等離子點火裝置

等離子點火裝置第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三目錄前言等離子點火器工作機理本工程設計方案等離子點火系統(tǒng)及安裝要點結束語第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三前言

我公司的DLZ－200型等離子點火產品，是于2000年通過國家電力公司的鑒定，鑒定結果認為“DLZ-200型等離子點火裝置在220t/h燃用貧煤鍋爐上直接點火及穩(wěn)燃是成功的。該成果解決了多項技術關鍵問題，達到了世界領先水平”。2003年9月又獲得中國電力科學技術獎一等獎。目前，等離子點火及穩(wěn)燃技術已成功應用于百余臺電站煤粉鍋爐，適用煤種：貧煤、劣質煙煤、煙煤和褐煤；適用的機組容量：50MW、100MW、125MW、200MW、300MW和600MW；適用的燃燒方式：切向燃燒直流燃燒器、墻式燃燒旋流燃燒器；制粉系統(tǒng)類型：鋼球磨中儲式、雙進雙出鋼球磨直吹式、中速磨直吹式和風扇磨直吹式制粉系統(tǒng)。采用等離子點火燃燒器點火和穩(wěn)燃與傳統(tǒng)的燃油相比有以下幾大優(yōu)點：1）經濟：采用等離子點火運行和技術維護費僅是使用重油點火時費用的15%～20%，對于新建電廠，可以節(jié)約上千萬的初投資和試運行費用；2）環(huán)保：由于點火時不燃用油品，電除塵裝置可以在點火初期投入，因此，減少了點火初期排放大量煙塵對環(huán)境的污染；另外，電廠采用單一燃料后，減少了油品的運輸和儲存環(huán)節(jié)，亦改善了電廠的環(huán)境；3）高效：等離子體內含有大量化學活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子團（OH、H2、O2）、離子（O2－、H2－、OH－、O－、H＋）和電子等，可加速熱化學轉換，促進燃料完全燃燒；4）簡單：電廠可以單一燃料運行，簡化了系統(tǒng)，簡化了運行方式；5）安全：取消爐前燃油系統(tǒng)，也自然避免了經常由于燃油系統(tǒng)造成的各種事故。【目錄】第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三等離子點火工作機理等離子點火機理DLZ-200型等離子點火裝置是利用直流電流在介質氣壓條件下接觸引弧，并在強磁場控制下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在專門設計的燃燒器的中心燃燒筒中形成溫度T＞5000K的，溫度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秒內迅速釋放出揮發(fā)物，使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由于反應是在氣相中進行，使混合物組分的粒級發(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，這樣就大大地減少點燃煤粉所需要的引燃能量。等離子體內含有大量化學活性的粒子，如原子（C、H、O)、原子團（OH、H2、O2）、離子（O2－、H2－、OH－、O－、H＋）和電子等，可加速熱化學轉換，促進燃料完全燃燒。本系統(tǒng)核心設備－－等離子發(fā)生器、燃燒器分別介紹如下：１．等離子發(fā)生器：DLZ-200型等離子發(fā)生器為磁穩(wěn)，空氣載體等離子發(fā)生器，它由線圈、陰極、陽極等組成。其中陰極材料采用具有高導電率、高導熱、耐氧化的金屬材料制成。陽極亦由高導電率、高導熱率及抗氧化的金屬材料制成，它們均采用水冷方式冷卻，能承受電弧高溫沖擊。線圈在高溫250℃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。其工作原理見等離子發(fā)生器原理圖、等離子發(fā)生器外形圖、實物參考照片?！鞠乱豁摗俊灸夸洝康?頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三２．等離子燃燒器其主要結構如下：等離子燃燒器由等離子發(fā)生器、中心筒一級燃燒室、內套筒二級燃燒室，方形外套筒等部分組成。【燃燒器示意圖】【本工程正式圖】中心筒一級燃燒室：引入濃縮后的含粉氣流，等離子電弧與煤粉在此發(fā)生強烈的電化學反應，煤粉裂解，產生大量揮發(fā)份并被點燃；內套筒二級燃燒室：揮發(fā)份及煤粉繼續(xù)燃燒，并將后續(xù)引入的煤粉點燃，實現(xiàn)分級燃燒；外套筒：利用高速含粉氣流冷卻二級燃燒室，同時將部分煤粉推入爐膛燃燒；設燃燒器壁溫監(jiān)視測點，便于隨時對壁溫進行調整，既有利于點火又可防止燃燒器被燒壞。該燃燒器的特點是：1）在內燃方式的基礎上，利用雙筒結構將部分煤粉推至燃燒器出口，在爐膛內燃燒。內外筒形成同心雙層并聯(lián)通道，既能保證煤粉穩(wěn)定可靠地點燃，確保點火過程中不爆燃、不二次燃燒，降低飛灰含碳量；并利于冷卻內筒筒壁，點火過程燃燒器不結渣、不燒壞。2）不影響主燃燒器的主要性能。首先是燃燒器出口氣流的動量矩基本不變和燃燒器出口流場不變，避免了在正常運行中引起結渣、超溫、燃燒效率下降等問題；第二是燃燒器結構必須簡單，阻力不太大，能滿足各燃燒器之間阻力匹配的要求；第三是燃燒器耐燒、耐磨，滿足運行檢修維護的要求；第四燃燒器的外形主要尺寸與原燃燒器相同，便于布置和與系統(tǒng)接口。3）燃燒器的出力可以在一定的范圍內變動，能滿足啟動曲線的要求，同時滿足作為主燃燒器時出力的要求。從最大限度的節(jié)約燃油的角度考慮，在設計上該燃燒器能滿足在鍋爐冷態(tài)點火時投入，鍋爐升溫升壓速率能滿足電廠運行規(guī)程的要求?！镜入x子燃燒器主要設計參數(shù)表】

等離子點火系統(tǒng)等離子點火系統(tǒng)由等離子燃燒器及其輸粉系統(tǒng)，直流供電及控制系統(tǒng)，輔助系統(tǒng)和熱工監(jiān)控系統(tǒng)組成。【系統(tǒng)參考圖】。各輔助系統(tǒng)具體見第三部分：本工程設計方案【目錄】第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三【返回】等離子發(fā)生器原理圖第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三等離子發(fā)生器外形圖【返回】第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三點火器實物參考照片【返回】第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三燃燒器示意圖【返回】第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三本工程燃燒器圖【返回】第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三等離子點火燃燒器主要設計參數(shù)表序號名稱單位結果備注1一次風管風速m/s20.0-26.0等離子點火器投運狀態(tài)2一次風溫℃60～70等離子點火器投運狀態(tài)3一次風量km3/h4煤粉量t/h3-10.05煤粉濃度kg/kg0.25-0.456噴口風速m/s40～50噴口溫度按1000℃7燃燒器阻力Pa＜1000含濃縮裝置【返回】第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三等離子系統(tǒng)示意參考圖【返回】第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三本工程設計方案等離子燃燒器的布置將后墻下層F磨對應的6臺主燃燒器改造為兼有等離子點火功能的燃燒器。在鍋爐點火和穩(wěn)燃期間，該燃燒器具有等離子點火和穩(wěn)燃功能；在鍋爐正常運行時，該燃燒器具有主燃燒器功能，且在出力方面及燃燒工況與原來保持一致。根據(jù)原主燃燒器的結構，等離子發(fā)生器采用軸向插入方式?！緟⒁娗懊妗枯o助系統(tǒng)輔助系統(tǒng)包括：冷風蒸汽加熱系統(tǒng)、等離子載體系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)。1、冷風蒸汽加熱系統(tǒng)：本工程鍋爐冷態(tài)時采用蒸汽加熱器產生熱風進行冷爐制粉。冷風蒸汽加熱器蒸汽參數(shù)：壓力1.0~1.3MPa、溫度250~300℃。在該參數(shù)下熱風溫度能從常溫加熱到160℃。加熱器布置在F磨煤機入口熱風母管左端，為減少BMCR工況下的運行阻力加設暖風器旁路風道，旁路風道加裝電動關斷門，暖風器投運時該門關閉，暖風器停運該門打開?！菊羝訜崞鞑贾脠D】【蒸汽加熱器蒸汽側系統(tǒng)圖】2、等離子載體風系統(tǒng)載體空氣是等離子電弧的介質，等離子電弧形成后，通過線圈形成的強磁場的作用壓縮成為壓縮電弧，需要高壓空氣以一定的流速吹出陽極才能形成可利用的電弧。因此，等離子點火系統(tǒng)的需要配備載體風系統(tǒng)，載體空氣的要求是潔凈的而且是壓力穩(wěn)定的。采用廠雜用壓縮空氣為等離子發(fā)生器提供載體風。壓縮空氣經母管和支管分別送至鍋爐的等離子發(fā)生器，其附近的儀表管路設有壓力開關及手動閥門，電廠提供氣源壓力為0.5～0.8MPa?！据d體風系統(tǒng)圖】單臺等離子發(fā)生器用風量80～150Nm3/h?！鞠乱豁摗俊灸夸洝康?3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三3、冷卻水系統(tǒng)等離子電弧形成后，弧柱溫度一般在5000K到10000K范圍，因此對于形成電弧的等離子發(fā)生器的陰極和陽極必須通過水冷的方式來進行冷卻，否則很快會被燒毀。本工程冷卻水取自電廠閉式冷卻水系統(tǒng)，并增加兩臺7.5kW增壓泵增壓。進水母管管徑選用φ89×4mm不銹鋼管，并通過φ45×3不銹鋼管分別接入各等離子發(fā)生器；回水母管選用108×4mm不銹鋼管，回水回到原閉式冷卻水回水母管。每個點火器進、出水都有閥門控制?！镜入x子冷卻水系統(tǒng)圖】單臺等離子發(fā)生器最大流量：10t/h。4、圖像火檢系統(tǒng)圖像火檢系統(tǒng)是用來監(jiān)視等離子點火火焰的。在等離子燃燒器原窺視孔位置各安裝一個帶CCD攝像機的火檢探頭，其視頻信號送至集控室大屏幕。單只探頭所需的冷卻風量150Nm3/h。冷卻風由專用火檢冷卻風機供給?！净饳z探頭冷卻風系統(tǒng)圖】電氣系統(tǒng)四臺等離子電源從400V母線段取，具體為從#5機380V鍋爐PC兩段上各取一個電源，一個電源各帶兩個隔離變。#5、#6爐共用一套直流供電系統(tǒng)，由電氣供電系統(tǒng)，隔離變壓器和整流柜、切換柜四部分組成?！鞠到y(tǒng)總圖】等離子點火控制系統(tǒng)1、冷卻水點火器附近的冷卻水管路上設有壓力變送器及手動閥門，在等離子發(fā)生器前后壓差大于0.2MPa，最大壓力不超過0.75MPa,作為等離子點火器操作條件，以保證點火器的安全。2、等離子載體在等離子點火器附近的載體風管路設有壓力變送器以及手動閥門，在等離子發(fā)生器前壓力大于3kPa，作為等離子點火器操作條件，以保證點火器的安全。【下一頁】【目錄】第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三3、等離子點火器的控制等離子點火器的控制主要是對陰極的控制。通過對陰極的調整，進行電壓的調節(jié)，陰極通過整流柜對其控制?！緹峁る娎|接線圖】4、保護邏輯鍋爐FSSS系統(tǒng)邏輯不作根本性修改，爐運行時，燃燒器的火焰保護仍采用鍋爐FSSS系統(tǒng)，燃燒器火焰“有/無”的判據(jù)等均由FSSS系統(tǒng)給出，并在判斷滅火時跳閘相應的磨煤機。僅對原有FSSS邏輯進行以下修改：(1)FSSS系統(tǒng)僅對等離子燃燒器對應磨煤機啟動條件加入置工作方式的邏輯模塊，邏輯置“等離子模式”時，等離子發(fā)生器工作，由等離子燃燒器保持燃燒穩(wěn)定，以便滿足不投油槍，啟動磨煤機的條件，此狀態(tài)為燃燒器的“等離子模式”；邏輯置“正常模式”時，等離子發(fā)生器停用，等離子燃燒器作為主燃燒器使用，此狀態(tài)為燃燒器的“正常模式”。(2)在主控室光子牌上增加1路“等離子點火裝置故障”報警信號。(3)“等離子模式”運行時，有一個等離子點火裝置出現(xiàn)故障,自動投入相對應的油槍，有兩個等離子點火裝置同時出現(xiàn)故障，由FSSS跳閘相應的磨煤機。(4)鍋爐MFT時，由鍋爐FSSS系統(tǒng)送接點信號給等離子控制系統(tǒng)，所有等離子點火器跳閘，并禁啟。(5）在等離子點火模式下，磨煤機啟動3分鐘，如果檢測不到火焰，就認為此層無火，跳相應磨煤機。5、操作控制方式等離子控制系統(tǒng)由四臺整流柜內S7-200、公用DCS、#5爐DCS、#6爐DCS組成。等離子控制信號由S7-200采用硬接線方式送至公用DCS，再由公用DCS通過硬接線方式分別送至#5、#6爐DCS,由DCS等離子點火系統(tǒng)進行操作?！灸夸洝康?5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三電氣系統(tǒng)總圖【返回】第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三蒸汽加熱器布置圖【返回】第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三蒸汽加熱器汽側系統(tǒng)圖【返回】第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三等離子載體風、火檢探頭冷卻風系統(tǒng)圖【返回】第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三等離子冷卻水系統(tǒng)圖【返回】第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三等離子點火系統(tǒng)的運行等離子點火發(fā)生器的運行操作1、等離子運行主要參數(shù)：（1）電源：三相電源380-5％V＋10％V；頻率：50±2%Hz；最大消耗功率：200kVA；負荷電流工作范圍：（300～330）±2%A；電弧電壓調節(jié)范圍：（280～360）±5%V（2）載體空氣：最低氣壓：4kPa；最高氣壓：8kPa；空氣壓力調節(jié)范圍：5～7kPa最小消耗量：80m3/h；最大消耗量：150m3/h（3）冷卻水：最小壓力：0.35MPa；正常壓力：0.5-0.65MPa；最大壓力：0.75MPa；最大流量：10t/h；水質要求：除鹽水，溫度≤40℃（4）B磨參數(shù)：最大出力：61.0t/h；最低出力：15.25t/h；基本通風量:71.47t/h*等離子投入工況下B磨最佳參數(shù)：（首次點火試驗定）出力：10-15t/h；通風量：km3/h；出力和通風量成正比線性關系（5）等離子發(fā)生器功率范圍；正常運行80—120kW（6）陰極壽命：實際工況下不低于？h(易更換)（7）陽極壽命：設計工況下不低于500h（9）等離子燃燒器出力：每角3-10t/h（10）投粉后的著火時間：投粉后不大于80秒【下一頁】【目錄】第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三（11）燃燒器壁溫控制溫度：小于600℃（12）煤粉濃度：0.36—0.52kg/kg，最低不得低于0.3kg/kg（13）陰極和陽極之間距離：29-35MM（試驗后進一步確定）2、操作畫面介紹：【參考畫面1】【參考畫面2】運行時，先合閘本角切換器（確定另一臺爐本角切換器不在合閘狀態(tài)）當本角切換器合閘后，切換器狀態(tài)可以在畫面顯示，當通訊正常，處于遙控位置，現(xiàn)場風壓，水壓以及畫面上風壓、水壓信號顯示正常，電流設定290A-320A，可以拉弧。首先陰極自動前進，陰、陽極接觸后，電流立刻增加，之后陰極后退，電壓逐漸增加，陰極退到指定距離，拉弧結束，畫面出現(xiàn)拉弧成功顯示。3、運行注意事項：鍋爐點火之前火檢風機必須投入，鍋爐停止12小時后才允許停止火檢風機。2臺爐等離子系統(tǒng)電源為公用系統(tǒng)，當1臺爐投入使用，另一臺爐禁止操作。觸摸屏顯示已切換到另一臺爐，禁止本角操作。鍋爐運行時增壓水泵可以停止運行利用閉式循環(huán)本身的壓力可以滿足系統(tǒng)的冷卻。鍋爐運行時現(xiàn)場載體風需要一直運行防止陰陽極污染。燃燒器壁溫不能超過600度。當檢修人員更換陰極頭時運行人員禁止操作，現(xiàn)場檢修人員更換陰極頭必須把現(xiàn)場本角冷卻水進回水門、載體風門關掉?！鞠乱豁摗俊灸夸洝康?2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三運行與控制調節(jié)等離子燃燒器的整套啟動試運分為兩個階段進行：第一階段：在鍋爐吹管過程中進行等離子燃燒器的啟動和熱態(tài)性能試驗，驗證燃燒器的點火和穩(wěn)燃能力、單（只）角燃燒器斷弧復燃能力、不同煤粉量下的燃燒火焰溫度測定、等離子燃燒器配合HP1003型磨煤機的出力范圍試驗及各項聯(lián)鎖和保護的可靠性。這一階段調試的關鍵是確保初始投入功率不超過允許的初始投入功率，點火過程不能發(fā)生爆燃和二次燃燒。第二階段：在機組并網(wǎng)及以后的試運階段進行等離子燃燒器投入及第二臺磨投入試驗、在鍋爐低負荷運行時采用等離子點火裝置進行穩(wěn)燃試驗、采用等離子燃燒器點火時鍋爐溫升試驗等。這一階段調試的關鍵是投入第二臺磨能保證其對應的燃燒器被可靠的引燃并且不發(fā)生投入功率的節(jié)躍，滿足啟動曲線的要求。

兩個階段的啟動步驟和注意事項如下：1、第一階段：鍋爐首次點火過程中等離子燃燒器的啟動試運（吹管階段）啟動要盡可能做到無油，必須確認在無油點火無法進行時才允許投入小油槍予熱。嚴格按照運行規(guī)程要求的上水溫度、上水時間對鍋爐進行上水。啟動之前必須投入底部加熱裝置，在爐水水溫度達到100℃以后，再進行點火。檢查B磨煤機冷態(tài)調試完畢具備投運條件，并將B磨煤機的出口分離器擋板角度調整至較小值（確認后給定值）。啟動鍋爐一次風機，調節(jié)B磨煤機入口風量達最低通風量，盡量維持磨出口一次風管風速在18～20m/s左右。檢查熱風蒸汽加熱裝置的各項參數(shù)必須與設計的啟動工況相符?！鞠乱豁摗俊灸夸洝康?3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三維持廠用蒸汽壓力在較高壓力（蒸汽母管壓力應大于1MPa），打開B磨煤機熱風入口蒸汽加熱器來汽閥門、疏水閥門，投入蒸汽加熱器運行，對B磨進行暖磨，同時注意維持磨煤機出口溫度≤80℃。調節(jié)等離子燃燒器二次風，維持風門在15％開度。停鍋爐底部加熱，按順序啟動1～4號等離子發(fā)生器，調節(jié)電弧功率在100KW左右。將B磨煤機的運行模式切換到“等離子運行方式”，在磨煤機滿足啟動條件的情況下啟動B磨煤機，磨煤機運行穩(wěn)定后啟動B給煤機，給煤量16-18t/h，維持磨煤機出口溫度在50～60℃。點火初期就地必須要有專人觀察等離子燃燒器的煤粉燃燒情況，記錄各角從投煤至點燃的時間。當任何一個燃燒器超過80s未點燃應立即停止啟動，進行全爐膛吹掃并分析未能點燃的原因后再次啟動。注意觀察火焰的燃燒情況、電源功率的波動情況，調整一次風量、二次風門開度，確定合理的一次風速及二次風門開度，做好事故預想，發(fā)現(xiàn)異常，及時處理。等離子點火燃燒器投入運行的初期，應注意進行二次風的調整，為控制溫升，上部二次風門要適當開大，注意觀察、記錄煙溫探針的溫度，防止吹管臨時系統(tǒng)、再熱器系統(tǒng)超溫。以較小的升壓速率進行鍋爐升壓，進行熱緊螺絲、沖洗儀表管、鍋爐膨脹檢查等工作。注意監(jiān)視陰極的壽命顯示值，對即將損壞的陰極及時處理。當B磨在“等離子方式”下運行、4支等離子點火器中的1支發(fā)生斷弧時，光字牌將發(fā)出聲光報警，此時連鎖保護將自動投入對應的油槍，運行人員應及時同時檢查斷弧原因，如因陰極耗盡引起的斷弧應盡快更換陰極頭，恢復點火器的運行，并停運對應油槍。當B磨在“等離子方式”下運行、4支等離子點火器中的2支發(fā)生斷弧時，保護將停止B磨的運行，進行爐膛吹掃。此時應仔細檢查斷弧原因，待問題解決后再繼續(xù)進行試運。調整等離子裝置的電弧功率，確定等離子裝置的最低穩(wěn)燃功率，在保證燃燒效果的條件下適當降低電弧功率，以盡量延長陰極的使用壽命。根據(jù)機組試運要求增大或減小B磨煤機的出力，試驗等離子燃燒器配合HP1003型磨煤機的出力范圍，同時根據(jù)火焰燃燒情況對一、二次風進行調整，逐步摸索運行經驗。【下一頁】【目錄】第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三發(fā)現(xiàn)爐膛負壓波動較大、燃燒不穩(wěn)等異常情況時，要及時調整，必要時投入油槍支持。如果停止點火（例如某一階段吹管結束），必須對所有一次風管進行吹掃。等離子點火系統(tǒng)的進一步試運工作根據(jù)鍋爐吹管進度統(tǒng)一進行安排。2、第二階段：在機組并網(wǎng)及以后的試運階段第二階段點火初期的有關等離子系統(tǒng)操作步驟參考第一階段，機組整體試驗步驟根據(jù)機組試運進度進行安排。這一階段啟動第二臺磨時的注意事項：一般情況下B磨的等離子燃燒器的最大出力可以滿足并網(wǎng)，第二臺磨的啟動可以在并網(wǎng)以后進行。在燃燒器不超溫的前提下，盡可能將等離子燃燒器出力加到最大，再投入第二臺磨煤機。為保證第二臺磨可靠的點燃，第二臺磨投入功率可略高于磨煤機的最低出力。在第二臺磨煤機燃燒穩(wěn)定后將第一臺磨煤機的出力適當降低。磨煤機增加出力后應隨時觀察燃燒工況的變化，對于煤質較好的煤種要防止燃燒器超溫、結渣，對于煤質較差的煤種（灰分過高或水分較高）應防止燃燒惡化。磨煤機增出力的過程應嚴密監(jiān)視鍋爐各項參數(shù)是否滿足啟動曲線的要求，如不能滿足啟動曲線的要求應立即采取措施加以調整。投入的第二臺磨煤機的燃燒器，原則上應該是與第一臺磨煤機相鄰或對應的燃燒器。特別對于螺旋管圈水冷壁其投入燃燒器的順序應滿足啟動規(guī)程的要求，以防止造成水冷壁管超溫。如發(fā)現(xiàn)負壓波動較大、燃燒不穩(wěn)等，必要時可以投入油槍支持。待調整穩(wěn)定后再停止油槍運行。當其燃燒的負荷超過最低穩(wěn)燃負荷后，應逐次停止等離子點火裝置。當一