宋云華

(珠江電廠,廣東 廣州 511457)

利用等離子點(diǎn)火技術(shù)對(duì) 300 MW鍋爐燃燒器改造

宋云華

(珠江電廠,廣東 廣州 511457)

針對(duì)珠江電廠鍋爐燃燒器等離子改造工程,介紹等離子點(diǎn)火裝置的工作原理和系統(tǒng)組成以及采用該技術(shù)在珠江電廠 4臺(tái)機(jī)組上的應(yīng)用情況。表明了等離子點(diǎn)火技術(shù)可實(shí)現(xiàn)煤粉鍋爐無油點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃,經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益顯著。

等離子點(diǎn)火;鍋爐;穩(wěn)燃;環(huán)保

0 引 言

珠江電廠 4×300 MW燃煤機(jī)組,采用哈爾濱鍋爐廠制造的亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、單爐膛、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) Π型汽包鍋爐,鍋爐型號(hào)HG1021/18.2-Y M3。采用了煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)有限公司的型號(hào)為 DLZ-200-Ⅳ型等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃設(shè)備,它具有鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃的功能。根據(jù)珠江電廠鍋爐的實(shí)際情況,將鍋爐最下層 4臺(tái)煤粉燃燒器改造為兼有等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃功能的等離子燃燒器,減少鍋爐啟動(dòng)和低負(fù)荷助燃用油,降低了發(fā)電成本,節(jié)能效果顯著。

圖1 等離子點(diǎn)火器工作原理圖Fig.1 Plasma ignition work principle diagram

1 等離子點(diǎn)火器的原理

基本原理是以大功率等離子體直接點(diǎn)燃煤粉,等離子裝置利用直流電流 (300 A左右),在介質(zhì)氣壓8 kPa左右的條件下接觸引弧,并在強(qiáng)磁場下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體,其功率50～150 kW連續(xù)可調(diào)、輸送等離子體長度可達(dá)1.5～2m,其中心溫度可達(dá)6 000℃。一次風(fēng)粉送入等離子點(diǎn)火煤粉燃燒器經(jīng)濃淡分離后,使?jié)饷悍圻M(jìn)入等離子火炬中心區(qū),在1ms內(nèi)迅速著火,并為淡相煤粉提供高溫?zé)嵩?使淡相煤粉也迅速著火燃燒,最終形成穩(wěn)定的燃燒火焰。等離子點(diǎn)火器工作原理見圖 1。

2 等離子點(diǎn)火與穩(wěn)燃系統(tǒng)設(shè)計(jì)及燃燒器改造

2.1 系統(tǒng)及設(shè)備概況

珠江電廠鍋爐為四角噴燃切圓燃燒,布置 6層供 24只煤粉燃燒器、3層供 12只油燃燒器,油槍采用蒸汽霧化噴嘴,設(shè)計(jì)出力為1 t/h,此出力時(shí)的燃油壓力為0.7 MPa,蒸汽霧化壓力為。磨煤機(jī)采用 RP-783型碗式中速磨,冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng),每臺(tái)爐配 6臺(tái)中速磨煤機(jī),每臺(tái)磨煤機(jī)帶一層燃燒器。每臺(tái)磨煤機(jī) (額定工況下5臺(tái)運(yùn)行、1臺(tái)備用)制粉后分 4個(gè)煤粉管送至 1層的 4個(gè)煤粉燃燒器,其中 6號(hào)磨煤機(jī)作為第一層燃燒器。磨煤機(jī)最大出力為45.0 t/h,出力為10～40 t/h。額定通風(fēng)量為53.12 t/h,磨煤機(jī)出口溫度65～80℃。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煙煤,煤質(zhì)資料見表 1。

表 1 煤質(zhì)資料一覽表Tab.1 Coal quality data general chart

2.2 燃燒器改造方案選擇

采用等離子點(diǎn)火系統(tǒng)對(duì)點(diǎn)火燃燒器的技術(shù)改造有 2種典型的方案。方案 1：單獨(dú)設(shè)立等離子燃燒器,替代油槍,僅作為點(diǎn)火燃燒器使用,起到啟動(dòng)鍋爐和在低負(fù)荷助燃的作用。采用該種燃燒器需要為其附加給粉系統(tǒng),包括一次風(fēng)管路及給粉機(jī),現(xiàn)場配套的工作量較大,其缺點(diǎn)是投資較大、系統(tǒng)較為復(fù)雜。多應(yīng)用于中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)。方案 2：將主燃燒器改造成既能用等離子點(diǎn)火又能作主燃燒器的方式,用該方案改造時(shí)將需要改造的主燃燒器拆下,更換成特殊設(shè)計(jì)的主燃燒器,等離子燃燒器按照鍋爐原有的煤粉燃燒器接口尺寸設(shè)計(jì)安裝。其系統(tǒng)簡潔、燃燒器出力與主燃燒器基本相同,改造工作量小。根據(jù)珠江電廠的實(shí)際情況,采用第 2種方案。

2.3 燃燒器改造

把 A層的 4只煤粉燃燒器改為等離子點(diǎn)火燃燒器,同時(shí)作為點(diǎn)火燃燒器和主燃燒器。保留原來設(shè)計(jì)的油燃燒器。燃燒器軸向裝設(shè)等離子點(diǎn)火器,內(nèi)部由多級(jí)燃燒室組成。該燃燒器在點(diǎn)火、穩(wěn)燃期間作點(diǎn)火器用,正常運(yùn)行時(shí)作主燃燒器用。等離子燃燒器不改動(dòng)二次風(fēng)部分,二次風(fēng)的結(jié)構(gòu)和調(diào)節(jié)均不影響。不影響主燃燒器的主要性能,一次風(fēng)出口氣流的動(dòng)量矩和流場基本不變。穩(wěn)定可靠地點(diǎn)燃,確保點(diǎn)火過程中不出現(xiàn)爆燃、二次燃燒、結(jié)渣、燒壞。燃燒器的出力可以在一定的范圍內(nèi)變動(dòng),以滿足啟動(dòng)曲線的要求。燃燒器的外形主要尺寸與原燃燒器一次風(fēng)部分相同,便于布置和與系統(tǒng)的接口。等離子煤粉燃燒器采用的是煤粉分級(jí)內(nèi)燃技術(shù),在等離子點(diǎn)火期間,煤粉在燃燒器內(nèi)是在欠氧的環(huán)境下燃燒,對(duì)于降低NOX十分有利。作為主燃燒器時(shí),煤粉中心濃四周淡分布,也有利于降低 NOX。

2.4 等離子點(diǎn)火裝置系統(tǒng)的組成

DLZ-200-Ⅳ型等離子點(diǎn)火裝置的系統(tǒng)主要包括：等離子發(fā)生器 (點(diǎn)火器)、燃燒器、供電系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、載體空氣系統(tǒng)、冷爐制粉冷風(fēng)加熱系統(tǒng)、一次風(fēng)在線監(jiān)測系統(tǒng)、圖像火檢及冷卻風(fēng)系統(tǒng)、燃燒器壁溫監(jiān)測系統(tǒng)。

2.5 鍋爐 FSSS邏輯的修改

為保證機(jī)組的安全及等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的正常運(yùn)行,結(jié)合珠江電廠鍋爐 FSSS的設(shè)計(jì)特點(diǎn),對(duì)FSSS邏輯進(jìn)行了以下修改：

(1)在 FSSS中設(shè)計(jì) 6號(hào)磨煤機(jī) “正常運(yùn)行模式”與 “等離子運(yùn)行模式”兩種運(yùn)行模式,并可相互切換,從而實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī) FSSS邏輯切換功能。

(2)“正常運(yùn)行模式”運(yùn)行時(shí),6號(hào)磨煤機(jī)維持原有的 FSSS邏輯。

(3) “等離子運(yùn)行模式”運(yùn)行時(shí),3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào) 4臺(tái)磨的啟磨允許條件中的點(diǎn)火源條件修改為：“原點(diǎn)火源條件或等離子模式下等離子已投運(yùn)信號(hào)”任一滿足時(shí)則啟磨點(diǎn)火源具備;將原停運(yùn)給煤機(jī)允許條件中的點(diǎn)火源條件修改為：“原點(diǎn)火源條件或等離子模式下等離子已投運(yùn)信號(hào)”任一滿足時(shí)則停給煤機(jī)點(diǎn)火源具備。

(4)等離子模式下,任一個(gè)角斷弧且等離子斷弧投油槍聯(lián)鎖開關(guān)投入時(shí),DCS系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)聯(lián)鎖投入 AB層對(duì)應(yīng)角的油槍。任一個(gè)角斷弧5 min后 AB層對(duì)應(yīng)角油槍沒有投運(yùn)或任兩個(gè)角斷弧則觸發(fā)斷弧跳閘 6號(hào)磨信號(hào),上述所有故障狀況在DCS系統(tǒng)均設(shè)有聲光報(bào)警。

(5)給煤機(jī)停運(yùn)、 MTR信號(hào)已復(fù)位時(shí),機(jī)組負(fù)荷在100 MW以下,沒有任一對(duì)油槍投運(yùn)且等離子模式下也不足 3/4個(gè)電弧投運(yùn)時(shí)則觸發(fā)喪失點(diǎn)火源跳磨信號(hào)。

(6)在 “等離子運(yùn)行模式”下,只有 1臺(tái) 6號(hào)給煤機(jī)投運(yùn)且 6號(hào)給煤機(jī)運(yùn)行3min后 6號(hào)磨沒有一個(gè)角檢測到火焰則觸發(fā) 6號(hào)磨跳閘信號(hào),聯(lián)跳 6號(hào)給煤機(jī),在沒有投油情況下鍋爐全部燃料喪失 MFT。運(yùn)行人員應(yīng)進(jìn)行爐膛吹掃,查明原因后再次啟動(dòng)。

(7)當(dāng) 6號(hào)磨在 “等離子運(yùn)行模式”運(yùn)行時(shí),該磨煤機(jī)跳閘,聯(lián)鎖等離子點(diǎn)火器跳閘。

(8)點(diǎn)火失敗 MFT保護(hù)的延時(shí)時(shí)間由原來的300 s更改為 3 600 s。

(9)鍋爐 MFT時(shí),等離子點(diǎn)火器應(yīng)全部跳閘,并禁啟。

(10)選擇等離子模式后,預(yù)點(diǎn)火條件中的“汽包壓力大于3.5 MPa和二次風(fēng)溫大于176℃兩個(gè)條件自動(dòng)滿足。

3 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行過程注意事項(xiàng)

(1)在鍋爐點(diǎn)火前必須投入圖像火檢冷卻風(fēng)機(jī),根據(jù)給煤量與磨煤機(jī)入口風(fēng)量等參數(shù),做好一次風(fēng)管內(nèi)風(fēng)粉速度、煤粉濃度等重要參數(shù)的預(yù)測,并在點(diǎn)火的過程中,根據(jù)煤粉著火情況,予以調(diào)整。在整個(gè)啟動(dòng)過程中,應(yīng)對(duì)下列參數(shù)進(jìn)行全過程跟蹤：a.蒸汽加熱器：蒸汽參數(shù)、熱風(fēng)參數(shù) (溫度、風(fēng)量、阻力);b.磨煤機(jī)：出入口溫度、風(fēng)量、出力;c.機(jī)組啟動(dòng)曲線;d.鍋爐的膨脹;e.空氣預(yù)熱器一、二次風(fēng)出入口溫度;f.入爐煤質(zhì)的工業(yè)分析;g.飛灰及大渣的可燃物分析點(diǎn)火初期每半小時(shí)檢測一次;h.對(duì)于啟動(dòng)過程應(yīng)作全過程陰極頭壽命記錄,有關(guān)陰極工作的簡況記錄和存在問題的記錄。

(2)當(dāng) 6號(hào)磨煤機(jī)在 “等離子運(yùn)行方式”下運(yùn)行,4只等離子點(diǎn)火器中的 1只斷弧時(shí),光字牌將發(fā)出聲光報(bào)警,此時(shí)若等離子斷弧投油槍聯(lián)鎖開關(guān)投入,DCS系統(tǒng)聯(lián)鎖啟動(dòng) AB層對(duì)應(yīng)角的油槍,運(yùn)行人員應(yīng)及時(shí)檢查斷弧原因,如因陰極材料耗盡引起的斷弧,應(yīng)盡快更換陰極頭,恢復(fù)點(diǎn)火器的運(yùn)行。若單角斷弧聯(lián)啟 AB層該角油槍不成功,運(yùn)行人員應(yīng)立即手動(dòng)啟動(dòng) AB層或 CD層的一對(duì)油槍助燃。當(dāng) 6號(hào)磨煤機(jī)在 “等離子運(yùn)行方式”下運(yùn)行,4只等離子點(diǎn)火器中的 2只斷弧時(shí),保護(hù)將停止 6號(hào)磨煤機(jī)的運(yùn)行,此時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查斷弧原因,待問題解決后再繼續(xù)進(jìn)行試運(yùn)。

(3)當(dāng)鍋爐負(fù)荷升至斷油負(fù)荷以上且等離子點(diǎn)火器在運(yùn)行狀態(tài)時(shí),應(yīng)及時(shí)將 6號(hào)磨煤機(jī)運(yùn)行方式切至 “正常運(yùn)行方式”,防止因等離子點(diǎn)火器斷弧造成 6號(hào)磨煤機(jī)跳閘。在鍋爐負(fù)荷降至130 MW以下,沒有油搶投運(yùn),僅使用等離子低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí),為確保制粉系統(tǒng)的啟停點(diǎn)火源存在且不因喪失點(diǎn)火源跳磨,運(yùn)行人員必須注意一定要切換至 “等離子模式”運(yùn)行。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

截止 2009年底,珠江電廠先后對(duì) 2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)機(jī)組進(jìn)行了等離子技術(shù)改造,1號(hào)機(jī)組也于2010年 3月機(jī)組 A修時(shí)完成了改造。2009年由于2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)機(jī)組加裝了等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃裝置,節(jié)約了大量點(diǎn)火用油,具體分析如下：

1號(hào)機(jī)組由于未加裝等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃裝置,年內(nèi)啟停 2次共耗油95.6 t,平均每次油耗47.8 t;

2號(hào)機(jī)組年內(nèi)啟停 6次共耗油66 t,平均每次油耗11 t;

3號(hào)機(jī)組年內(nèi)啟停 6.5次共耗油76.4 t,平均每次油耗11.75 t;

4號(hào)機(jī)組未加裝等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃裝置啟停 2.5次共耗油220.98 t(包括 2月 13日配合進(jìn)行軸系振動(dòng)監(jiān)測和診斷試驗(yàn)啟動(dòng)耗油121 t)。加裝等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃裝置后啟停 2次共耗油21.92 t,平均每次油耗10.96 t。

1～12月份全廠耗油605.42 t,比同期少耗油515.81 t。其中：點(diǎn)火用油480.92 t,占全廠用油的79.44%,比去年同期51.3%上升了28.14%。全廠助燃用油124.50 t(包括機(jī)組定期試投油槍用油24 t),占全廠用油的20.56%,比去年同期48.7%下降了28.14%。

從以上數(shù)據(jù)可以看出,機(jī)組加裝等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃裝置后在啟動(dòng)中雖因啟動(dòng)時(shí)間要求有一定耗油,但總體節(jié)油效果非常顯著。

4.2 環(huán)保及社會(huì)效益

鍋爐燃燒器經(jīng)過技術(shù)改造,采用等離子點(diǎn)火系統(tǒng),不僅經(jīng)濟(jì)效益十分顯著,而且社會(huì)效益也非常大。等離子點(diǎn)火技術(shù)替代燃料油,可節(jié)約大量的燃料油,有益于國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。環(huán)保方面的貢獻(xiàn)也極其巨大。按照常規(guī)的大修試運(yùn)方法,機(jī)組在試運(yùn)期間要長期低負(fù)荷運(yùn)行,此期間鍋爐純燒油或油煤混燒。為避免未燃盡的油滴粘污電極,鍋爐電除塵器無法正常投入,大量煙塵直接排放到大氣中,給環(huán)境帶來嚴(yán)重的污染;同時(shí)煙氣中的粉塵會(huì)對(duì)鍋爐引風(fēng)機(jī)葉片造成磨損,這些均給電廠帶來間接的經(jīng)濟(jì)損失。在機(jī)組大修試運(yùn)期間投入等離子煤粉點(diǎn)火系統(tǒng),由于點(diǎn)火時(shí)不用燃油,電除塵器可以在鍋爐啟動(dòng)點(diǎn)火初期及低負(fù)荷期間正常投入,實(shí)現(xiàn)了從鍋爐啟動(dòng)開始全程投運(yùn)電除塵,避免了燃油不能投電除塵造成的冒黑煙現(xiàn)象,大大減少了點(diǎn)火初期排放大量煙塵對(duì)環(huán)境的污染。由于低負(fù)荷穩(wěn)燃有利于燃燒的穩(wěn)定,飛灰和爐渣的含碳量減小,粉煤灰的綜合利用率高,也減少了對(duì)環(huán)境的污染。給電廠帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)又帶來了社會(huì)效益。

5 結(jié)束語

通過一年多的實(shí)際應(yīng)用,等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃系統(tǒng)在正常情況下,能夠?qū)崿F(xiàn)鍋爐冷態(tài)無油點(diǎn)火啟動(dòng)、帶負(fù)荷功能,在鍋爐冷/熱態(tài)啟動(dòng)及低負(fù)荷連續(xù)穩(wěn)燃時(shí),具有鍋爐少投油而滿足機(jī)組安全啟動(dòng)、運(yùn)行、滑停的能力。在投運(yùn)過程中滿足機(jī)組啟動(dòng)曲線的要求,不影響機(jī)組安全,不會(huì)造成鍋爐受熱面超溫、燃燒器結(jié)渣、鍋爐尾部 (包括灰?guī)?二次燃燒等影響鍋爐安全運(yùn)行的問題。等離子點(diǎn)火及穩(wěn)燃系統(tǒng)在 DCS和 PLC上均可以單獨(dú)進(jìn)行遠(yuǎn)方操作完成點(diǎn)火及穩(wěn)燃過程,并有完善的控制系統(tǒng)保證機(jī)組的安全運(yùn)行。采用等離子點(diǎn)火技術(shù),將節(jié)約大量寶貴燃油資源,實(shí)現(xiàn)以煤代油,運(yùn)行成本降低,且等離子點(diǎn)火和穩(wěn)燃與傳統(tǒng)的燃油相比具有經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效、簡單、安全等優(yōu)點(diǎn)。

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Reform to 300 MWBoiler Burner with Plasma Ignition Technology

Song Yunhua
(Zhujiang Power Plant,Guangzhou 511457,China)

Plasma ignition technology can realize oil less ignition of pulverized coal-fired Boiler,and low load stable combustion.In this paper,described the ignition system principle and configuration,and theapplication of this technique in Zhujiang Power Plant.The results showed that Plasma Ignition system can realize oil less ignition with stab le performance and low load.Significantly this technique is also economic benefits and environmental friend ly.

plasma ignition;boiler;stable combustion;environmental protection

TK 223.2

B

2010-05-07。

宋云華 (1979-),男,助理工程師,從事電廠集控運(yùn)行工作,E-mail：ahyun2000@163.com。