蘆海慶

大型工業(yè)煤粉鍋爐的點火和穩(wěn)燃傳統(tǒng)上都是采用燃燒重油或天然氣等稀有燃料來實現(xiàn)的，近年來，隨著世界性的能源緊張，原油價格不斷上漲，火力發(fā)電燃油愈來愈受到限制。因此鍋爐點火和穩(wěn)燃用油被做為一項重要的指標來考核，為了減少重油（天然氣）的耗量，必須采用與傳統(tǒng)上完全不同的全新工藝，這種工藝應(yīng)既可保證提高燃燒過程的經(jīng)濟性，又可以改善火電廠的生態(tài)條件——DLZ-200型等離子煤粉點火燃燒器，采用直流空氣等離子體做為點火源，可點燃揮發(fā)份較低的（10%）貧煤，實現(xiàn)鍋爐的冷態(tài)啟動而不用一滴油，是未來火力發(fā)電廠點火和穩(wěn)燃的首選設(shè)備，本文從經(jīng)濟、環(huán)保、高效、簡單和安全幾方面介紹了采用等離子點火燃燒器的優(yōu)點。

等離子；燃燒；節(jié)能；應(yīng)用

1.等離子系統(tǒng)概述

等離子燃燒器是借助等離子發(fā)生器的電弧來點燃煤粉的煤粉燃燒器，在煤粉進入燃燒器的初始階段使用等離子弧將煤粉點燃，并將火焰在燃燒器內(nèi)逐級放大，可在爐膛內(nèi)無火焰狀態(tài)下直接點燃煤粉，從而實現(xiàn)鍋爐的無油啟動和無油低負荷穩(wěn)燃。

壓縮空氣是等離子電弧的介質(zhì)，等離子點火系統(tǒng)配備壓縮空氣系統(tǒng)，由兩臺風(fēng)機供給，互為備用。該系統(tǒng)同時供應(yīng)等離子圖像火檢探頭的冷卻和吹掃氣源。

等離子發(fā)生器的陰極和陽極需要冷卻水以高的流速沖刷。冷卻水溫度不能高于30℃，否則冷卻效果差。

為了在等離子燃燒器運行時能夠監(jiān)測一次風(fēng)速，在一次風(fēng)管加裝一次風(fēng)速測量系統(tǒng)，同時等離子點火系統(tǒng)中為每個等離子點火燃燒器配置了一支高清晰圖像火檢探頭，以便運行人員能夠監(jiān)視等離子點火燃燒器運行情況。

2.等離子點火燃燒系統(tǒng)

如圖1所示，等離子發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的中心筒中形成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。

圖1等離子燃燒器示意圖

煤粉的濃度影響煤粉的著火溫度，在點火區(qū)適當(dāng)提高煤粉濃度有利于點火，可在彎頭內(nèi)加入彎板或扭轉(zhuǎn)板，改變進入點火區(qū)的煤粉濃度分布（如圖2所示）。

圖2煤粉濃度示意圖

3.DG2070/17.5- 6型鍋爐簡介

寧夏大唐國際大壩發(fā)電公司三期5、6號機組鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)鍋爐，配備東方汽輪機廠NZK600-16.7/538/538型直接空冷汽輪機和東方電機廠QFSN-600-2-22C型發(fā)電機，額定功率600MW。

A.鍋爐設(shè)備概述

DG2070/17.5- 6型鍋爐由東方股份有限公司制造的，亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架的 型汽包鍋爐，其空氣預(yù)熱器置于鍋爐主柱外。

爐膛四周水冷壁由管徑 66.7？mm、節(jié)距92mm的管子加焊扁鋼焊接成膜式壁。在爐膛上部垂直布置有屏式過熱器，水平煙道由上部后墻水冷壁管繞制而成，在折焰角上方水平煙道內(nèi)按照煙氣流動風(fēng)向依次布置有末級（高溫）過熱器和高溫再熱器；尾部后豎井四周由包墻過熱器組成，尾部豎井煙道被中隔墻分為兩部份，前后分別布置低溫再熱器和低溫過熱器，低溫再熱器和低溫過熱器被省煤器中間聯(lián)箱引出的吊掛管懸吊；其后分別布置省煤器、煙道擋板、空氣預(yù)熱器。

制粉系統(tǒng)采用中速磨、正壓直吹式系統(tǒng)，配置六臺由上海重型機械廠制造的HP1003型磨煤機，正常運行5臺，1臺備用，每臺磨煤機出口為5根一次風(fēng)管引入旋流煤粉燃燒器，為同一層的煤粉燃燒器提供風(fēng)粉混合物，煤粉細度R90為20%。

旋流煤粉燃燒器采用東方鍋爐廠自行設(shè)計的外濃內(nèi)淡型低NOx旋流煤粉燃燒器（DBC-OPCC型），布置于爐膛前后墻水冷壁上，分成上、中、下三層，每層各5只，總共30只，在最上層燃燒器上面布置有燃燼風(fēng)噴口，前后墻各一層，每層各5只，總共10只。煤粉燃燒器層間距為4400mm，列間距為3680mm，最外側(cè)燃燒器中心線到兩側(cè)墻水冷壁中心線的距離為2990mm，最上層煤粉燃燒器中心線到燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器中心線的距離為4000mm。

在每一只主燃燒器內(nèi)都設(shè)有中心風(fēng)管，在A層燃燒器內(nèi)布置有等離子點火裝置，其他各層燃燒器內(nèi)，布置點火油槍、高能點火器等設(shè)備。

B.DG2070/17.5- 6型鍋爐參數(shù)

下面就DG2070/17.5- 6型鍋爐的熱力特性、一二次風(fēng)速、燃料特性等列表說明。

表1鍋爐熱力特性

表25、6號鍋爐設(shè)計煤種為寧夏靈武羊場灣礦煙煤

表3煤粉燃燒器規(guī)范

C.等離子點火系統(tǒng)簡介

大唐大壩發(fā)電公司5、6鍋爐安裝的等離子燃燒系統(tǒng)由點火系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)兩大部組成。點火系統(tǒng)由等離子燃燒器、等離子點火器、電源控制柜、隔離變壓器、控制系統(tǒng)等組成，輔助系統(tǒng)由壓縮空氣、冷卻水、圖像火檢、一次風(fēng)蒸汽加熱系統(tǒng)等組成。

5、6鍋爐等離子點火系統(tǒng)共設(shè)計各有一套等離子點火裝置，其中五支等離子燃燒器分別裝在鍋爐A層五支主燃燒器中，該燃燒器具有等離子點火和穩(wěn)燃功能，五套電源控制柜和隔離變壓器安裝在鍋爐17.5m平臺，系統(tǒng)控制是通過與DCS通訊聯(lián)系方式，進行等離子點火系統(tǒng)的控制。

表4等離子系統(tǒng)規(guī)范

4.等離子點火系統(tǒng)的運行

A.等離子系統(tǒng)的投運

在CRT上將A磨煤機運行方式置“等離子”方式。

啟動一次風(fēng)機，調(diào)整一次風(fēng)壓力合格。

調(diào)節(jié)A磨煤機入口風(fēng)量，維持磨出口一次風(fēng)速在23m/s左右。

開啟A磨煤機煤粉管出口氣動隔離門，開啟A磨煤機入口冷熱風(fēng)門、總風(fēng)門，保證A磨煤機入口溫度大于150℃，進行暖磨，直至出口溫度大于75℃。

調(diào)節(jié)A層燃燒器二次風(fēng)，維持此層風(fēng)門在15%開度。

按順序依次啟動1～5號等離子發(fā)生器引??；調(diào)節(jié)電弧功率在110KW左右。檢查確認離子發(fā)生器1～5號引弧成功。

啟動A磨煤機。檢查A磨煤機轉(zhuǎn)動正常后，啟動A給煤機，逐漸加大給煤量。

調(diào)整等離子裝置的電弧功率，就地觀察等離子點火燃燒器煤粉燃燒情況，確認等離子點火燃燒器燃燒穩(wěn)定正常。適當(dāng)調(diào)整A磨煤機的出力，并對一、二次風(fēng)進行調(diào)整。

B.等離子系統(tǒng)運行中的注意事項

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，在燃燒器顯示壁溫超過400℃或超過300℃且壁溫仍然上升較快時，應(yīng)及時采取降低壁溫的措施，包括降低磨煤機出力、加大磨煤機的入口風(fēng)量、降低等離子發(fā)生器功率等，燃燒器顯示壁溫超過500℃時，應(yīng)停止該燃燒器進行檢查。

鍋爐啟動過程中，A磨等離子投運后，當(dāng)A給煤機給煤量達到40～50t/h時，穩(wěn)定燃燒一段時間后，就地用測溫槍測量爐膛溫度，當(dāng)爐膛溫度達到500℃以上時，可根據(jù)需要啟動C磨運行。

等離子點火裝置投運過程中，注意監(jiān)視汽包壓力、過熱器蒸汽溫度。

等離子點火燃燒器投入運行過程中，對鍋爐的膨脹加強檢查、記錄。

等離子點火燃燒器點火前和點火的過程中，根據(jù)給煤量與磨煤機入口風(fēng)速等參數(shù)，做好風(fēng)粉速度、煤粉濃度等重要參數(shù)的調(diào)整。

當(dāng)A磨煤機在“等離子方式”下運行，5支等離子點火燃燒器中的1支發(fā)生斷弧時，光字牌將發(fā)出聲光報警。此時應(yīng)及時投入斷弧點火器上層的油槍，同時檢查斷弧原因，盡快恢復(fù)點火器的運行。

當(dāng)A磨煤機在“等離子方式”下運行，5支等離子點火燃燒器中的2支發(fā)生斷弧時，保護將停止A磨煤機的運行，此時應(yīng)仔細檢查斷弧原因，待問題解決后再繼續(xù)投入運行。

當(dāng)鍋爐投入三臺磨煤機時，應(yīng)及時將A磨煤機運行方式切至正常運行方式，防止因等離子點火燃燒器斷弧造成A磨煤機跳閘。

為了確保冬季等離子暖風(fēng)器暖風(fēng)效果良好，在調(diào)試中，檢查進汽溫度參數(shù)滿足壓力0.8MPa，溫度300℃的要求。暖風(fēng)器應(yīng)該盡早暖管，以便能夠盡早投入，當(dāng)通過調(diào)整暖風(fēng)器疏水門來調(diào)整用汽量，當(dāng)全開疏水后無法達到風(fēng)溫140～160℃，可通過適當(dāng)提高蒸汽聯(lián)箱壓力。

正常運行或機組啟動時，A磨煤機對應(yīng)的煤倉要配上高熱值、高揮發(fā)份煤種，以得到點火、穩(wěn)燃的更好效果。

4.結(jié)語

在當(dāng)前世界性能源緊張，原油價格不斷上漲的條件下，等離子燃燒技術(shù)節(jié)能、高效、安全、環(huán)保的獨特優(yōu)勢，是火力發(fā)電廠做為點火啟動和低負荷穩(wěn)燃的首選技術(shù)。我公司采用的發(fā)生器為磁穩(wěn)空氣載體等離子發(fā)生器，能量密度高達105～106W/cm2，為點燃不同的煤種創(chuàng)造了良好的條件。

等離子燃燒技術(shù)的應(yīng)用，使我公司5、6號機組調(diào)試和投入商業(yè)運行以來，燃油的使用量大大減少，機組小修后冷態(tài)啟動僅僅用燃油2.2噸，2011年機組B級檢修深度滑停時，汽輪機缸溫降至285℃，僅用油1.6噸，與沒有采用這項技術(shù)的同類型機組相比降低了生產(chǎn)成本近千萬元，不但提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益，而且使企業(yè)在市場競爭日趨激烈的今天能夠處于優(yōu)勢地位。所以該項技術(shù)今后乃至很長一段時期在電力、化工、鋼鐵等行業(yè)將是不可替代的，而且會更加完善、更加實用。

[1]周謨?nèi)?等離子點火技術(shù).北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006

[2]關(guān)醒凡.等離子節(jié)能與應(yīng)用.北京：機械出版社，2005

[3]胡沛成.火電廠輔機設(shè)備.北京：水利水電出版社，2002