郭伯春

(四川廣安發(fā)電有限責任公司, 四川廣安 638000)

大功率等離子點火技術在貧煤電廠的應用實踐

郭伯春

(四川廣安發(fā)電有限責任公司, 四川廣安 638000)

簡要介紹了大功率等離子點火技術的系統(tǒng)結構，結合該點火技術在廣安電廠應用情況，對現(xiàn)場實踐中存在的問題進行改進并實施，結果表明大功率等離子點火技術在高硫分貧煤上應用是成功的，對今后該技術在貧煤電廠應用有借鑒作用。

大功率； 等離子； 點火； 應用； 節(jié)能

ApplicationofHighPowerPlasmaIgnitionTechnology

Abstract： An introduction is presented to the structure of a high power plasma ignition system. To solve the problems existing in Guang’an Power Plant caused by application of the high power plasma ignition technology, improvements conducted on relevant systems. Results show that the high power plasma ignition technology can be successfully applied in high sulfur coal-fired combustion units, which may serve as a reference for further application of the technology in lean coal-fired power plants.

Keywords： high power; plasma; ignition; application; energy conservation

廣安電廠地處四川盆地東北部，為四川電網的電源支撐點，機組啟停頻繁，其燃煤主要是高硫分貧煤，煤質整體較差。原設計的油槍點火啟動過程中，存在耗燃油量大，燃油成本高、不經濟，產生的油煙破壞除塵、脫硫等設備，環(huán)境污染嚴重等問題。故改造原有油槍點火設計、采用新型的無油點火技術非常必要。

當前的煤粉爐無油點火技術中，主要有等離子體點火技術、激光加熱點火技術、電阻加熱點火技術、易燃氣體直接點火技術等[1]，針對廣安電廠煤質情況，選擇等離子體點火技術在該電廠300 MW機組鍋爐上試用。

1 系統(tǒng)簡介

該等離子點火系統(tǒng)由等離子點火設備及其輔助系統(tǒng)組成(見圖1)，等離子點火設備包括等離子發(fā)生器、點火燃燒器、火檢裝置等。該系統(tǒng)主要有以下特點：

(1) 等離子體功率達300 kW(當前其他廠家的等離子體功率200 kW左右)，且150～300 kW內可調,適應的煤質范圍廣。

(2) 分級點火、逐級放大的工作方式，避免燃燒器超溫和結焦，設計更合理。

圖1 等離子煤粉點火系統(tǒng)構成示意圖

2 應用情況

該電廠機組鍋爐為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)汽包爐，主要燃料為低揮發(fā)分、高灰分的華鎣山脈煤種，其成分質量分數(shù)為收到基揮發(fā)分18%～22%、收到基灰分30%～33%、收到基固定碳50%～55%、空干基水分1%～1.5%，收到基發(fā)熱量21～22 kJ/kg。制粉系統(tǒng)采用中間儲倉式熱風制粉系統(tǒng)，雙向串聯(lián)雙軸向粗粉分離器，煤粉燃燒器共5層，每層4臺，油燃燒器3層，每層4臺，四角切圓燃燒。結合電廠點火實際情況，對原煤粉燃燒器的最底層燃燒器(A層)改造為等離子專用燃燒器，見圖2。為配合等離子點火設備的正常投用，現(xiàn)場增加電控系統(tǒng)、壓縮空氣載體風系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)設備，還增加一次風溫加熱設備，采用了輔汽加熱一次風管路，提高一次風溫(140 ℃以上)，使燃煤適合于等離子點火，解決一次風溫低、燃煤投入滯后問題，增加臨爐倒粉設備，利用輸粉皮帶在各機組之間倒粉，實現(xiàn)煤粉送入，保證鍋爐點火時及時投入煤粉燃燒。另外，把等離子系統(tǒng)監(jiān)控集成到DCS控制，操作和報警界面簡潔實用。

圖2 廣安電廠34號機組鍋爐A層等離子系統(tǒng)DCS畫面

3 現(xiàn)場改進

2014年2月廣安電廠等離子點火設備安裝完成，首次點火試驗出現(xiàn)煤粉燃盡率差、爐膛壓力波動大，導致煤粉爆燃，鍋爐因全爐失火而停爐。針對點火試驗出現(xiàn)的狀況，經專業(yè)分析和探討，主要存在以下問題：

(1) 等離子發(fā)生器中等離子載體壓縮空氣壓力低，功率達不到設定要求。

(2) 給粉過量，未燃盡煤粉集聚。

(3) 一次風速偏高，煤粉吹離燃燒區(qū)，燃燒差。

(4) 原鍋爐安全監(jiān)控系統(tǒng)不適合等離子點火安全要求，不能避免煤粉爆燃。

(5) 無運行操作參考，處于摸索階段。

為了解決上述問題，主要做了以下幾點改進和創(chuàng)新。

3.1 提升等離子功率

針對等離子發(fā)生器載體壓縮空氣壓力偏低，改進等離子載體風供氣回路。原設計壓縮空氣管路直徑為60 mm，母管一分為四，載體管壓降較大，重新核算布置為兩路一分二的管路，滿足風壓需求。經系統(tǒng)核算，通過等離子發(fā)生器變壓器檔位調整、修改整流系統(tǒng)參數(shù)、增大冷卻效果等方式，將等離子系統(tǒng)單個發(fā)生器的最大功率由250 kW提升至300 kW，加大了點火能力。

3.2 控制給煤量

針對點火初期未燃盡煤粉積聚問題，減少煤量，達到給煤量與當時燃燒程度匹配。對于采用給粉機控制給煤量的燃煤機組，通過優(yōu)化原給粉機變頻器低轉速限制定值，在保證給粉機正常運行的情況下將其定值降低，從而增大給煤量控制范圍，適應等離子點火初期給煤量與等離子功率匹配要求，提高點火的成功率和燃燒穩(wěn)定性[2]。

3.3 增加一次風監(jiān)控設備

熱一次風門控制改為可調節(jié)型，通過調整開度，在下層燃燒器對應的四根一次風管上各安裝一套風速在線監(jiān)測裝置，實現(xiàn)等離子煤粉燃燒器風速的有效控制。針對等離子燃燒器容易斷弧，通過試驗確定著火燃燒時間，修改火檢建立延時時間，以保證煤粉到達燃燒器噴口著火穩(wěn)定[3]。

3.4 完善點火時保護

在點火時，增加等離子點火模式下的FSSS保護，實現(xiàn)等離子點火過程中鍋爐的安全穩(wěn)定運行。主要增加了如下功能模塊：

(1) 單個等離子燃燒器投運正常作為全爐膛有火的一個條件。

(2) 全爐膛無火時，3次等離子點火不成功觸發(fā)MFT，避免爐膛爆燃。

(3) 機組負荷大于80 MW時，自動切回原FSSS保護。

(4) 機組負荷大于190 MW時，退出等離子發(fā)生器運行。

3.5 規(guī)范等離子運行方案

通過操作和經驗總結，形成規(guī)范的等離子運行方案，達到優(yōu)化等離子點火成功的同時，確保鍋爐的安全運行。主要內容如下：

(1) 啟動前，利用爐底加熱輔助手段，使鍋爐壁溫達到120 ℃。

(2) 投運等離子點火裝置前將等離子系統(tǒng)的冷卻水泵和風機投運，一次風小暖風器投運，加熱風溫至120～130 ℃，維持壓縮空氣壓力正常(>0.5 MPa)，壓縮空氣系統(tǒng)充分排水、排油、排銹。

(3) 啟動風煙系統(tǒng)(維持總風量在40%MCR)后，完成爐膛吹掃后啟動一次風機，維持一次風壓1.5～2 kPa(初期煤粉較淡，維持一次風壓較低，隨著給粉機轉速提高，要適當提高一次風壓)，A層一次風門打開，風速<18 m/s,A層周界風全開。

(4) 設定等離子發(fā)生器壓縮空氣壓力在0.35 MPa。

(5) 設定等離子點火電流400～500 A，能量220～250 kW。電流過低電壓過高容易斷弧，點火正常后應降低功率至180 kW以下。

(6) 投運給粉機，控制給粉機轉速，維持正常轉速的1/3，監(jiān)視燃燒器壁溫≤400 ℃。當燃燒器壁溫逐漸升高時，適時開大燃燒器周界風門的開度和加大一次門提高風速或降低發(fā)生器功率至180 kW以下。

(7) 隨著爐膛溫度提高，等離子對應火嘴逐漸增加煤粉量，同時提高一次風壓至2.7～3.0 kPa，防止堵管，就地查看著火情況。

(8) 并網前維持A層3套等離子燃燒器對應的給粉機低轉速運行，4支等離子發(fā)生器均保持運行，每30 min啟動一套停止的等離子燃燒器，然后停另一套等離子燃燒器(避免因長期僅等離子發(fā)生器運行而高溫損壞)，制粉系統(tǒng)維持一套運行，細粉分離器下鎖氣器活動正常。

(9) 隨鍋爐負荷增加，爐膛轉角煙溫提升，逐漸提高一次風速，降低等離子功率，直到退出等離子發(fā)生器運行。

4 應用效果

2014年7月，該項目經應用改進和創(chuàng)新完成后，機組鍋爐等離子點火啟動，在噴口出粉后5 s，噴口著火開始穩(wěn)定，火焰明亮，火焰四周無明顯未燃盡的黑粉，對渣斗和灰斗中灰渣進行取樣分析,煤粉燃盡率在85%以上。進行了為期1年的能耗效果追蹤，歷次鍋爐點火啟動的能耗見表1。

表1 鍋爐等離子點火啟動能耗統(tǒng)計表

從表1中可以看出：機組等離子點火可以避免在鍋爐啟動點火過程中使用燃油，實現(xiàn)鍋爐點火啟動 “零耗油”。每次啟動與改造前用燃油點火消耗0號柴油量約15 t比較，減少啟動成本約10萬元。

大功率等離子燃煤點火的成功應用，避免鍋爐點火啟動時大量燃油燃燒產生的油煙對電除塵、脫硝和脫硫系統(tǒng)的污染和損壞。機組啟動過程中即可投入靜電除塵和脫硫裝置，有效減少了粉塵和SO2的排放量，節(jié)能環(huán)保。

5 結語

經過現(xiàn)場應用改進和創(chuàng)新，以及1年多來的運行實踐，大功率等離子燃煤點火技術在廣安電廠機組鍋爐應用成功，實現(xiàn)了燃煤機組零耗油的節(jié)能環(huán)保目標。等離子燃煤點火技術和現(xiàn)場應用技術的有機結合，突破現(xiàn)有大型燃煤電廠等離子無法點燃貧煤、褐煤、難燃煤種的瓶頸，值得在火力發(fā)電新建或改造機組上推廣應用。

[1] 劉鵬. 等離子點火技術應用研究[J]. 華東科技,2013(9): 16.

[2] 何健,張根,李強. 淺析鍋爐等離子點火燃燒器的正確使用[J]. 內蒙古石油化工,2013(9): 83-84.

[3] 保立虎. 交流等離子點火燃燒器在660 MW直流鍋爐上的應用[J]. 發(fā)電設備,2013,27(1): 31-34.

inLeanCoal-firedPowerPlants

Guo Bochun

(Sichuan Guang’an Power Generation Co., Ltd., Guang’an 638000, Sichuan Province, China)

2016-11-25；

2017-01-12

郭伯春(1976—)，男，高級工程師，從事火電廠熱控專業(yè)技術管理與檢修工作。

E-mail: guodashanren@163.com

TK223.23

A

1671-086X(2017)05-0376-03