等離子點火裝置在電廠中的應(yīng)用及維護

李兆嶺（大唐山東檢修運營有限責(zé)任公司,山東 青島 266500）

等離子點火裝置在電廠中的應(yīng)用及維護

李兆嶺
（大唐山東檢修運營有限責(zé)任公司,山東 青島 266500）

摘 要：介紹了等離子點火器的工作原理及系統(tǒng)組成，結(jié)合在黃島電廠5、6號機組的應(yīng)用，分別從系統(tǒng)設(shè)備、策略控制、檢修維護等方面進行了分析，對等離子點火的應(yīng)用有推廣借鑒作用。

關(guān)鍵詞：等離子;燃燒器;控制;維護

黃島電廠三期工程5、6號鍋爐為660MW超臨界參數(shù)，單爐膛，露天布置，固態(tài)排渣鍋爐，設(shè)計煤種為兗州煙煤，制粉系統(tǒng)型式采用中速磨正壓冷一次風(fēng)機直吹式制粉系統(tǒng)。在鍋爐安裝階段，將最下面的一層燃燒器（Α層）改裝為等離子點火裝置。在其汽輪機沖轉(zhuǎn)、機組并網(wǎng)、電氣試驗和機組穩(wěn)燃等許多階段鍋爐燃燒以等離子燃燒器為主，油槍作為備用，為公司節(jié)省大量的燃油，取得不錯的經(jīng)濟效益。并且在點火期間能夠盡早的將電除塵投運其中，從而達到明顯的環(huán)保效益。

1 等離子點火裝置的運行原理

等離子體發(fā)生器中由線圈、陰極和陽極組成了磁穩(wěn)空氣載體等離子體發(fā)生器。其中陰極采用的是高導(dǎo)電率的金屬材料；陽極采用的是高導(dǎo)電和高導(dǎo)熱以及強抗氧化的金屬材料，在制作方面二者均采用的是水冷方式，以此來提高電弧高溫沖擊的承受力。線圈在達到250℃高溫的情況下，其抗擊穿能力可達抗2000V的直流電壓，電源是采用具有恒流性能的全波整流電。

圖1 等離子點火器工作原理圖

拉弧原理：設(shè)定輸出的電流量，在陰極3向前行進到與陽極2接觸之后，系統(tǒng)在整體上具有很強的抗短路能力，且電流恒定。在陰極離開陽極時，二者之間產(chǎn)生電弧，載體工質(zhì)（空氣）被電弧電離為高溫等離子體，從陽極噴口噴出，其溫度達到3000K以上，為點燃不同的煤種創(chuàng)造了良好的條件。

2 系統(tǒng)、設(shè)備布置

黃島電廠的5、6號鍋爐燃燒為四角切圓，布置6層煤燃燒器。制粉系統(tǒng)為6臺MPS190HP-Ⅱ中速磨煤機，每臺磨煤機在將煤制粉后將其分4個煤粉管送至一層中不同的4個煤粉燃燒器。其中Α磨煤機是第一層燃燒器。在安裝階段，將鍋爐Α磨煤機對應(yīng)的4臺燃燒器（濃、淡燃燒器）拆卸后，在濃噴嘴位置安裝等離子點火煤粉燃燒器，濃側(cè)風(fēng)室風(fēng)箱隔板下移158mm，淡煤粉噴嘴拆卸后用堵件將風(fēng)箱出口堵住，其他不做改動。改造后的燃燒器后端彎頭處設(shè)置安裝等離子發(fā)生器，鍋爐點火啟動時，其產(chǎn)生的電弧將其通過的煤粉直接點燃；鍋爐運行時，該燃燒器也可作為主燃燒器使用，并且對其鍋爐的性能方面不會造成任何影響。

2.1 機務(wù)設(shè)備

（1）等離子點火器4臺。

（2）等離子燃燒器4臺。

（3）ΑC 380V 7.5KW高壓離心冷卻風(fēng)機2臺。

（4）ΑC 380V 7.5KW離心式冷卻水泵2臺。

（5）蒸汽加熱器（暖風(fēng)器）1套。

2.2 電氣部分設(shè)備

（1）ΑC 380V 200KVΑ隔離變壓器4臺。

（2）整流柜4個。（每個柜內(nèi)裝PLC、直流調(diào)速器各一臺）

設(shè)有專用的等離子PC段為4臺隔離變壓器提供一次電源。整流柜內(nèi)PLC與主PLC采用通訊連接。

2.3 熱控部分設(shè)備

（1）主PLC（S7-300）控制柜1套。

（2）圖像火檢探頭4套。

（3）風(fēng)速測量裝置4套。

（4）壁溫監(jiān)測裝置4套。

控制主PLC與DCS間采用通訊方式連接，利用DCS的操作員站實現(xiàn)等離子點火系統(tǒng)的監(jiān)控及操作。為保證系統(tǒng)的可靠性，如啟動、停止、起弧成功、MFΤ、磨煤機跳閘等重要信號采用硬接線的連接方式與DCS連接。

圖像火檢探頭視頻信號送至4畫面分割器，經(jīng)處理后合成一路，送到主控室全廠閉路電視系統(tǒng)，監(jiān)視設(shè)備在啟動電火和正常運行過程中的火焰燃燒情況。

3 等離子點火裝置的控制系統(tǒng)

3.1 等離子點火器的控制

等離子點火器的控制主要是對陰極及整流器電流的調(diào)節(jié)，由整流柜內(nèi)PLC（S7-200）控制。整流柜分本控和遙控兩種控制方式，當(dāng)處于本控時可由整流柜上的按鈕進行陰極進退、電流增減調(diào)節(jié)；處于遙控時，所有操作全部由主PLC（S7-300）和DCS操作界面完成。整流柜PLC中設(shè)有等離子點火器的保護邏輯及啟動允許邏輯。

（1）當(dāng)電源柜風(fēng)扇正常、整流正常、通訊正常、等離子冷卻水壓滿足、等離子載體風(fēng)壓滿足并且無MFΤ、無磨煤機跳閘信號時，允許啟動相對應(yīng)的等離子點火器。

（2）當(dāng)電源風(fēng)扇故障、整流故障、通訊故障、等離子冷卻水壓不足，等離子載體風(fēng)壓不足、MFΤ或磨煤機跳閘中有任一條件發(fā)生時，則發(fā)出相對應(yīng)角等離子點火器斷弧信號，終止點火。

3.2 DCS保護邏輯

（1）在FSSS中將Α磨粉機設(shè)置為“正常運營”和“等離子運行”兩種模式，在運行過程中二者進行相互切換，從而實現(xiàn)磨煤機的FSSS邏輯切換。其中，當(dāng)“正常運行”模式處于運行狀態(tài)時，其磨煤機保持原有的FSSS邏輯。

（2）等離子控制柜將4個無源接點信號發(fā)送至FSSS系統(tǒng)，代表其等離子電火設(shè)備正常運行。在“等離子運行”模式處于正常運行狀態(tài)時，其磨粉機的FSSS系統(tǒng)中會增加4臺等離子點火器的運行條件。

（3）主控室增設(shè)“等離子點火裝置故障”信號，當(dāng)系統(tǒng)運行時，其中任意一個電火設(shè)備發(fā)生異常或是故障，其主控DCS會將信號發(fā)送至主控室，發(fā)出警報。當(dāng)Α磨煤機處于“等離子運行”模式時，其中任意一角的電火設(shè)置出現(xiàn)異常或故障時，其DCS將關(guān)閉相應(yīng)的磨煤機出口。

（4）當(dāng)Α磨煤機處于“等離子運行”模式時，其中任意兩個裝置出現(xiàn)故障，其聯(lián)鎖裝置裝置將Α磨煤機停機；當(dāng)Α磨煤機在運行過程中出現(xiàn)跳閘故障，其聯(lián)鎖點火裝置同時跳閘。

（5）當(dāng)鍋爐發(fā)生MFΤ故障時，等離子點火器將全部跳閘，并禁止啟動。

（6）當(dāng)Α磨煤機處于正常運行狀態(tài)，其Α層的燃燒器火焰保護仍采用原有裝置，且爐膛內(nèi)的滅火保護邏輯也不變。

4 系統(tǒng)的維護、檢修

等離子點火裝置系統(tǒng)的維護和檢修要根據(jù)等離子點火燃燒器的調(diào)試運行狀況來進行，在維護和檢修的過程中要注意以下幾方面問題。

（1）陰極和陽極是等離子點火裝置的主要組成部件，而且是導(dǎo)電元件，直接影響等離子的穩(wěn)定性。陰極的使用壽命為50小時，當(dāng)使用超過30小時后應(yīng)加強監(jiān)視，以便及時更換。更換陰極時應(yīng)仔細查看陰極的冷卻水管路是否正常，若冷卻水管內(nèi)生銹或有水垢要進行及時的更換，以保證冷卻水管的暢通。

（2）在裝入陰極之前，要檢查磁環(huán)，要確保磁環(huán)境的清潔、完好。磁環(huán)境的清潔狀況是極其重要的，其磁環(huán)境一旦受到污染、破壞，會導(dǎo)致絕緣電阻的性能下降，在拉弧時容易被產(chǎn)生的電壓擊破。當(dāng)絕緣電阻被擊穿之后，陰極會向陽極的支架產(chǎn)生電流，導(dǎo)致支架被燒毀，裝置故障或報廢。

（3）等離子在運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)滅弧現(xiàn)象，其主要原因是等離子載體風(fēng)中含水含油且壓力波動大，所以正常運行時載體風(fēng)必須經(jīng)過油水分離器和干燥器。

（4）為提高陰極使用壽命，原設(shè)計冷卻水壓力0.4MPa，載體風(fēng)壓力10-15KPa，

在實踐中將冷卻水壓力調(diào)整為0.5 MP a，載體風(fēng)壓力為5-7 KP a，充分保證了等離子燃燒器安全穩(wěn)定運行。

（5）等離子發(fā)生器進回水管路要防止漏水，冬天應(yīng)注意防凍。

（6）等離子整流柜及其主PLC控制柜，在進行大小修檢時應(yīng)對PLC的卡件進行吹灰處理，并對其接線的端口加固。

（7）在陽極或陰極修檢、更換之后，要對裝置進行拉弧試驗，以檢測設(shè)備是否檢修完整，若拉弧失敗則要進行及時的檢查、處理。在確認檢修完成投入使用之后，在其運行期間也要對其進行定期的試驗檢查，以確保設(shè)備的安全、正常、順利的運行。

5 結(jié)論

黃島電廠5、6號爐等離子點火燃燒器的應(yīng)用是非常成功的，有望實現(xiàn)冷態(tài)無油點火，電除塵盡可盡早投入使用，并且滿足鍋爐運行過程中的升溫、升壓要求，具有明顯的經(jīng)濟環(huán)境效益。

參考文獻：

[1]煙臺龍源.DLZ-200系列等離子體發(fā)生器說明書[S].

[2]吳必科.鍋爐等離子點火燃燒器的應(yīng)用[J].廣東電力,2004,3(17):70-80.

作者簡介：李兆嶺(1984-)，男，山東青島人，本科，研究方向：電廠熱控設(shè)備的工程施工和電氣設(shè)備檢修。