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            ● 鍋爐等離子點火燃燒器的應用

            來源:廣州恒運集團有限公司 作者:恒日能燃燒控制科技有限公司 時間:2008-06-19 Tag:鍋爐   燃燒器   點火   等離子   點擊:
             摘 要:簡單介紹了等離子點火燃燒器的工作原理和系統組成,結合該燃燒器在恒運電廠6號鍋爐的成功應用情況,分別從運行方式、運行控制參數、運行控制策略、運行工況等方面分析了該燃燒器的運行特性,對今后推廣該技術的應用有借鑒作用。? 
              恒運電廠6號鍋爐(DG-680/13.7-20)為超高壓、自然循環、單汽包、正壓直吹式制粉系統、四角切圓燃燒、平衡通風、固態排渣、燃煙煤鍋爐。2003年10月,該鍋爐投入運行。鍋爐首次整組起動前,將第一層四支主燃燒器改造為等離子點火煤粉燃燒器,并成功地投入運行,這是廣東省內火電廠的首次嘗試。煤粉鍋爐等離子點火技術在國外已有20多年的歷史了,近年來在國內也有研究和應用,并取得了較好的效益[1,2]。該技術成功地運用在廣州恒運電廠6號鍋爐,使整組起動節約用油共計兩百多噸,點火期間可盡早投運電除塵器,經濟效益和環保效益明顯。? 
            1等離子點火煤粉燃燒器工作原理
              等離子點火技術的基本原理是以大功率電弧直接點燃煤粉。該點火裝置利用直流電流(大于200 A)在介質氣壓大于0.01MPa的條件下通過陰極和陽極接觸引弧,并在強磁場下獲得穩定功率的直流空氣等離子體。其連續可調功率范圍為50~150 kW,中心溫度可達6000 ℃。一次風粉送入等離子點火煤粉燃燒器經濃淡分離后,使濃相煤粉進入等離子火炬中心區,在約0.1s內迅速著火,并為淡相煤粉提供高溫熱源,使淡相煤粉也迅速著火,最終形成穩定的燃燒火炬。燃燒器壁面采用氣膜冷卻技術,可冷卻燃燒器壁面,防燒損、防結渣,用除鹽水對電極及線圈進行冷卻。等離子點火器本體部分工作原理見圖1。
             

            2系統及設備簡介
            2.1制粉系統及燃燒器布置
              恒運電廠6號爐采用四角切圓布置五層煤燃燒器、二層油燃燒器。煤質工業分析見表1。制粉系統為5臺ZGM-80G輥式中速磨煤機,每臺磨煤機(額定工況下為4臺運行、1臺備用)制粉后送至一層煤粉燃燒器,其中C磨煤機連接第一層燃燒器。磨煤機最大出力為29.87t/h,允許磨煤機最低出力為7.47 t/h,額定通風量為12.46 kg/s,最低通風量為9.345 kg/s,密封風量為1.21kg/s,磨機出口溫度65~80℃。改造前,設計使用油燃燒器起停、穩燃。此次改造將第一層4只煤燃燒器替換為等離子點火燃燒器,同時用作點火燃燒器和主燃燒器。 

             
            2.2等離子燃燒系統
              等離子燃燒系統由點火系統和輔助系統兩大部分組成。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;輔助系統由壓縮空氣系統、冷卻水系統、圖像火檢系統、一次風在線測速系統等組成。由于受場地限制,在C磨煤機入口的一次風道未加裝蒸汽暖風器。?
            2.3等離子燃燒器結構
              等離子燃燒器采用內燃方式,為三級送粉,由等離子發生器、風粉管、外套管、噴口、濃淡塊、主燃燒器等組成(見圖2)。由于燃燒器的壁面要承受高溫,因此加入了氣膜冷卻風。
             

            3等離子點火燃燒器系統運行方式
              為保證機組的安全及等離子點火系統的正常運行,在爐膛安全監控系統(FSSS)邏輯中,C磨煤機實現“正常運行模式”和“等離子運行模式”的切換。在“正常運行模式”時,第一層燃燒器實現主燃燒器功能;在“等離子運行模式”時,對C磨煤機的部分起動條件進行屏蔽,第一層燃燒器實現點火燃燒器功能。?
            3.1冷態等離子點火運行方式
              a) 按照運行規程的要求,鍋爐上水到點火水位,風機起動,爐膛吹掃程序完成。?
              b) 全面檢查等離子燃燒器的各子系統,確認壓縮空氣、冷卻風、冷卻水等各項參數正常,等離子發生器具備起動條件。?
              c) 鍋爐點火,投入一層對角油燃燒器,30 min后,按照鍋爐冷態起動曲線增投另一對角油燃燒器。?
              d) 置C磨煤機在“等離子運行模式”運行,檢查制粉系統正常,二次風溫達到90~130℃,起動一次風機、密封風機,磨煤機起動條件滿足,C制粉系統投入暖磨。起動撈渣機、碎渣機運行。?
              e) 將等離子發生器給定電流設置為300 A起弧,穩定5 min后,根據煤種將等離子發生器功率控制在80~120 kW范圍內。?
              f) 調節第一層燃燒器周界風,維持風門開度在15%。?
              g) 起動C制粉系統。?
              h) 就地觀察等離子燃燒器的燃燒情況,調整一次風量、周界風門開度,確定合理的一次風速及風門開度。? 
              i) 等離子燃燒器燃燒穩定后,逐步減少油燃燒器,直至完全斷油運行,并投入電除塵器第四電場運行。
              j) 汽機沖轉、定速、并網后逐漸增加燃料量。?
              k) C制粉系統出力達70%,投入上層煤粉燃燒器。此后按規程要求,升溫、升壓,并投入其它電除塵電場。?
              l) 運行負荷帶到110 MW,超過鍋爐最低穩燃負荷時,置C磨煤機在“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。?
            3.2等離子助燃運行方式
              a) 鍋爐在低負荷助燃并所帶負荷降到110MW附近時,將“正常運行模式”工作的等離子燃燒器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,根據需要,置C磨煤機在“正常運行模式”或“等離子運行模式”運行。
              b) 鍋爐在滑停助燃并帶負荷降到110 MW附近時,投入等離子發生器,置C磨煤機在“正常運行模式”運行,按規程要求平穩降溫、降負荷。
              c) 當電負荷降至0,機組解列,等離子燃燒器退出,停運電除塵器,鍋爐停爐。? 
            4等離子點火燃燒器系統運行控制參數
            4.1系統控制參數
              為保證等離子發生器正常工作,對電源、壓縮空氣、冷卻水、水質等均有控制要求:負荷電流200~375 A,電弧電壓250~400V;壓縮空氣壓力0.12~0.3 MPa,壓縮空氣體積流量60~100 m3/h;冷卻水壓力0.15~0.40MPa,冷卻水體積流量不大于10 m3/h;水質為除鹽水,水溫不大于40 ℃。
            4.2燃燒器控制參數
              為保證等離子燃燒器在起動點火時及時著火、燃燒穩定,在不同的工況下對一次風速、氣膜冷卻風速、給煤粉量、電弧功率、二次風等均有不同的要求,見表2。? 
             

              總之,調整等離子燃燒器燃燒的原則為:既要保證著火穩定,減少不完全燃燒損失,提高燃盡率,又要隨爐溫和風溫的升高盡可能開大氣膜或周界冷卻風,提高一次風速,控制燃燒器壁溫測點不超溫,燃燒器不結焦,在滿足升溫、升壓曲線的前提下,盡早投入其它燃燒器,盡快提高爐膛溫度,有利于提高燃燒效率。

            5等離子點火燃燒器系統運行控制策略
                等離子點火燃燒器系統運行控制策略有以下幾點:? 
              a) 起動C制粉系統前,將C磨煤機的出口分離器擋板角度調整至較小值。? 
              b) 等離子點火燃燒器投入運行的初期,要注意觀察火焰的燃燒情況、電源功率的波動情況,做好事故預想,發現異常,及時處理。? 
              c) 起動C制粉系統后,根據各角等離子燃燒器的燃燒情況,調整磨煤機對應的煤粉輸送管道上的輸粉風(一次風粉)調平衡閥門,保持各煤粉輸送管道內風速合適、煤粉濃度一致、煤粉細度一致。? 
              d) 等離子點火燃燒器投入運行的初期,為控制溫升,上部二次風門要適當開大,注意觀察煙溫,防止再熱器系統超溫。? 
              e) 在鍋爐起動的過程中,對鍋爐的膨脹加強檢查、記錄。? 
              f)在等離子點火燃燒器投入前,要根據給煤量與磨煤機入口風壓、風量等參數,做好風粉速度、煤粉濃度等重要參數的預想,并在點火的過程中,根據煤粉著火情況,有根據地加以調整。? 
              g)等離子燃燒器投入后,還需投入其他主燃燒器時,應以先投入等離子燃燒器相鄰上部主燃燒器為原則,并實地觀察實際燃燒情況,合理配風組織燃燒。? 
              h) 氣膜冷卻風控制,冷態一般在等離子燃燒器投入0~30min內開度盡量小,以提高初期燃燒效率,隨著爐溫升高,逐漸開大風門,防止燒損燃燒器,以燃燒器壁溫控制在500~600 ℃為宜。? 
              i) 當C磨煤機在“等離子運行方式”下運行,4支等離子發生器中的1支發生斷弧時,光字牌將發出聲光報警,此時運行人員應及時投入斷弧等離子發生器上層的油槍,同時檢查斷弧原因,盡快恢復等離子發生器的運行。? 
              j)當C磨煤機在“等離子運行方式”下運行,4支等離子發生器中的2支發生斷弧時,保護系統將停止磨煤機的運行,此時應仔細檢查斷弧原因,待問題解決后再繼續運行。? 
              k)當鍋爐負荷升至斷油負荷以上且等離子發生器在運行狀態時,應及時將C磨煤機運行方式切至“正常運行模式”,防止因等離子發生器斷弧造成磨煤機跳閘。? 

            6運行情況分析
              恒運電廠6號鍋爐等離子點火燃燒系統經現場安裝、調試完善后,于2003年11月2日順利實現等離子點火起停機組。現場試驗情況如下:11月2日19時53分(點火前),鍋爐汽包壓力0.38MPa,高溫過熱器前煙溫150 ℃,主蒸汽溫度210 ℃,二次風溫57℃,投第一層C角油槍;11月2日20時12分投第一層D角油槍,A,B角油槍均因故障未投運;20時33分起動一次風機、密封風機,C制粉系統投入暖磨;20時45分投入等離子發生器;21時05分起動C磨煤機,因C給煤機進出口閘板故障于21時08分停運;故障排除后,21時15分投入等離子發生器;21時32分起動C制粉系統正常;22時07分全退輕油槍,投入電除塵器;11月3日主蒸汽壓力3.61MPa,主蒸汽溫度403 ℃,再熱蒸汽溫度385 ℃,汽輪機沖轉;0時18分發電機并網,升負荷;7時43分負荷帶至111MW,退出等離子發生器。中參數停機過程(2003年11月1日):0時28分負荷降到115MW,投入等離子發生器。按規程要求平穩降溫、降負荷;3時05分電負荷降至0,發電機解列,等離子發生器退出,停運電除塵器,鍋爐停爐。
              從運行情況可以看出:? 
              a)由于等離子燃燒器系統投運不久,運行人員對其特性掌握不夠,再加上設備的原因,使得C磨煤機起動推遲,延長了投油時間,但是這次機組起、停總油耗量只有5.67t, 與起動同類型鍋爐對比,油耗量已大大減少,在6號機整組起動中節約用油共計兩百多噸,而且可以盡快投入電除塵器。? 
              b)恒運電廠6號機組屬省統調調峰機組,調峰頻繁,因此這次開停爐時間間隔很短,對于鍋爐本身而言,點火起動的程序和各階段的起動要求則不受停爐時間的長短(即不論是熱爐還是冷爐)而改變,所以6號爐等離子點火燃燒器系統完全可以實現鍋爐冷態少油點火。6號爐等離子點火燃燒器系統由于受場地限制,未在C磨煤機入口的一次風道上加裝蒸汽暖風器,可進一步改造,以實現冷態無油點火。? 
            7結論
              a)從恒運電廠6號爐的運行情況看,在配置正壓直吹式制粉系統的燃煙煤鍋爐上采用等離子點火燃燒器冷態點火起動,與同類型鍋爐對比,起動所需的平均耗油量減少約20~25t;投粉時間可提前約2~3 h,成功實現少投油,早投電除塵器,并滿足鍋爐升溫升壓的要求。?
              b)在低負荷工況下使用等離子點火技術助燃,完全可以實現無油助燃,機組的經濟效益和環保效益明顯提高。同時,在等離子燃燒器投用以來,未出現鍋爐尾部二次燃燒、煙溫升高及燃燒不穩產生滅火打炮現象。停爐期間檢查等離子燃燒器,燃燒室沒有結渣現象,鍋爐的安全性、穩定性得到保證。?
              c) 受場地限制,未在C磨煤機入口的一次風道上加裝蒸汽暖風器,否則, 可以實現冷態無油點火。?
              d) 恒運電廠所用煤質并不算最好, 可見該系統具有較廣的適應性。?
              e) 等離子點火燃燒技術對于調峰大機組尤為適合, 可大大減少昂貴的燃油和運行成本。

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