火電廠等離子點火系統簡介及其電氣設備的運行

田增魁

摘要 大型火電廠鍋爐的點火和穩燃大多都是采用燃燒重油來實現的。隨著油價的不斷升高，火力發電燃油成本也越來越高。為了減少油耗，引進等離子點火技術，利用直流電將以壓縮空氣為介質的氣體電離，產生功率穩定、定向流動的直流空氣等離子體。該等離子體在燃燒器的一次燃燒筒中形成局部高溫區，并使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。本文著重介紹等離子點火系統的構成和工作原理，以及電氣設備的運行與維護。

【關鍵詞】等離子點火器 等離子燃燒器 變壓器控制柜電弧

大型火電廠鍋爐的點火和穩燃大多都是采用燃燒重油來實現的。近年來，原油價格不斷上漲，火力發電燃油成本也越來越高。電廠為了更好地保證自身競爭力，必須要設法減少燃油損耗，降低運營成本。而等離子點火技術則有效地解決了這一問題。河北華電石家莊鹿華熱電有限公司（以下簡稱“鹿華熱電”）采用了武漢天和技術股份有限公司生產的THPI-300/600-01型等離子點火裝置，利用儀用壓縮空氣等離子體作為熱源，實現助燃，達到節油降本目的。

1 等離子點火系統主要構成

等離子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、等離子點火燃燒器組成，輔助系統主要由壓縮空氣系統、冷卻水系統、供配電系統（含隔離變壓器、等離子電源柜、電抗器等）、圖像火檢系統、監控系統、控制系統、冷爐制粉系統等組成。

2 等離子點火技術介紹

2.1 點火機理

等離子體內含有大量化學活性的粒子，如原子、原子團、離子、電子等，可加速熱化學轉換，促進燃料完全燃燒。除此之外，等離子體還有再造揮發份的效應，可使煤粉揮發份析出量比通常情況下提高20%～80%，這對于點燃低揮發份煤粉、強化燃燒有特別的意義。

THPI-300/600-01型裝置利用直流電將以壓縮空氣為介質的氣體電離，產生功率穩定、定向流動的直流空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的一級燃燒筒中形成溫度大于4000K、梯度極大的局部高溫區，煤粉顆粒通過該等離子體“火核”受到高溫作用，能在10-3秒內迅速釋放出大量揮發份，同時也使煤粉顆粒破裂粉碎。揮發份迅速燃燒釋放熱量，從而點燃煤粉碳顆粒。

2.2 工作原理

THPI-300/600-01型等離子發生器使用雙路載體風來產生高溫等離子體，它由陰極、陽極、前進氣室、后進氣室、引弧裝置、開關電源、冷卻水腔等部分組成。等離子發生器采用同軸雙氣室結構，等離子體弧采用空氣壓縮形式，陽極和陰極在工作時固定不動，間距保持恒定。在陰、陽極之間加穩定的大電流，將電極空心筒體中的壓縮空氣電離成具有高溫導電特性的等離子體。等離子體被前進氣室進來的壓縮空氣壓縮，并由后進氣室進來的壓縮空氣吹出陽極筒體，形成連續穩定的高溫等離子體流。THPI-300/600-01型等離子發生器功率在160-350KW范圍內連續可調，其工作原理如圖1所示。

與傳統的煤粉燃燒器不同，等離子體點火燃燒器是借助等離子體發生器產生的高溫等離子體來點燃煤粉的，屬內燃型燃燒器。等離子體點火燃燒器在煤粉進入燃燒器的初始階段就用高溫等離子體將煤粉點燃：在建立一級點火燃燒過程中，將經過濃縮的煤粉送入等離子體高溫火核中心區域，高溫等離子體同濃煤粉混合，伴隨著熱化學反應，提高煤粉的揮發份含量，強化燃燒過程;后續的煤粉在燃燒器內被分級點燃、火焰逐級放大，可在燃燒器噴嘴處形成3-5米長的火焰。

3 電氣系統

等離子點火裝置的電氣系統主要由6kV高壓開關柜、等離子主變壓器、低壓開關柜、等離子隔離變、直流電源控制柜、電抗器等部分組成。

供電系統取自6kVIA段的一面高壓開關柜，接至等離子主變壓器，通過等離子低壓開關柜接至等離子隔離變壓器，再接至直流柜，輸出的直流電送至就地等離子體發生器為產生等離子體電弧提供電源。

6kV三相交流電源經主變壓器轉換為690V交流電，主變壓器原邊接成三角型，副邊接成星型中性點接地，安裝在變壓器柜內。

690V三相交流電經隔離變壓器隔離后引入直流電源控制柜，隔離變壓器原邊接成星型，副邊接成三角型且中性點不接地，從而減少諧波對電源的污染。

直流電源控制柜為等離子體發生器提供直流電源及點火控制。采用西門子6RA80系列整流裝置，將三相交流電源變為穩定的直流電源。控制系統采用西門子200的PLC模塊，配備觸摸屏便于故障查詢。

平波電抗器產生足夠的感抗，保證在等離子體發生器工作特別是啟動過程中，電流的平穩。

4 電氣設備的運行與維護

4.1 定期試驗

等離子點火裝置一般是在熱備用狀態，每月應進行一次試拉弧，每次持續時間為60s即可。

4.2 日常巡檢

加強日常巡檢力度，注意控制柜顯示屏是否有報警以及主變壓器、隔離變壓器、控制柜的溫度是否正常。

4.3 設備檢修

結合機組檢修，做好高低壓開關的綜保校驗、絕緣測試、直阻測試，變壓器實驗以及長電纜的檢查工作。

4.4 常見故障及處理方法

如表1所示，偶爾報401、402故障時，重新試拉弧3-5次即可。若是頻繁報警，則需對陰陽極面進行清掃、打磨，并注意其使用時間。在陰極使用150h，陽極使用500h后，進行更換。

5 結語

等離子系統在火電廠鍋爐點火中的應用打破了傳統意義上的點火，以鹿華熱電一臺330MW機組鍋爐為例，裝設一層等離子燃燒器，安裝4臺等離子點火器，實現了等離子助燃點火，每次啟爐可節約燃油20t左右。此外，在出現燃燒不穩定的情況時，等離子點火系統還可以進行穩燃，并且與傳統的燃油助燃相比效果明顯，維護簡單，成本低廉。可見，利用等離子點火系統，能產生非常可觀的經濟效益，宜進行推廣。

參考文獻

[1]郭憲法，等離子技術在火電廠鍋爐點火中的應用[J].黑龍江科技信息，2017 （14）.

[2]康國偉，等離子技術在火電廠的應用[Jl，黑龍江科技信息，2015 （35）.

[3] THPI-300/600-01型等離子點火裝置說明書.武漢天和技術股份有限公司，2016.