電站鍋爐點火裝置改造

杜域超

（湛江中粵能源有限公司，廣東湛江 524099）

電站鍋爐點火裝置改造

杜域超

（湛江中粵能源有限公司，廣東湛江 524099）

針對原有鍋爐A層等離子點火系統(tǒng)運行中的問題，進行了總結(jié)歸納和分析，提出在原有一層等離子點火系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再加一層等離子點火系統(tǒng)，設(shè)計更優(yōu)化，使系統(tǒng)的運行維護性能更優(yōu)。結(jié)果表明，改造后的等離子系統(tǒng)有效保證了鍋爐啟動的可靠性，并且等離子點火系統(tǒng)性能更可靠，維護更簡單，顯著地提高了設(shè)備和系統(tǒng)的可利用率。

鍋爐點火改造；等離子；穩(wěn)燃

0 引言

湛江中粵能源有限公司＃1，＃2鍋爐為東方鍋爐（集團）股份有限公司設(shè)計制造的DG-2030/17.5-Ⅱ8型，亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒方式、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)干式排渣、尾部雙煙道、全鋼構(gòu)架的∏型燃煤汽包爐。油改煤工程后，＃1，＃2機組分別于2011年8月和10月建成投產(chǎn)。

＃1，＃2鍋爐燃燒器的點火方式主要采用等離子點火技術(shù)，每臺爐A層共5臺燃燒器，并配5套等離子點火系統(tǒng)，鍋爐燃燒器布置如圖1所示。目前該廠備用點火油槍無法使用，燃燒器點火及穩(wěn)燃只剩下1套A層燃燒器等離子點火系統(tǒng)，無備用點火系統(tǒng)。當(dāng)A層磨煤機出現(xiàn)故障或者A層磨煤機大修，機組將沒有備用的點火措施，機組出現(xiàn)異常情況時將無法保證機組的正常運行。因此本次改造，計劃在＃1，＃2鍋爐D層燃燒器各增加1套等離子點火系統(tǒng)。在增加1層等離子體點火系統(tǒng)后，單臺鍋爐A層和D層共計10只等離子體火炬及配套電源控制系統(tǒng)。

1 存在的問題及原因分析

1.1 存在的問題

原等離子點火系統(tǒng)在運行過程中主要存在以下問題。

（1）等離子系統(tǒng)無備用。該電廠采用1套等離子點火系統(tǒng)為1臺鍋爐A層提供點火能量。在A層對應(yīng)磨煤機出現(xiàn)問題的時候，由于沒有油點火系統(tǒng)，鍋爐不能啟動，并且低負荷工況下無法進行穩(wěn)燃運行，系統(tǒng)的可利用率和可靠性低。

（2）系統(tǒng)故障排查困難。等離子點火系統(tǒng)涉及熱控、電氣一次、電氣二次、機務(wù)等多方面的設(shè)備，系統(tǒng)集成程度較高。系統(tǒng)問題的產(chǎn)生可能會出現(xiàn)耦合，故障原因判定困難，系統(tǒng)故障處理的時間長。

（3）等離子體火炬維護時間較長。在檢修維護過程中對等離子體火炬進行拆解和回裝過程非常困難，需要多人同時在現(xiàn)場進行配合，工作時間長，并且維護效率低下?，F(xiàn)場經(jīng)驗表明，單角等離子體火炬的故障處理時間長達1.5 h。

（4）部分設(shè)備可靠性差。在A層等離子點火系統(tǒng)運行過程中，等離子體火炬、整流裝置和高頻引弧裝置故障率較高。等離子體火炬的故障主要表現(xiàn)為電極的不正常損毀、漏水、間隙調(diào)整不合理等。整流裝置在運行中容易出現(xiàn)燒毀、無法正常運行等故障。高頻引弧裝置在使用一定次數(shù)后，會出現(xiàn)無法可靠工作而導(dǎo)致等離子體火炬無法啟動等問題。

1.2 原因分析

對現(xiàn)場的運行狀況和運行數(shù)據(jù)進行分析，上述問題的主要原因如下。

（1）等離子體火炬質(zhì)量大。等離子體火炬質(zhì)量達到130 kg以上。在維護過程中對等離子體火炬進行拆卸和回裝，受限于現(xiàn)場燃燒器平臺處的安裝維護空間，維護操作困難。

（2）等離子體火炬檢修滑道設(shè)計不合理。由于等離子體火炬質(zhì)量大，在燃燒器彎頭上焊接安裝了檢修滑道。等離子體火炬尾部小車在檢修滑道上滑動，用于輔助等離子體火炬的拆卸。檢修滑道為彎折形，彎折鉸鏈和銷扣均突出于滑道上，在兩側(cè)有外凸。在發(fā)生器抽拔過程中，等離子體火炬的電纜、水管和氣管容易與這些突出部分磕碰。

同時檢修滑道距離地面較小，而連接用的電纜和橡膠金屬管彎曲半徑較大，容易與地面摩擦，產(chǎn)生巨大的摩擦力，使得移動起來困難。

圖1 鍋爐燃燒器布置圖

（3）整流裝置運行不合理且環(huán)境惡劣。等離子點火系統(tǒng)采用可編程控制器控制整流裝置，進而脫扣進線接觸器。通常情況下，脫扣動作帶載運行，使得整流裝置在停止過程中存在一定的沖擊負荷［1-2］。

由于整流柜內(nèi)存在發(fā)熱嚴(yán)重的功率器件，使得運行過程中，整流柜內(nèi)的溫度居高不下，嚴(yán)重影響整流裝置的功率器件和控制器件的壽命和可靠性［3］。

（4）高頻引弧裝置沖擊過大。該項目使用高頻引弧裝置，通過理論分析和仿真計算，振蕩電路的電容器10μs的瞬時沖擊功達18 J。微秒級的時間范圍內(nèi)產(chǎn)生如此大的熱量，會造成薄膜電容器的金屬膜氣化，使得器件迅速損耗直至損毀［4-5］。

（5）等離子體火炬密封墊性能不穩(wěn)定和陰陽極間隙難調(diào)整。在對等離子體火炬本體內(nèi)的發(fā)生器陰陽極進行維護時，會對陽極進行反復(fù)拆卸。為了保證可靠的密封和耐壓效果，通常對密封墊進行一個裕量的加厚。由于等離子體火炬冷卻水溫控制不嚴(yán)，在回水溫度達到60℃以上時，容易造成密封墊的永久性失去彈性［6］。若不進行更換，則會造成陰陽極間漏水。

同時由于陽極和本體之間采用非剛性接觸，拆卸次數(shù)的不同，密封墊的壓縮量也會有一定的差異。等離子體火炬電極間的間隙為0.8～1.0mm，很難測量。陰陽極間隙不合理將導(dǎo)致無法起?。?-8］。

（6）無人機交互和故障診斷系統(tǒng)。等離子點火系統(tǒng)除了運行電流、電壓和氣流信息，其余信息均無法獲取，使得整個等離子點火系統(tǒng)成為一個黑盒子系統(tǒng)，無法實現(xiàn)人機交互。

同時，系統(tǒng)內(nèi)的順序控制、強電回路的故障信息等，沒有采入控制系統(tǒng)，無法對故障進行自動診斷，必須根據(jù)維護人員的經(jīng)驗進行判定。

2 改進的措施

針對1.2存在的各項問題，本次改造主要從以下幾個方面入手。

（1）單獨增設(shè)1套等離子點火系統(tǒng)。在鍋爐D層增設(shè)1套等離子點火系統(tǒng)，使得2層等離子點火相互獨立，2套系統(tǒng)均能保證鍋爐的正常啟動。

（2）更換等離子體火炬型號。采用新型的等離子體火炬，質(zhì)量由原來的130 kg降低至現(xiàn)在的不大于80 kg。更換等離子體火炬密封墊的型號，使得陰極直接可靠固定在發(fā)生器本體上，不需要進行陰陽極間隙的調(diào)整，通過尺寸鏈的配合使得等離子體火炬的電極間隙維持在可靠的范圍內(nèi)。

（3）優(yōu)化檢修滑道的結(jié)構(gòu)并增設(shè)檢修支架。優(yōu)化就地電纜和水氣管路，增設(shè)檢修支架，防止電纜和水氣管路與檢修平臺之間的干涉。檢修滑道采用卡槽配合卡軌方式，將滑道外部可能會磕碰電纜和水氣管路的結(jié)構(gòu)全部去掉，保證在發(fā)生器抽拔過程中不會發(fā)生干涉。

（4）優(yōu)化等離子點火系統(tǒng)運行控制程序。改變等離子點火系統(tǒng)運行時的順序控制邏輯，在整流裝置負荷降低后才對回路進行脫扣，降低對功率器件的負載沖擊。

（5）優(yōu)化柜體內(nèi)的發(fā)熱和散熱。去掉柜內(nèi)發(fā)熱嚴(yán)重但對系統(tǒng)性能無明顯影響的3個電阻器件，將柜內(nèi)的熱負荷降低至原來的一半以下。同時，優(yōu)化柜體的散熱設(shè)計，使柜體內(nèi)的通風(fēng)量提高一倍，并且通過流體優(yōu)化設(shè)計，使得熱空氣不在柜體內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)和死區(qū)，保證柜體內(nèi)熱量及時有效的排放至柜體外。

（6）優(yōu)化高頻引弧裝置。優(yōu)化后，高頻引弧裝置的充放電時間降為6μs，沖擊電流降至20 A左右，瞬時沖擊功降至1.1 J，使得高頻引弧裝置的可靠性和壽命呈幾何數(shù)量的增加。

（7）增加人機交互和智能故障診斷系統(tǒng)。在直流電源柜上增設(shè)一塊彩色液晶觸摸屏作為人機交互界面，將與系統(tǒng)性能相關(guān)的關(guān)鍵性參數(shù)、狀態(tài)等在界面上顯示。

同時，增加人工智能，對系統(tǒng)故障、事件、運行統(tǒng)計進行分析、歸納和顯示，故障進行預(yù)判和甄別，配合使用手冊，極大地提高了整個系統(tǒng)故障處理的速度和效率。

3 改造后的效果

3.1 運行效果

啟爐階段和穩(wěn)燃性能考核階段總計運行130 h。統(tǒng)計結(jié)果表明：

（1）平均運行斷弧頻次大于90 h/次，遠超A層26 h/次的運行斷弧頻次；

（2）啟弧成功率高于90%，略高于A層82%的啟弧成功率；

（3）等離子體火炬的單角維護時間降低至30 min，縮減為原來的1/3；

（4）新增D層等離子點火系統(tǒng)在鍋爐啟爐、穩(wěn)燃需要點火裝置投用時，增加了設(shè)備選擇性，提高了鍋爐的安全性。

4 結(jié)語

等離子點火系統(tǒng)雖然只是一個很小的系統(tǒng)，但是其穩(wěn)定、安全、可靠的運行卻對鍋爐起著至關(guān)重要的作用。

通過對該電廠鍋爐的增設(shè)1套等離子點火系統(tǒng)，鍋爐點火和穩(wěn)燃的可靠性得到了明顯提高，同時也極大地降低了點火系統(tǒng)的檢修維護工作量和工作強度，系統(tǒng)使用更加智能化，優(yōu)越性明顯。

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（本文責(zé)編：劉炳鋒）

TK 223.3

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1674-1951（2016）11-0042-03

杜域超（1984—），男，江西九江人，工程師，從事火電廠節(jié)能技術(shù)方面的工作（E-mail：85748165＠qq.com）。

2016-06-02；

2016-10-21