鍋爐等離子點(diǎn)火燃燒器調(diào)試與應(yīng)用摘要：針對(duì)國(guó)電費(fèi)縣電廠采用的煙臺(tái)龍?jiān)吹入x子點(diǎn)火裝置，通過書面理論研究和現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試、運(yùn)行實(shí)踐相結(jié)合的方式，分析了等離子點(diǎn)火裝置的原理及構(gòu)造，研究了等離子點(diǎn)火裝置在實(shí)際應(yīng)用中的啟動(dòng)、停運(yùn)過程及故障分析處理方法，并對(duì)此技術(shù)在節(jié)能降耗方面的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了討論，為以后火電機(jī)組等離子點(diǎn)火裝置的安裝、調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)提供一個(gè)可以借鑒的范例。關(guān)鍵詞：等離子；節(jié)能降耗；發(fā)展趨勢(shì)；范例1緒論1.1本課題的研究背景及意義近年來，石油短缺正成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的主要瓶頸。按照科學(xué)發(fā)展觀和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的要求，節(jié)約用油已經(jīng)成為各行業(yè)緊迫和長(zhǎng)期的任務(wù)。從我國(guó)石油供需情況看，工業(yè)用油約占石油消費(fèi)量的一半，其中燃料油占工業(yè)用油的35%左右。因此，解決好發(fā)電企業(yè)燃料油的節(jié)約和替代，是緩解我國(guó)石油消費(fèi)過快增長(zhǎng)的有效途徑之一。據(jù)了解，以往火電廠發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)點(diǎn)火都是采用燃燒柴油或重油的方法。1臺(tái)60萬千瓦機(jī)組，調(diào)試啟動(dòng)一次就要消耗燃油6000-8000噸。而等離子點(diǎn)火技術(shù)可以直接采用煤粉點(diǎn)火，不僅節(jié)約了極其寶貴的石油資源，而且由于煤炭與石油的價(jià)差，還可以為電廠節(jié)約80-90%的點(diǎn)火成本。目前該技術(shù)已經(jīng)處于大規(guī)模商用水平。有關(guān)專家指出，我國(guó)目前裝機(jī)容量5億千瓦，其中70%是火電。如果現(xiàn)有火電機(jī)組全部改造為等離子點(diǎn)火，每年可以節(jié)約燃油600萬噸以上，可以為電廠節(jié)約發(fā)電成本300億元，等于為國(guó)家節(jié)約了一座中型油田的原油。為解決我國(guó)電力企業(yè)能耗較高、工業(yè)用電利用效率偏低的問題，提升電力行業(yè)節(jié)能潛力，按照節(jié)能中長(zhǎng)期規(guī)劃，我國(guó)將推廣應(yīng)用等離子微油點(diǎn)火技術(shù)，整體提高我國(guó)電力工業(yè)的資源利用效率。1.2本課題的主要研究?jī)?nèi)容及其研究方法等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)是通過電離空氣迅速點(diǎn)燃煤粉，在等離子燃燒器內(nèi)著火后噴入爐膛，從而代替油槍實(shí)現(xiàn)鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃。費(fèi)縣電廠660MW鍋爐是哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司引進(jìn)英國(guó)三井巴布科克能源公司技術(shù)生產(chǎn)的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行燃煤直流鍋爐，鍋爐型號(hào)為HG1913/25.4/571/569―YM3,采用n型布置，螺旋水冷壁、單爐膛、低Nox軸向旋流燃燒器，前后墻對(duì)沖燃燒方式、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)。燃燒系統(tǒng)配有30只低Nox軸向旋流煤粉燃燒器，分三層前、后墻對(duì)沖布置。為了降低鍋爐啟動(dòng)及低負(fù)荷助燃用油，鍋爐前墻下層B制粉系統(tǒng)使用了煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)有限公司開發(fā)研制的等離子煤粉點(diǎn)火及穩(wěn)燃系統(tǒng)，同時(shí)用作點(diǎn)火燃燒器和主燃燒器。本文將以煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司生產(chǎn)的等離子點(diǎn)火裝置在費(fèi)縣電廠660MW鍋爐的安裝、調(diào)試、試運(yùn)行過程為依據(jù)，對(duì)等離子技術(shù)在火電廠中的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析研究。2等離子點(diǎn)火裝置的原理及組成該裝置利用直流電流（大于200A）在介質(zhì)氣壓大于0.1Mpa的條件下接觸引弧，并在強(qiáng)磁場(chǎng)下獲得穩(wěn)定功率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T>5000K的梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過該等離子“火核”受到高溫作用，并在10-3秒內(nèi)迅速釋放出揮發(fā)物，并使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒，由于反應(yīng)是在氣向中進(jìn)行，使混合物組分的粒級(jí)發(fā)生了變化。因而使煤粉的燃燒速度加快，也有助于加速煤粉的燃燒，這樣就大大地減少促使煤粉燃燒所需要的引燃能量，除此之外，等離子體對(duì)于煤粉的作用，可比通常情況下提高20%?80%的揮發(fā)份，即等離子體有再造揮發(fā)份的效應(yīng)，這對(duì)于點(diǎn)燃貧煤強(qiáng)化燃燒有特別的意義。2.2等離子發(fā)生器工作原理圖2-1等離子發(fā)生器工作原理圖該發(fā)生器為磁穩(wěn)空氣載體等離子發(fā)生器，它由線圈、陰極、陽(yáng)極組成。其中陰極材料采用高導(dǎo)電率的金屬材料或非金屬材料制成。陽(yáng)極由高導(dǎo)電率、高導(dǎo)熱率及抗氧化的金屬材料制成，它們均采用水冷方式，以承受電弧高溫沖擊。線圈在高溫250°C情況下具有抗2000V的直流電壓擊穿能力，電源采用全波整流并具有恒流性能。其發(fā)火原理為：首先設(shè)定輸出電流，當(dāng)陰極3前進(jìn)同陽(yáng)極2接觸后，整個(gè)系統(tǒng)具有抗短路的能力且電流恒定不變，當(dāng)陰極緩緩離開陽(yáng)極時(shí)，電弧在線圈磁力的作用下拉出噴管外部。具有0.15Mpa壓力的空氣在電弧的作用下，被電離為高溫等離子體，其能量密度高達(dá)105106W/cm2,為點(diǎn)燃不同的煤種創(chuàng)造了良好的條件。密度高達(dá)105根據(jù)高溫等離子體有限能量不可能同無限的煤粉量及風(fēng)速相匹配的原則設(shè)計(jì)了多級(jí)燃燒器。它的意義在于應(yīng)用多級(jí)放大的原理，使系統(tǒng)的風(fēng)粉濃度、氣流速度處于一個(gè)十分有利于點(diǎn)火的工況條件，從而完成一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的點(diǎn)火、燃燒過程。實(shí)驗(yàn)證明運(yùn)用這一原理及設(shè)計(jì)方法使單個(gè)燃燒器的出力可以從2T/H擴(kuò)達(dá)到10T/H。在建立一級(jí)點(diǎn)火燃燒過程中我們采用了將經(jīng)過濃縮的煤粉垂直送入等離子火炬中心區(qū)，10000°C的高溫等離子體同濃煤粉的匯合及所伴隨的物理化學(xué)過程使煤粉原揮發(fā)份的含量提高了80%,其點(diǎn)火延遲時(shí)間不大于1秒。點(diǎn)火燃燒器的性能決定了整個(gè)燃燒器運(yùn)行的成敗，在設(shè)計(jì)上該燃燒器出力約為500?800kg/h，其噴口溫度不低于1200C。另外加設(shè)了第一級(jí)氣膜冷卻技術(shù)避免了煤粉的貼壁流動(dòng)及掛焦，同時(shí)乂解決了燃燒器的燒蝕問題。該區(qū)稱為第一區(qū)。第二區(qū)為混合燃燒區(qū)，在該區(qū)內(nèi)一般采用“濃點(diǎn)濃”的原則，環(huán)形濃淡燃燒器的應(yīng)用將淡粉流貼墻而濃粉摻入主點(diǎn)火燃燒器燃燒。這樣做的結(jié)果既利于混合段的點(diǎn)火，乂冷卻了混合段的壁面。如果在特大流量條件還可采用多級(jí)點(diǎn)火。第三區(qū)為強(qiáng)化燃燒區(qū)，在一、二區(qū)內(nèi)揮發(fā)分基本燃盡，為提高疏松炭的燃盡率采用提前補(bǔ)氧強(qiáng)化燃燒措施，提前補(bǔ)氧的原因在于提高該區(qū)的熱焓進(jìn)而提高噴管的初速達(dá)到加大火焰長(zhǎng)度提高燃盡度的目的，所采用的氣膜冷卻技術(shù)亦達(dá)到了避免結(jié)焦的目的。 第四區(qū)為燃盡區(qū)，疏松碳的燃盡率，決定于火焰的長(zhǎng)度。隨煙氣的溫升燃盡率逐漸加大。2.4等離子燃燒器的組成等離子點(diǎn)火系統(tǒng)主要由等離子發(fā)生器，等離子發(fā)生器電源系統(tǒng)，磨煤機(jī)一次風(fēng)暖風(fēng)器系統(tǒng)，等離子空氣系統(tǒng)，等離子冷卻水系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)組成。3等離子燃燒器的調(diào)試與運(yùn)行3.1等離子燃燒器的調(diào)試等離子點(diǎn)火系統(tǒng)主要由等離子發(fā)生器、等離子發(fā)生器電源系統(tǒng)、暖風(fēng)器系統(tǒng)、空氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)組成。首先，相繼完成等離子發(fā)生器冷卻水泵、圖像火檢冷卻風(fēng)機(jī)的試運(yùn)及聯(lián)鎖保護(hù)試驗(yàn)，電氣系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)聯(lián)鎖保護(hù)試驗(yàn)，冷卻水系統(tǒng)管道沖洗、載體風(fēng)（壓縮空氣）系統(tǒng)管道吹掃以及暖風(fēng)器系統(tǒng)檢查確認(rèn)等調(diào)試工作。調(diào)試后，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)附屬設(shè)備運(yùn)行正常，可以滿足等離子發(fā)生器運(yùn)行要求。然后，對(duì)5臺(tái)等離子發(fā)生器進(jìn)行就地及遠(yuǎn)控拉弧試驗(yàn)，確認(rèn)各等離子發(fā)生器起弧正常，運(yùn)行穩(wěn)定。3.2等離子燃燒器的啟停磨煤機(jī)B啟動(dòng)分“正常運(yùn)行狀態(tài)”和“等離子狀態(tài)”兩種運(yùn)行方式，投用等離子燃燒器前須將B磨置“等離子狀態(tài)”運(yùn)行方式。3.2.1等離子燃燒器啟動(dòng)前檢查檢查設(shè)備完整，檢修工作已結(jié)束，熱力工作票終結(jié)或有試轉(zhuǎn)單。送上等離子點(diǎn)火裝置電源。檢查等離子冷卻水系統(tǒng)檢查冷卻水母管水壓正常，各等離子點(diǎn)火器冷卻水壓力＞0.4MPa。檢查等離子監(jiān)控裝置已投入運(yùn)行，等離子圖象火檢投運(yùn)正常。檢查等離子圖象火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)已具備投運(yùn)條件，啟動(dòng)任一臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)。調(diào)節(jié)各等離子點(diǎn)火器送弧氣壓力至8.5kPa。冷卻風(fēng)母管壓力正常，各等離子點(diǎn)火器圖像火焰冷卻風(fēng)壓力＞4kPa。檢查輔汽系統(tǒng)已投運(yùn)，輔汽母管壓力＞1MPa，磨煤機(jī)B暖風(fēng)器具備投運(yùn)條件，關(guān)閉磨煤機(jī)B正常熱一次風(fēng)門，投入磨煤機(jī)B暖風(fēng)器。（一次風(fēng)溫度＞160°C時(shí)，可不投暖風(fēng)器）。檢查鍋爐已吹掃完成且MFT已復(fù)置，已有任一臺(tái)一次風(fēng)機(jī)及密封風(fēng)機(jī)投運(yùn)。將磨煤機(jī)B切換至“等離子狀態(tài)”。3.2.2等離子燃燒器的啟動(dòng)啟B磨前首先確定其運(yùn)行狀態(tài)：如鍋爐在點(diǎn)火啟動(dòng)過程中，則B磨設(shè)于“等離子狀態(tài)”；如鍋爐在最低不投油穩(wěn)燃負(fù)荷以上運(yùn)行時(shí)，則B磨設(shè)于“正常運(yùn)行狀態(tài)”。打開為前墻B層等離子點(diǎn)火燃燒器供粉的插板門，對(duì)B磨進(jìn)行通風(fēng)、暖磨。在主控LCD上逐個(gè)啟動(dòng)B層5只等離子發(fā)生器拉弧，并調(diào)節(jié)各等離子發(fā)生器電流，使電弧功率維持在80kW左右。當(dāng)磨煤機(jī)B出口溫度達(dá)到65C，啟動(dòng)B磨煤機(jī)及B給煤機(jī)，維持B磨出力15-20t/h左右運(yùn)行，調(diào)節(jié)磨煤機(jī)一次風(fēng)量在80t/h。（磨風(fēng)量、煤量等參數(shù)需在調(diào)試過程中進(jìn)一步摸索、優(yōu)化）。檢查各等離子燃燒器燃燒情況，必要時(shí)調(diào)整等離子點(diǎn)火器功率和磨煤機(jī)一次風(fēng)量，使各燃燒器著火正常。并調(diào)整B層燃燒器輔助風(fēng)擋板開度為40%。各燃燒器穩(wěn)定燃燒10min后再根據(jù)升溫升壓曲線調(diào)整給煤機(jī)煤量。當(dāng)空預(yù)器出口一次風(fēng)溫＞170°C，應(yīng)停用磨煤機(jī)B熱一次風(fēng)暖風(fēng)器，切換至正常熱一次風(fēng)管供風(fēng)。B磨煤機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定（煤量＞35t/h），同時(shí)鍋爐已達(dá)到斷油負(fù)荷以上時(shí)，將B磨煤機(jī)運(yùn)行模式切到“正常運(yùn)行狀態(tài)”，逐只停止等離子點(diǎn)火器的運(yùn)行，同時(shí)關(guān)閉為前墻B層等離子點(diǎn)火燃燒器供粉的插板門，使前墻B層燃燒器轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。3.2.3等離子點(diǎn)火器的運(yùn)行調(diào)整1） 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行中，應(yīng)對(duì)各設(shè)備定期進(jìn)行巡回檢查，當(dāng)發(fā)生不正常情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)查明原因，設(shè)法消除。對(duì)一些暫時(shí)不能消除的，應(yīng)填寫缺陷單或及時(shí)通知有關(guān)檢修人員進(jìn)行處理。對(duì)一些威脅設(shè)備安全的故障應(yīng)及時(shí)將該設(shè)備退出運(yùn)行，并通知檢修人員盡快消除。2） 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)檢查項(xiàng)目檢查運(yùn)行圖像火檢冷卻風(fēng)機(jī)無異聲，溫度、振動(dòng)正常；檢查閉冷水溫度中40C，冷卻水母管壓力＞0.6MPa，各等離子點(diǎn)火器冷卻水壓力＞0.4MPa；檢查各等離子點(diǎn)火器送弧氣壓力在8.5kPa；檢查各等離子點(diǎn)火器圖像火檢冷卻風(fēng)壓＞4kPa；密切監(jiān)視各等離子燃燒器壁溫，必要時(shí)可采取降低磨煤機(jī)B煤量，增加一次風(fēng)量，降低等離子點(diǎn)火器功率，控制燃燒器壁溫中300笆。3.2.4等離子燃燒器的停用1） 等離子點(diǎn)火裝置停止前，需要停止B磨煤機(jī)時(shí)，需要先將磨出力減至20t/h左右，打開等離子燃燒器供粉插板門，投入等離子點(diǎn)火器，再進(jìn)一步減小磨出力，直至停止B磨煤機(jī)運(yùn)行。然后逐個(gè)停止等離子點(diǎn)火裝置拉弧。再將B磨煤機(jī)切換至“正常運(yùn)行模式”。2） 等離子點(diǎn)火裝置停止前，不需要停止B磨煤機(jī)時(shí)，先將B磨煤機(jī)切換至“正常運(yùn)行模式”，然后等離子點(diǎn)火裝置停止拉弧。4結(jié)論等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)是火電廠中一門新興的節(jié)能降耗技術(shù)，但經(jīng)過多臺(tái)機(jī)組的試用及不斷改進(jìn)，如今該技術(shù)已比較成熟，可以預(yù)見此技術(shù)將是火電廠點(diǎn)火啟動(dòng)方式的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，通過對(duì)等國(guó)電費(fèi)縣電廠離子點(diǎn)火穩(wěn)燃裝置的原理、安裝、調(diào)試、運(yùn)行過程進(jìn)行討論研究，為以后的等離子應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。經(jīng)過本論文工作，可得到如下結(jié)論：1） 從費(fèi)縣電廠等離子點(diǎn)火裝置應(yīng)用的情況可以看出，在配置正壓直吹式制粉系統(tǒng)的燃煙煤鍋爐上采用等離子點(diǎn)火燃燒器冷態(tài)點(diǎn)火起動(dòng)，與同類型鍋爐對(duì)比，起動(dòng)所需的平均耗油量要小的多；投粉時(shí)間可提前約2?3h，成功實(shí)現(xiàn)少投油，早投電除塵器，并滿足鍋爐升溫升壓的要求。可大大減少昂貴的燃油和運(yùn)行成本。2） 在低負(fù)荷工況下使用等離子點(diǎn)火技術(shù)助燃