命較短需要頻繁更換等現象［3-6］。造成點火系統在啟動以及運行過程中存在問題的原因是多方面的，目前很多電廠在調試過程中，僅僅進行點火系統分系統的單獨調試，沒有充分重視點火系統與整套機組的整體調試。因此，做好點火系統的整體調試尤為必要，一套完備的點火系統調試運行方案是順利完成點火系統調試運行的保障。

1 設備系統及等離子點火系統技術規范

1.1 設備系統

某600 MW超臨界燃煤發電機組，鍋爐型號為DG-1910／25.4-Ⅱ，為超臨界參數、一次再熱、單爐膛、尾部雙煙道結構、采用煙氣擋板調節再熱汽溫、固態排渣的變壓直流鍋爐。設計煤種為淮南煙煤，校核煤種為混煤。制粉系統采用中速磨煤機正壓直吹式冷一次風機制粉系統，每臺爐配6臺中速磨煤機，其中5臺運行，1臺備用。

該鍋爐設置2層等離子點火燃燒器（每層4只），分別對應最下兩層的A、B層燃燒器。該點火系統配備2臺升壓泵，1用1備。最低不投運等離子點火裝置的穩燃負荷為35%BMCR。

1.2 等離子點火系統組成及技術規范

該點火系統由等離子點火設備及其輔助系統組成。等離子點火設備由等離子發生器、等離子燃燒器、電源控制柜、隔離變壓器等組成；輔助系統由載體空氣系統、冷卻水系統、熱控系統、圖像火檢系統、冷爐制粉系統、一次風在線監測系統、等離子燃燒器壁溫監測裝置等組成。

由于等離子發生器的等離子載體對空氣有穩壓、干燥、潔凈的要求，因此，利用電廠儀表壓縮空氣系統作為載體風系統，當等離子發生器停止工作時，改由旁路閥提供吹掃風。吹掃風及載體風均采用壓縮空氣系統，在等離子發生器投運和停運吹掃時，單只等離子發生器的壓縮空氣消耗量分別為100 Nm3／h和50 Nm3／h。

該機組鍋爐在相應制粉系統中設置一次風加熱裝置，暖風器加裝在磨煤機入口一次熱風管道上，當鍋爐冷態啟動時，可利用該暖風器將磨煤機入口熱風加熱［7］。蒸汽加熱器的汽源取自輔汽系統，單臺磨煤機耗汽量為6 t／h，系統疏水引至鍋爐啟動疏水擴容器中。

為了監視等離子點火燃燒器的火焰情況，方便運行人員進行燃燒調整，在每個等離子點火燃燒器上分別安裝1套圖像火檢裝置。在燃燒器后端面的窺視孔位置安裝1個圖像火檢探頭，且探頭套管沿二次風風室一直向前延伸到燃燒器的前端面。探頭套管內部安裝有CCD探頭，對應8只等離子點火燃燒器的8路視頻信號送至工業電視系統。

該等離子點火系統主要參數：等離子發生器功率調節范圍為80～120 kW；可更換陰極使用壽命（運行小時數）≥400 h；陽極使用壽命（運行小時數）≥1 000 h；單個燃燒器等離子投運狀態設計額定出力范圍為4～10 t／h；冷態啟動穩定著火時間≤120 s；燃燒器使用壽命≥50 000 h。

2 600 MW等離子點火系統調試方案

2.1 等離子燃燒器冷卻水系統調試

a.保證冷卻水系統各閥門位置符合要求，各放水閥已關閉。

b.檢查鍋爐閉式水系統已投入。

c.等離子燃燒器冷卻水增壓泵聯鎖試驗已結束。

d.保證等離子燃燒器冷卻水增壓泵絕緣合格，在遙控位置，且已送電。

e.啟動冷卻增壓水泵后，保證水泵及電動機聲音、振動正常，檢查系統是否漏水，并確保所有回水管都有水流出，冷卻水壓可滿足單臺機組要求。

2.2 等離子燃燒器載體空氣和圖像火檢冷卻風系統調試

a.對載體空氣系統設備、管道、閥門、壓力表等進行外觀檢查，確保連接正確。

b.將載體空氣系統手動閥、等離子發生器手動球閥和電動球閥打開，吹掃其各支路（此時不要將等離子發生器用軟管連接）。待吹掃完畢后再連接等離子發生器，此時打開載體空氣系統母管進氣手動閥，對系統內各壓力表進行檢查，確保指示的準確性，同時，檢查各閥門、法蘭連接處確保均無泄漏。

c.通過調整載體風壓力，檢查每個壓力斷路器的通斷，確保其動作的準確性及靈敏性。

d.對冷卻風系統進行檢查，確保閥門、探頭、吊架、管路等無安裝缺陷。

e.對圖像火檢探頭進行檢查，確保其安裝位置、角度的正確性。

f.啟動火檢冷卻風機，對系統進行吹掃，此時，探頭內的組件需要拆除。

2.3 等離子燃燒器圖像火檢系統調試

a.對風機的就地控制柜、多畫面分割器、視頻電纜、工業電視的接線進行檢查，確保連接正確。

b.在集控室內，對工業電視、多畫面分割器進行送電檢查。

c.在鍋爐點火初期，進一步調整火檢探頭的視角，保證各探頭視角一致。

2.4 等離子點火系統各項聯鎖、保護的傳動調試

在保證機組安全及該點火系統正常運行的同時，必須結合該機組鍋爐等離子點火設備的設計特點以及控制特性，分別對各項聯鎖、保護試驗內容進行必要的修改，且必須在點火前完成。

2.5 等離子點火系統冷態拉弧試驗

a.對電源柜、隔離變、集控室PLC、等離子點火器等的連接線進行檢查，確保正確。

b.對隔離變壓器、電纜等設備進行耐壓試驗和絕緣檢測，確保符合要求。

c.在以上調試試驗工作完成后，先進行電源送電，再進行控制電源、電源柜風扇電源合閘送電，確保風扇的轉向正確。

d.對集控室與電源柜的通信狀態進行檢查，確保正確。

e.對等離子點火器的就地位置進行檢查，確保冷卻水、載體風管道連接正確。

f.確保冷卻水、載體風管道無泄漏，可以正常投用，并調整冷卻水、載體風壓力。

g.單獨遠控操作每只等離子點火裝置，確保均可正常投入和退出。

h.在單支拉弧試驗完成后，投入“等離子模式”，按照程序進行程控拉弧試驗。

2.6 暖風器系統調試

等離子點火系統暖風器加熱蒸汽取自廠用輔汽聯箱，其參數為1.2 MPa／350℃。暖風器進口風溫約為20℃，出口風溫約為160℃。磨煤機出口風溫控制在65～82℃。

a.對一次風系統安裝的完整性、正確性進行檢查，確保暖風器前后風道、暖風器、來汽及疏水管路、燃燒器、閥門及風箱等沒有安裝缺陷。

b.檢查暖風機，確保其來汽管路上的閥門、疏水閥等調整靈活、方向正確且開關到位。

c.在暖風器投入初期，需要通過疏水閥旁路進行疏水，待水質合格后再通過疏水閥。

d.當暖風器投運時，需逐步暖管，在此過程中，檢查蒸汽、疏水系統的嚴密性，確保無泄漏。

e.當一次風系統具備通風條件時，檢查暖風器前后風道、燃燒器及風箱周圍系統的嚴密性。

f.開啟暖風器，對磨煤機進行暖磨，此時不斷調整磨煤機的通風量，并記錄暖風器進出口風壓、風溫，考核暖風器的性能。

2.7 等離子點火系統熱態投用調試

a.對磨煤機出口分離器的擋板角度進行檢查，并調整至要求位置。

b.對鍋爐啟動點火條件進行檢查，確保鍋爐儲水箱水位正常，爐膛吹掃完成，空氣預熱器、送引風機、一次風機啟動。

c.對磨煤機入口風量進行調節，并維持其出口一次風管風速在20 m／s左右。

d.確定廠用蒸汽壓力正常，并逐步將磨煤機暖風器來汽閥門開大，暖風器投入運行，維持出口一次風溫在65～82℃。

e.調節等離子燃燒器內二次風、外二次風至點火位。

f.根據該等離子點火裝置的啟動程序，按照順序分別啟動1～4號等離子發生器，并調節電弧功率，控制在110 kW左右。

g.先啟動磨煤機，待運行穩定后，再啟動給煤機，逐步調整并加大給煤量。

h.保持就地觀察等離子燃燒器的燃燒狀況。

i.不斷調整一次風速及二次小風門開度，使其在合理值；對等離子裝置的電弧功率進行調整，得到合理的穩燃功率；為延長陰極的使用壽命，避免頻繁更換陰極頭，當燃燒效果較好時可適當降低電弧功率運行。

j.當磨煤機在“等離子方式”下運行，等離子點火器發生斷弧時，其光字牌將發出聲光報警，此時運行人員應停止磨煤機運行，及時檢查對應的燃燒器插板門是否聯鎖關閉，當確認已經關閉后，如因陰極材料耗盡引起的斷弧應盡快更換陰極頭，再恢復點火器運行。

3 鍋爐啟動過程中等離子點火系統調試方案

a.確保等離子冷卻水泵運行正常，壓力、流量正常；確保冷卻風機運行正常，載體風、圖像冷卻風壓力、流量正常。

b.送上等離子點火裝置電源。

c.確保等離子監控裝置已投入運行，等離子圖像火檢系統投入正常。

d.確保磨煤機啟動方式為“等離子啟動”。

e.對磨煤機入口風量進行調整，并維持磨煤機出口一次風管風速為18～20 m／s。

f.設定等離子發生器電流為180～210 A。

g.依次啟動等離子發生器，并調節各等離子發生器電流及陰極與陽極間隙，使等離子發生器拉弧正常。

h.磨煤機出口溫度達到70℃左右時，先啟動磨煤機，再啟動給煤機，投入給煤量為20～24 t／h。

i.檢查各等離子裝置燃燒情況，必要時調整等離子點火器功率和磨煤機一次風量，使燃燒正常。

j.各燃燒器在穩定燃燒30 min后，根據升溫升壓曲線調整給煤機煤量及磨煤機一次風量。

k.當空氣預熱器出口一次風溫＞160℃時，開啟暖風器旁路門，停用磨煤機熱一次風暖風器。

l.若煤粉投入后未著火，應立即停止投粉，并保持爐膛負壓，加強通風，待查明原因并消除故障后，方可再進行投粉。

m.在等離子點火燃燒器投入運行初期，為控制溫升，上部二次風門要適當開大，并注意觀察煙溫，防止再熱器管壁超溫。

n.始終注意監視各等離子燃燒器壁溫，使其不超過600℃。

4 等離子點火系統停運方案

a.準備停運等離子點火系統前，應通知運行人員做好鍋爐滅火的事故預想。

b.鍋爐符合停運條件，逐漸停用等離子裝置。

c.鍋爐停運等離子點火系統前應保證前后墻煤粉燃燒器處于投運狀態，且投煤量不低于80%，前后墻熱負荷需均勻、減小煙溫偏差，然后逐漸停運全部等離子裝置［8］。

d.鍋爐停運等離子點火系統后，應注意觀察鍋爐燃燒情況，當出現火焰脈動、火焰亮度下降、爐膛負壓波動大等不穩定燃燒跡象時，應及時投運等離子系統，保證鍋爐燃燒穩定。

e.對停運的等離子點火系統進行必要檢查，并處于熱備用狀態，隨時準備投入運行。

5 結束語

根據該等離子點火系統的調試運行方案，對該600 MW超臨界等離子點火系統分系統進行調試合格后，將點火系統與整套機組進行整體調試。在鍋爐啟動調試過程中，該點火系統燃燒器僅發生輕微結焦，鍋爐整體啟動較順利，低負荷時等離子點火系統能夠拉弧穩定燃燒，表明該等離子點火系統調試運行方案可行。

［1］ 侯東明，胡晏銣，許 敏.煤粉鍋爐節油型點火系統的選擇［J］.東北電力技術，2010，31（7）：32-33.

［2］ 于鵬峰，張 靖，黃 偉，等.大型鍋爐等離子點火系統防止結焦技術實踐［J］.湖南電力，2012，32（4）：45-47.

［3］ 劉慶鑫.燃煤鍋爐等離子點火與微油點火比較［J］.廣西電力，2008，31（5）：68-70.

［4］ 付龍龍，劉 超，雷兆團，等.超超臨界1 000 MW機組等離子點火系統起動調試及運行［J］.熱力發電，2008，37（4）：50-51.

［5］ 王大偉.1 000 MW超超臨界雙切圓燃燒鍋爐等離子點火系統啟動調試及運行［J］.廣東電力，2011，24（1）：103-105.

［6］ 杜鳳葉.600 MW機組等離子點火系統存在的問題及解決措施［J］.東北電力技術，2010，31（7）：29-31.

［7］ 尚玉琴，孫新強.等離子點火技術在鍋爐冷態無油啟動中的應用［J］.鍋爐技術，2007，38（2）：68-72.

［8］ 鄭 璐，薛立宗，齊 倫.等離子點火系統應用研究［J］.東北電力技術，2010，31（5）：16-20.

大寫外文字母主要用于下列場合

1 來源于人名的單位符合的首字母

例如：Pa（帕），A（安），Wb（韋），Ci（居）等。

在實踐中，應用大寫字母的單位符號錯用小寫字母的情況并不少見，如：把Pa，V，eV，W，C，Sv，Ci等排成pa，v，ev，w，c，sv，ci等，很多是由于校對粗疏造成的。

2 化學元素符號的首字母

例如：O（氧），Cl（氯），Fe（鐵），Si（硅）等。

在使用單個因素符號時，出錯的情況很少，但是構成分子式時，把O，Cl等排成小寫的為數不少。如將CO2排成Co2或co2；把HCl排成Hcl等。

3 人的名字、父名和姓的首字母

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5 表示106以上因數的詞數符號

共有M、G、T、P、E、Z和Y等7個。

6 量綱符號

共有L（長度）、M（質量）、T（時間）、I（電流）、Θ（熱力學溫度）、N（物質的量）和J（發光強度）7個。

7 附在中譯名后面的外文專有名詞以及德文名詞的首字母

8 科技名詞術語的縮寫詞通常都采用大寫體

例如：DNA（脫氧核糖核酸，desoxyribonucle?ic acid的縮寫），FIRD（遠紅外探測器，far infra?red detector的縮寫）等。

9 月份和星期的首字母

10 地質時代及地層單位的首字母

例如：Neogene（晚第三紀），Holocene（全新世［統］）。

11 外文標題。章節名等為了突出，有時采用全大寫

摘自《量和單位的使用原則及方法》

Study on Debugging and Operation for Plasma Ignition System of Supercritical Boilers

YANG Ruo?pu
（School of Electrical Engineering，North China Electric Power University，Baoding，Hebei071003，China）

According to the problems in plasma ignition system of supercritical boilers that exist in the operation of coking burner and short life of the cathode head.The debugging and operation scheme of the plasma ignition system is introduced，this paper provides a reference for similar units.

Supercritical；The plasma ignition system；The debugging and operation scheme；Stop running scheme

TK227.7

A

1004-7913（2015）07-0037-04

楊若樸（1995—），男，安徽壽縣人，主要研究方向為電氣與電子工程。

2015-03-18）