大功率交流等離子煤粉直燃技術(shù)的研究開發(fā)

1、課題名稱：燃煤鍋爐低負(fù)荷潔凈高效運(yùn)行技術(shù)的研究及應(yīng)用大功率交流等離子煤粉直燃技術(shù)的研究開發(fā)“燃煤鍋爐低負(fù)荷潔凈高效運(yùn)行技術(shù)的研究及應(yīng)用課題北京光耀環(huán)境工程公司2021年6月內(nèi)容摘要大功率交流等離子煤粉直燃技術(shù)是一種先進(jìn)燃燒技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。 目前我國電站燃煤鍋爐在啟動(dòng)及低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)消耗大量燃油，這就使得研究大功率 交流等離子煤粉直燃技術(shù)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本項(xiàng)研究在機(jī)理研究的根底上，進(jìn)行了 1:1試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)研究，以及煤種適應(yīng) 性的試驗(yàn)。目 錄內(nèi)容摘要第1章概述01.1 背景和意義01.2 課題研究工作完成情況 21.3 技術(shù)路線31.4 研究工作過程3第2章前期根底研究工作 42

2、.1煤粉直燃技術(shù)簡述4直流等離子體煤粉直燃技術(shù) 4感應(yīng)式加熱壁面點(diǎn)火直燃技術(shù) 5激光加熱點(diǎn)燃煤粉直燃技術(shù) 52.2 大功率交流等離子煤粉直燃技術(shù)原理和特點(diǎn) 6大功率交流等離子點(diǎn)火技術(shù)與直流等離子點(diǎn)火技術(shù)比照 9大功率交流等離子煤粉直燃技術(shù)特點(diǎn)概述 10前期根底研究工作 11大功率交流等離子三級(jí)點(diǎn)火燃燒器1: 1數(shù)值模擬研究工作 12第3章課題實(shí)驗(yàn)研究階段193.1變風(fēng)速試驗(yàn)193.2變給粉濃度試驗(yàn) 213.3變功率試驗(yàn)213.4交流等離子槍長壽命試驗(yàn) 243.5電廠工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 294.改造后運(yùn)行方式404.1鍋爐啟動(dòng)404.2鍋爐停止404.3低負(fù)荷穩(wěn)燃415 改造周期估算416 .經(jīng)濟(jì)

3、效益分析426. 1直接經(jīng)濟(jì)效益： 426. 2間接經(jīng)濟(jì)效益426. 3 在新建電廠中取消燃油系統(tǒng) 426. 4微油、直流等離子及交流等離子三種點(diǎn)火方式技術(shù)經(jīng)濟(jì)比擬43第4章研究工作總結(jié)44第5章實(shí)驗(yàn)基地掠影45第1章概述1.1背景和意義我國是一個(gè)貧油的國家，煤儲(chǔ)量相對(duì)豐富，煤炭可采儲(chǔ)量占世界的11.63%,而石油和天然氣那么分別只能占到2.67%和0.93%。我國又是石油生產(chǎn)大國，年產(chǎn)石油達(dá)1.6億噸，占世界第五位。我國已探明的石油可采儲(chǔ)量僅為57億噸，且現(xiàn)已開采33億噸，按照目前的開采速度只能再開采十幾年。這些年來，隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā) 展。我國對(duì)石油的需要不斷增加，供需缺口增大。2000年我國

4、進(jìn)口石油 7000萬噸，2005年可能超1億噸，2021年可能占我國石油總消耗量的一半。由于我國石油消 費(fèi)對(duì)外依賴程度很高，而且主要從局勢不太穩(wěn)定的中東進(jìn)口，一旦發(fā)生突發(fā)事件， 造成石油供給減少或中斷，我國經(jīng)濟(jì)開展和國家平安將面臨嚴(yán)重威脅。面對(duì)著日益 嚴(yán)峻的油荒，國家計(jì)委出版的?中國能源?白皮書中指出：“研究、開發(fā)應(yīng)用以煤代油的技術(shù)和產(chǎn)品是正在執(zhí)行的長期能源戰(zhàn)略的一局部，鼓勵(lì)全社會(huì)開展以煤代油的工作。2004年11月國家發(fā)改委在?開展資源節(jié)約活動(dòng)的戰(zhàn)略意義及相關(guān)措施? 中也明確指出“加快節(jié)能技術(shù)開發(fā)、示范和推廣，組織對(duì)共性、關(guān)鍵和前沿節(jié)能技 術(shù)的科研開發(fā)，實(shí)施重大節(jié)能示范工程，促進(jìn)節(jié)能技術(shù)產(chǎn)業(yè)

5、化。電力行業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)中具有先行性的重要根底產(chǎn)業(yè)，與國民經(jīng)濟(jì)的關(guān)系極為密切，經(jīng)濟(jì)增長快，對(duì)電力的需求就大，在我國GDP快速增長的大環(huán)境下，電力行業(yè)也進(jìn)入了一個(gè)開展的黃金時(shí)期?；鹆Πl(fā)電在整個(gè)電力生產(chǎn)中的地位非常重要見下 圖，火電成為目前電力固定資產(chǎn)投資重點(diǎn)，在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)仍然占據(jù)發(fā)電市場 的主導(dǎo)份額。自1996年，我國火電裝機(jī)總量位居世界第二，僅次于美國。圖1-1我國電力結(jié)構(gòu)圖圖1-2 我國火電開展趨勢煤粉懸浮燃燒為鍋爐的主要燃燒方式，啟動(dòng)時(shí)通常用油點(diǎn)火，并且在低負(fù)荷運(yùn)行或 煤質(zhì)不穩(wěn)定時(shí)也需投油穩(wěn)燃。 隨著機(jī)組容量向大型化開展，輕工、商業(yè)和生活用電量的 大幅增加，晝夜電量相差巨大，使電網(wǎng)峰谷差

6、大大增加，因而要求電網(wǎng)中有更多的機(jī)組 參與調(diào)峰，致使點(diǎn)火和助燃用油大幅增加。2002年我國用于鍋爐點(diǎn)火和助燃的燃料油 超過六百萬噸,直接費(fèi)用高達(dá)160億元人民幣。據(jù)統(tǒng)計(jì)50MV機(jī)組鍋爐啟動(dòng)一次需要耗油 5噸，125MW機(jī)組鍋爐啟動(dòng)一次需用油15噸，而200MW機(jī)組鍋爐啟動(dòng)一次需用油 50噸; 一臺(tái)300MW機(jī)組鍋爐每年需點(diǎn)火用油400噸、穩(wěn)燃用油15000噸。面對(duì)如此嚴(yán)峻的形勢， 國家明文規(guī)定了電廠鍋爐的點(diǎn)火和助燃用油量；發(fā)布了節(jié)約和替代燃料的“十五規(guī)劃:“十五期間，節(jié)約和替代燃料油 1600萬噸，其中電力行業(yè)要節(jié)約和替代 755萬噸。 伴隨大量的燃油消耗，在燃油采購、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、硬件設(shè)備等方

7、面的費(fèi)用，無疑更加大 了發(fā)電本錢。因此，開發(fā)直燃或少油煤粉直接點(diǎn)火燃燒器一直是電力行業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注的 課題。二十多年來，世界各國科技人員在直燃點(diǎn)火方面做了大量工作， 開發(fā)了一些新式煤 粉直接或少油點(diǎn)火燃燒器，取得了一些成果2006年北京光耀環(huán)境工程方案課題?燃煤鍋爐超低負(fù)荷潔凈高效控制與 運(yùn)行技術(shù)的研究?，大功率交流等離子煤粉直燃技術(shù)是該課題的主要內(nèi)容，從2006年初 至今課題組先后完成該技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室研究：1、等離子槍大功率下長壽命試驗(yàn)；2、燃燒 器1:1尺寸下不同煤質(zhì)直燃試驗(yàn)及關(guān)鍵設(shè)備升級(jí)換代工作，成功地解決等離子前后電 極燒損關(guān)鍵難題，節(jié)油效果及經(jīng)濟(jì)效益顯著。由于實(shí)現(xiàn)了等離子前后電極長壽命，

8、 可靠性高；既可滿足點(diǎn)火需要，又可支持火焰 燃燒，煤粉燃盡度好，燃燒效率高。交流等離子燃燒器作為點(diǎn)火燃燒器同時(shí)也可作為主 燃燒器，且在鍋爐低負(fù)荷時(shí)還可起到助燃作用。 我們相信該項(xiàng)技術(shù)研究符合電力市場需 求、符合能源嚴(yán)峻的國情，市場前景廣闊，能為我國解決能源緊缺問題做出應(yīng)有的奉獻(xiàn)。1.2課題研究工作完成情況大功率交流等離子煤粉直燃技術(shù)作為?燃煤鍋爐低負(fù)荷潔凈高效運(yùn)行技術(shù)研究?的 重要研究內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)燃煤鍋爐低負(fù)荷潔凈高效運(yùn)行的重要手段。課題組研究開發(fā)的交 流等離子煤粉直燃技術(shù)，是與目前國際上現(xiàn)有技術(shù)不同的具有自身特點(diǎn)的技術(shù)。目前課題組完成以下課題任務(wù)1、大功率交流等離子煤粉直燃燃燒器研制。2、1

9、： 1比例300MW燃燒器上試驗(yàn)的應(yīng)用、多煤種適應(yīng)性試驗(yàn)。3、交流等離子槍長壽命試驗(yàn)。4、開發(fā)出獨(dú)特的交流等離子點(diǎn)火器，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究，開發(fā)設(shè)計(jì)制造交流等離子三級(jí)點(diǎn)火煤粉燃燒器及輔助系統(tǒng)裝置。1.3技術(shù)路線理論分析理論分析燃煤理論計(jì)算數(shù)值模擬計(jì)算三級(jí)點(diǎn)火燃燒器制造1比1占八、火 燃 燒多煤種適應(yīng)性及長壽命試驗(yàn)圖1-3課題研究技術(shù)路線根據(jù)課題任務(wù)目標(biāo)制定了上述技術(shù)路線，結(jié)合技術(shù)路線具體研究工作內(nèi)容包括：1交流等離子煤粉直燃技術(shù)數(shù)值模擬計(jì)算軟件開發(fā)；2交流等離子槍研制；3三級(jí)點(diǎn)火燃燒器設(shè)計(jì)研究；4實(shí)驗(yàn)室1:1模擬研究；6輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)與系統(tǒng)技術(shù)集成；1.4研究工作過程200

10、6年北京光耀工程方案課題?燃煤鍋爐低負(fù)荷潔凈高效運(yùn)行技術(shù)的研究?。本課題研究實(shí)施過程中，首先對(duì)燃煤技術(shù)理論做了充分調(diào)研：不同的煤種、不同煤粉濃度著火溫度不同，隨著煤粉濃度增加煤粉氣流著火溫度降低；煤粉氣流可以實(shí)現(xiàn)分級(jí)著火；足夠高溫度、足夠高溫的等離子火焰(6000-10000 C)使等離子體同濃煤粉的集合及所伴隨的物理化學(xué)過程使煤粉原揮發(fā)分的含量提高了80%著熾熱降低，火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?。在理論分析、文獻(xiàn)調(diào)研、數(shù)值模擬計(jì)算根底上，開發(fā)出了大功率交流等 離子三級(jí)點(diǎn)火燃燒器，并進(jìn)一步在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)經(jīng)過大量試驗(yàn)研究，先后完成1： 1模擬試驗(yàn)為后續(xù)工程應(yīng)用打下根底。第2章前期根底研究工作、2.1煤粉直燃技術(shù)

11、簡述在煤粉直接點(diǎn)火方面，現(xiàn)主要有三種技術(shù)，分別為等離子直接點(diǎn)火、激光直接點(diǎn)火、 電直接點(diǎn)火。進(jìn)入90年代，美國、澳大利亞和日本的科學(xué)家致力于采用激光技術(shù)實(shí)現(xiàn) 直接點(diǎn)火，已在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，但并未實(shí)現(xiàn)工程化。煙臺(tái)龍?jiān)醇夹g(shù)在 俄羅斯等離子直接點(diǎn)火技術(shù)的根底上， 開發(fā)了新型的直流等離子直接點(diǎn)火裝置，已處于工程應(yīng)用階段。直流等離子體煤粉直燃技術(shù)(2)陰極等離子體陽極可更換陰極頭(3)線圈(5)直線電機(jī)(8)進(jìn)水口電弧 放電腔u hr(9)出水口(7)壓縮空氣進(jìn)口一(6)電源圖2-1直流等離子體煤粉直燃點(diǎn)火技術(shù)陰極與陽極之間的高壓電場，將流過其間的工作氣體電離，形成溫度達(dá)幾千K以上 的等離子電弧，

12、形成等離子炬在噴入爐膛后，卷吸周邊的煤粉氣流，卷入的煤粉顆粒迅 即燃燒，焦炭等剩余物即刻升華，其燃燒熱使得火炬能量發(fā)生增值。 在大量煤粉顆粒急 劇升溫的同時(shí)，由于顆粒中存在揮發(fā)份及水分，煤粉顆粒發(fā)生炸烈。這些高溫碎片穿越 火炬，進(jìn)入周圍的氣流中火炬隨即與周界發(fā)生質(zhì)的交換， 高溫火炬通過對(duì)流，輻射耦合 作用的方式向周界進(jìn)行熱傳遞。感應(yīng)式加熱壁面點(diǎn)火直燃技術(shù)Ii.I i'i Hu A A TX-L .-'r. I n!圖2-2感應(yīng)式加熱壁面點(diǎn)火原理圖其工作原理是，給水冷感應(yīng)線圈中通入中頻電流，在高溫合金管及點(diǎn)火室的整個(gè)區(qū) 域，產(chǎn)生強(qiáng)的交變電磁場。在交變電磁場的作用下，耐高溫合金管中

13、產(chǎn)生電渦流，高溫 合金管被加熱并迅即升溫。在高溫合金管，即點(diǎn)火室內(nèi)壁溫度適宜時(shí)，送入一次風(fēng)粉氣 流。煤粉氣流迅即點(diǎn)燃，在點(diǎn)火室出口形成強(qiáng)烈燃燒的煤粉火炬，噴入爐膛。這種點(diǎn)火 方式優(yōu)于等離子點(diǎn)火方式，但也存在著致命的弱點(diǎn)：由于煤粉在電熱腔內(nèi)燃燒，結(jié)焦問 題就在所難免。這些制約因素決定了該種點(diǎn)火方式難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。激光加熱點(diǎn)燃煤粉直燃技術(shù)激光加熱點(diǎn)火技術(shù)通過非接觸的方式對(duì)煤粉進(jìn)行加熱， 不存在結(jié)焦的問題。由于激 光器的本錢高昂，發(fā)射功率較低，造成了該項(xiàng)技術(shù)僅停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段， 短期內(nèi)不 可能應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。高溫空氣大功率煤粉直燃技術(shù)就是將常溫空氣加熱到足夠高的溫度 1000 C， 利用這局

14、部高溫空氣作為點(diǎn)火源去點(diǎn)燃局部煤粉氣流，到達(dá)無油點(diǎn)火的目的。2.2大功率交流等離子煤粉直燃技術(shù)原理和特點(diǎn)從化學(xué)動(dòng)力學(xué)的角度看，工程上煤粉空氣混合氣流著火及氣體可燃混合物的著 火都是以點(diǎn)燃方式進(jìn)行的，根據(jù)預(yù)混可燃?xì)怏w點(diǎn)燃的熱力理論，要點(diǎn)燃?xì)怏w可燃混 合物，那么必須提供一定的點(diǎn)火能量，即在短時(shí)間內(nèi)提供大量的能量，或用較低水平 的能量維持足夠長的時(shí)間，否那么著火是不可能的。煤粉空氣混合物與氣體燃料相比 不易點(diǎn)燃且更難維持穩(wěn)定的著火，而且維持連續(xù)穩(wěn)定著火的機(jī)理亦與預(yù)混氣體的火焰?zhèn)鞑ビ酗@著的差異。在煤粉爐中，煤粉的點(diǎn)燃過程是將一次風(fēng)射流與高溫?zé)煔饣?合，使得煤粉空氣混合物的溫度升高到煤粉能夠著火溫度，這

15、一溫度由一定環(huán)境條 件下煤粉著火的臨界條件所決定。所以，煤粉氣流的著火條件不僅取決于用來點(diǎn)燃 煤粉氣流的熱煙氣溫度，而且需足夠的熱量，所需的著熾熱比氣體可燃混合物的點(diǎn) 火能量大得多。如果能夠?qū)π迈r煤粉空氣氣流連續(xù)地提供足夠的著熾熱量，那么可維 持煤粉氣流連續(xù)穩(wěn)定地著火。煤粉空氣混合物也具有氣體燃料和液體燃料的各種燃燒特性參數(shù)，如著火濃度范圍、火焰?zhèn)鞑ニ俣?、燃燒反響速度等。?shí)驗(yàn)研究結(jié)果說明，在一定的溫度和壓力 條件下，對(duì)煤粉火炬火焰?zhèn)鞑ニ俣扔绊戄^大的因素主要是煤粉濃度、煤的揮發(fā)分含 量和灰分含量、煤粉顆粒細(xì)度等。一次風(fēng)煤粉氣流的濃度變化就反響在一次風(fēng)率(r1k )上，取u為一次風(fēng)煤粉氣流的重量百

16、分比濃度，那么r1k與u的關(guān)系為：r ik=Br/( p ikuVo a )( 2-1 )式中：Br 燃煤量，p ik一次風(fēng)氣粉混合物密度， Vo理論空氣量，a過量空氣系數(shù)顯然，煤粉濃度增加，一次風(fēng)率減少，相應(yīng)地煤粉氣流著熾熱將減少。依據(jù)熱力著火理論及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，可得出不同煤種不同煤粉濃度對(duì)應(yīng)的著火溫度，如表2-1、表2-2所示：表2-1煤粉濃度與著火溫度的關(guān)系煤種無煙煤煙煤煤粉初始濃度kg/kg0.515100.4335混合物著火溫度C1200800730540370325表2-2 煤種、一次風(fēng)率與著火溫度的關(guān)系單位煙煤貧煤無煙煤劣煙煤褐煤一次風(fēng)率%3020203030著火溫度C7008501

17、000750550隨煤粉濃度的增加，煤粉氣流的著火溫度是降低的，著火時(shí)間短，著火距離也變短。從燃燒動(dòng)力學(xué)來看，高溫可以使火焰穩(wěn)定，火焰的穩(wěn)定極限是隨溫度的提高而加寬的，或者說溫度的提高導(dǎo)致火焰穩(wěn)定的下限降低，上限拓寬，使火焰在較大 范圍內(nèi)獲得穩(wěn)定，同時(shí)，可燃物揮發(fā)分析出量大，也即在著火階段參加燃燒的可燃 物濃度高，易著火和穩(wěn)定燃燒。另外空氣溫度越高，火焰的熄滅應(yīng)變能力越強(qiáng)，火 焰也越穩(wěn)定，需要的氧濃度可以降低。其次高溫還可使燒燒速率提高，隨著溫度的 提高燃燒速率幾乎直線上升。盡管煤的著火性質(zhì)有其特殊性，影響煤燃燒的影響因素也較多，但與其它各種 可燃物燃燒的本質(zhì)是相同的，即燃燒要同時(shí)滿足四項(xiàng)條件

18、：可燃物、氧氣、足夠高 的著火溫度、加熱時(shí)間。煤粉氣流在進(jìn)入爐膛前已同時(shí)具備兩個(gè)著火條件，即煤粉 和輸送煤粉氣流空氣中的氧氣，雖然輸送用的空氣中氧與煤完全燃燒所需的氧氣相比數(shù)量有限，但一定程度上還能滿足初期燃燒。大功率交流等離子三級(jí)點(diǎn)火提供了 足夠高溫度6000-10000 C熱源，由于是三級(jí)點(diǎn)火提供足夠的燃燒時(shí)間。再將這 局部高溫?zé)嵩磁c燃燒器合理的結(jié)合最終形成一個(gè)穩(wěn)定的火炬。三級(jí)等離子點(diǎn)火機(jī)理：等離子點(diǎn)火采用分級(jí)點(diǎn)火方式。首先在燃燒器一次室內(nèi)點(diǎn)燃 局部煤粉，然后在二次燃燒室和三次燃燒室內(nèi)點(diǎn)燃其余的煤粉。揮發(fā)份的迅速析出是在一次室里完成的。一局部風(fēng)粉進(jìn)入一次燃燒室，與等離子相互作用，在a=的空

19、氣中氧化產(chǎn)生高溫?zé)崃?，使其它風(fēng)粉加熱到生成揮發(fā)份溫度。一次風(fēng)中少量的氧氣保 證煤中剩余碳按2C+O2=2C進(jìn)行反響。結(jié)果，溫度到達(dá)1200K以上的燃料混合物燃?xì)?+剩余煤粉通過燃燒器噴入爐膛，在無第二種燃料燃油的作用下通過同空氣二 次風(fēng)的相互作用完全穩(wěn)定燃燒。最初進(jìn)入一次室的風(fēng)粉只有其總量的 30%煤粉顆粒在加熱速度到達(dá)103-104度/ 秒時(shí)產(chǎn)生熱激化破裂。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，粒度到達(dá)250 m的煤粉顆粒，在熱激化產(chǎn)生的內(nèi)部熱應(yīng)力作用下，在秒破裂成8-10個(gè)碎粒煤粉顆粒的熱破裂，致使反 應(yīng)面擴(kuò)大，不斷加速揮發(fā)物的產(chǎn)生，不斷出現(xiàn)非常細(xì)小的粒子。這些細(xì)小的煤粉粒子與 氧氣的反響比大粒子要快得多。同時(shí)當(dāng)

20、煤粉顆粒破裂時(shí)，煤的揮發(fā)份CO, CO2, CH4, C6H6便從這些原始的碎粒中析出，同時(shí)生成含氮組分，如C5H5N和C4H4N。然后， 在氣相中生成單原子模(o, H, N, C, S)、煤的礦物質(zhì)組分(Si, Al, Ca)和原子團(tuán) (NH , CH, CN, OH，等)并出現(xiàn)負(fù)離子(0，HN，)。等離子點(diǎn)火除了具有燃料本身實(shí)際所含有的各種特性外，此外還具備只有等離子才 具有的特性。如此高的溫度，如此般能量的集中，等離子內(nèi)具有如此大量的活性粒子、 原子、原子團(tuán)、離子、氧和電子，并以此組分設(shè)計(jì)研制出來的相當(dāng)精良的等離子發(fā)生器 及其簡捷小巧的外輪廓尺寸，單位有效功率高，可廣泛使用在單相或多相

21、工作介質(zhì)中， 惰性電弧小，自控過程簡單，這一切都t't 1圖2-3交流等離子燃燒器原理圖首先啟動(dòng)引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)調(diào)整燃燒器入口風(fēng)速在合理范圍內(nèi)，投入交流等離子 冷卻水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)檢查各系統(tǒng)正常后開啟交流等離子電源，交流等離子槍 投入運(yùn)行，啟動(dòng)給粉機(jī)調(diào)整給粉量觀察燃燒器出口燃燒情況。并記錄各部溫度。給 粉機(jī)投入后適當(dāng)?shù)慕o粉量與一次風(fēng)混合后，在高溫等離子火焰(6000-10000 C)的加熱下煤粉迅速燃燒，揮發(fā)分開始析出，或者揮發(fā)分的析出與固定碳的著火燃燒幾 乎同時(shí)進(jìn)行，釋放出來的揮發(fā)分在氣相環(huán)境中或煤粒外表上燃燒，產(chǎn)生的熱量或者 使環(huán)境溫度升高或者使煤粒本身被迅速加熱，使煤粒的化學(xué)結(jié)

22、構(gòu)、外表形態(tài)及孔隙 機(jī)構(gòu)發(fā)生很大變化，從而改變了煤焦的反響性能和燃燒速率。隨著進(jìn)一步的燃燒， 完成煤粉氣流著火。資料說明，1kg煤粉燃燒可以點(diǎn)燃 20kg以上的煤粉，為了減小 交流等離子的功率及其規(guī)模，點(diǎn)火燃燒器在設(shè)計(jì)上采用分級(jí)點(diǎn)火技術(shù)，一般視煤粉 性質(zhì)，可將其分為三級(jí)或三級(jí)以上。等離子高溫火焰首先把一級(jí)煤粉點(diǎn)燃，一級(jí)著 火后再去點(diǎn)燃二級(jí)，二級(jí)再點(diǎn)燃三級(jí)。這種大功率交流等離子煤粉直燃點(diǎn)火系統(tǒng)，點(diǎn)火時(shí)一級(jí)先著火，然后是二級(jí)、三級(jí)著火，使得該技術(shù)防結(jié)焦性能非常優(yōu)越。另外，由于功率相比直流等離子可大 兩倍以上煤粉適應(yīng)性強(qiáng)，使用煤種范圍廣，調(diào)節(jié)簡單。不僅解決了鍋爐用油點(diǎn)火啟 動(dòng)時(shí)電除塵器無法投入而造成

23、的環(huán)境污染問題，簡化了電廠設(shè)備系統(tǒng)，還具有火焰 穩(wěn)定、燃燒速率高等技術(shù)優(yōu)勢；同時(shí)還可給電廠帶來較大的經(jīng)濟(jì)利益。點(diǎn)火燃燒器 上還設(shè)有火焰檢測器及壁溫監(jiān)測熱電偶裝置，整個(gè)點(diǎn)火燃燒器系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)是在自動(dòng)控制系統(tǒng)嚴(yán)格監(jiān)控下完成的，該自動(dòng)控制系統(tǒng)與鍋爐控制系統(tǒng)緊密聯(lián)系，保證鍋爐 及點(diǎn)火燃燒器平安正常運(yùn)行。目前，世界燃煤發(fā)電機(jī)組中，點(diǎn)火方式除油槍外，真正運(yùn)行的有微油點(diǎn)火和直流等 離子而直流等離子的弱點(diǎn)是功率小，陰極壽命短小于 50小時(shí)。大功率交流等離子電極 使用壽命大于180小時(shí)。大功率交流等離子點(diǎn)火技術(shù)與直流等離子點(diǎn)火技術(shù)比照1運(yùn)行維護(hù)量直流等離子直燃點(diǎn)火裝置運(yùn)行維護(hù)量較大，等離子點(diǎn)火器產(chǎn)生電弧的陰陽極使

24、用壽 命短，一般只有20-50小時(shí)，電功率較小一般在150KW以下并且兩極容易粘貼粉塵而 拉不出電弧，需要運(yùn)行人員經(jīng)常擦拭清潔及經(jīng)常通風(fēng)才能保證點(diǎn)火順利進(jìn)行。交流等離子直燃點(diǎn)火裝置前后電極使用壽命在180小時(shí)以上，并且功率可做到500KW以上可點(diǎn)燃揮發(fā)分含量在8%以上的煤種。2低負(fù)荷穩(wěn)燃直流等離子直燃點(diǎn)火器陰陽極有壽命限制，所以很難保證在低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)平安可靠 的連續(xù)運(yùn)行。交流等離子由于電極壽命長，可在鍋爐低負(fù)荷等離子槍小功率下長期穩(wěn)燃運(yùn)行。3設(shè)備投資直流等離子直燃點(diǎn)火裝置需要整流裝置。交流等離子直燃點(diǎn)火裝置只需380V交流電源投資小。4運(yùn)行本錢每臺(tái)直流等離子直燃點(diǎn)火器需要功率 120KW，需要

25、經(jīng)常更換等離子電弧陰、陽極 每臺(tái)交流等離子直燃點(diǎn)火器需要 80500KW，電極壽命長。5可靠性直流等離子是用一只槍點(diǎn)燃燃燒器內(nèi)煤粉，等離子火焰加熱煤粉時(shí)間短燃燒穩(wěn)定性差一旦等離子火焰不穩(wěn)易引起滅火。交流等離子一只燃燒器上加裝三只等離子點(diǎn)火槍不僅對(duì)煤粉加熱時(shí)間相比直流等離子增加了三倍，可大大增加燃燒器著火可靠性。表2-3幾種點(diǎn)火技術(shù)比照表工程微油點(diǎn)火直流等離子點(diǎn)火高溫空氣點(diǎn)火初投資低高中運(yùn)行本錢高高中日常維護(hù)工作量小高小燃燒不穩(wěn)時(shí)自動(dòng)投入可以可以可以低負(fù)荷穩(wěn)燃性能可以時(shí)間短可以平安性較咼J一般高適應(yīng)性廣窄廣可靠性高一般高大功率交流等離子煤粉直燃技術(shù)特點(diǎn)概述1用途：用于煤粉鍋爐啟動(dòng)、停止以及低負(fù)荷

26、穩(wěn)燃，替代原油槍，實(shí)現(xiàn)以煤代油， 到達(dá)不用油目的。2技術(shù)指標(biāo)：燃燒器噴口使用壽命不低于 6年，鍋爐低負(fù)荷自穩(wěn)燃能力達(dá) 40% 節(jié)油效果100%。3技術(shù)特點(diǎn)：相對(duì)于直流等離子投資低、回報(bào)周期短；系統(tǒng)簡單，操作方便，檢 修維護(hù)量??；便于生產(chǎn)管理；運(yùn)行穩(wěn)定可靠、燃燒穩(wěn)定、火焰明亮；對(duì)煤粉濃度和一 次風(fēng)速的適應(yīng)性強(qiáng)，有益于鍋爐啟動(dòng)過程中熱負(fù)荷調(diào)節(jié)；與控制系統(tǒng)的兼容性強(qiáng)、安 全可靠；設(shè)備和系統(tǒng)可靠。4環(huán)保指標(biāo)：投入交流等離子槍助燃時(shí)，靜電除塵器不需解列，由于沒有油參入燃燒，保證靜電除塵器電極板不污染，由于環(huán)保指標(biāo)的進(jìn)一部提高，目前電廠正在應(yīng)用袋 式除塵器，交流等離子點(diǎn)火的應(yīng)用對(duì)袋式除塵器的使用更為有利2

27、23前期根底研究工作北京光耀環(huán)境工程云崗實(shí)驗(yàn)基地建有專門的交流等離子煤粉直燃點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)室，為更真實(shí)地模擬現(xiàn)場工況，按1:1比例建設(shè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室主要由燃燒室，控制室及主設(shè)備間組成，點(diǎn)火裝置主體主要布置在主設(shè)備間內(nèi)，另外還配電 源系統(tǒng)、水冷系統(tǒng)、供風(fēng)系統(tǒng)、給粉系統(tǒng)、自控系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)。業(yè)巧空：眺割連；圖2-5實(shí)驗(yàn)室三維布置圖大型交流等離子煤粉直燃點(diǎn)火系統(tǒng)組成：? 等離子槍產(chǎn)生 6000r -10000 C左右的高溫等離子火焰。? 電源柜為等離子槍提供電源。?300MW機(jī)組1:1比例點(diǎn)火燃燒器一一與三只交流等離子槍配套，點(diǎn)燃煤粉?自動(dòng)控制系統(tǒng)一一全數(shù)字自動(dòng)控制。? 電路、風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、管路及粉

28、倉、給粉機(jī)系統(tǒng)。224大功率交流等離子三級(jí)點(diǎn)火燃燒器1:1數(shù)值模擬研究工作2.241交流等離子燃燒器燃燒特性數(shù)值模擬的意義為了設(shè)計(jì)性能良好的交流等離子燃燒器，進(jìn)一步分析了解其燃燒特性，本文用數(shù)值仿真軟件Flue nt對(duì)其點(diǎn)火特性進(jìn)行了模擬。交流等離子燃燒器的數(shù)值模擬1模擬條件本算例模擬的交流等離子燃燒器為逐級(jí)點(diǎn)火、分級(jí)燃燒式的燃燒器。由于煤粉燃燒過程的模擬是一個(gè)復(fù)雜的過程，包括揮發(fā)分析出、焦炭燃燒、輻射傳熱、顆粒運(yùn)動(dòng)、氣 相流動(dòng)和燃燒等。燃燒器內(nèi)氣相的湍流流動(dòng)選擇標(biāo)準(zhǔn)的k-epsilo n模型，煤粉顆粒相流動(dòng)采用隨機(jī)軌道模型，氣相湍流反響使用 Two mixture fractio n/PDF

29、模型，揮發(fā)分析出使用 Two-competing-rates模型，燃燒模型使用 kinetics/diffusion-limited 模型。輻射傳熱選用 P1 模型。燃燒器的數(shù)值模擬采用第一類邊界條件，給定了壁面的溫度。湍流流動(dòng)的近壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。圖1.交流等離子燃燒器交流等離子燃燒器三維計(jì)算區(qū)域見圖1,其中，交流等離子燃燒器區(qū)域是按照實(shí)物1： 1尺寸進(jìn)行模擬的。燃燒器入口處的風(fēng)粉混合物速度均勻分布，速度為u進(jìn)入燃燒器的各級(jí)燃燒區(qū)。為了提高一級(jí)燃燒室的點(diǎn)火效果，在燃燒器入口前段設(shè)計(jì)安裝了煤粉濃 縮裝置。本算例以20m/s的一次風(fēng)速度為例，取磨煤機(jī)出口煤粉空氣混合物的溫度為 350K，對(duì)交

30、流等離子燃燒器的燃燒特性進(jìn)行數(shù)值模擬。2網(wǎng)格劃分使用Gambit對(duì)燃燒器結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)體，并劃分網(wǎng)格，比擬了結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格 在收斂速度、收斂趨勢等方面的效果后，本燃燒器一次風(fēng)入口段和噴口段采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng) 格、中間局部采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，如圖 2所示。圖2.交流等離子燃燒器網(wǎng)格劃分2.243計(jì)算結(jié)果與分析在上述邊界條件下，用Flue nt軟件對(duì)等離子燃燒器的點(diǎn)火、燃燒特性進(jìn)行了模擬圖2顯示的是交流等離子燃燒器一次風(fēng)入口速度 u 20m/s, T 350K工況下，煤粉進(jìn)入 交流等離子燃燒器著火后的燃燒特性分布圖。1溫度分布及分析1199B7.654.32333222Z22Z2221111I;Jm

31、Q30303gD3OTm0203203a3CA03c3w(Kc3m 3303飼0202曲C2O2館02悅C2ContourB ! Sialic Tornperal uro (k)圖3.中心截面溫度圖199B /65 J-3 233 3222 Z 222.2-2211CcnitoorB ! Sintic TornpfiralLire «K)圖4.幾個(gè)具有代表性截面的溫度分布在一級(jí)燃燒室內(nèi)，煤粉已經(jīng)開始著火，在等離子體高溫區(qū)域增大，燃燒速度加快， 在一級(jí)燃燒室出口處煤粉溫度整體升高，原因是一級(jí)燃燒室內(nèi)煤粉吸收等離子體的熱量 后，煤粉溫度逐漸升高，一局部揮發(fā)分析出之后，燃燒放熱，使得整體溫

32、度升高。由于 位于中心部位的煤粉首先著火，形成的高溫火焰主要通過對(duì)流、輻射方式向外圍、徑向 四周的大量煤粉空氣混合物釋放熱量； 此時(shí)，外圍煤粉著火消耗大量氧氣，而中心線上 的煤粉形成局部缺氧區(qū)。進(jìn)入二三級(jí)燃燒室，當(dāng)二三級(jí)燃燒煤粉的進(jìn)入高溫煤粉火焰，并經(jīng)過第二三只等 離子體的進(jìn)一步高溫加熱，二三級(jí)煤粉迅速著火燃燒，在三級(jí)燃燒室出口處平均溫度達(dá) 到1900k。當(dāng)?shù)谒奈寮?jí)煤粉進(jìn)入高溫煤粉火焰后，由于處于良好的高溫環(huán)境，煤粉迅速著火燃燒，在五級(jí)燃燒室區(qū)域，煤粉火焰中心溫度較高，而燃燒室近壁處溫度偏低，形 成了粉包火的燃燒工況。由模擬的結(jié)果如圖3、4所示可以看出該結(jié)構(gòu)燃燒器噴口處 溫度均勻。2速度分布及

33、分析3 mm? a霜h仰 33 02*02 2磋打02 2 HI亦他 2 71&+022 B12 51241 +022 21 甘022 1lo#02 Z01e*O2 1 giza i & | 碎 m 1 7l#*C21 各1flt021 5la+C2 IAI魯血 i利會(huì)血1.11M21 01含血 aostoi S 049+01 :0-ifr*0i SOtOl S.aietOI4 02*«0i3 02fHOi 2.01&+01 i OlatOl aae+002XCarxtaurB ! Vlodly MngniiiiJd nWs)圖5中心截面速度分布圖322e*C

34、23 I跆應(yīng)3 02 齊 022 92etC2 ii zaifttce271e+022 61>*ce2 5ie*02241 &+022 21fr*O32 1lo«027 01 #*O2 i 91茯血 1 i ai 0*o2i 71*C2i 6i #*£©1.51 a+Q2 1.41 &fC21 11 a*G2 21 iC21 11 *02 i 01*02 0Ofe4O18 04&1Q17 0-te*0lSCKi*01S.dSetOil4 OS* 和3 02frr0iZOliOl ；'W OOfr+OOCantourB ! Vl

35、odly MngniliJde iran)圖6.幾個(gè)具有代表性截面的速度分布從速度分布圖5、6所示，速度經(jīng)過一二三級(jí)燃燒室之后，到了四五級(jí)燃燒室逐漸分 布均勻，而在燃燒器中心截面上速度相對(duì)要高， 貼壁處速度要低，有利于交流等離子燃 燒器的長期運(yùn)行。燃燒器噴口處速度分布均勻。3速度分布及分析9呂 77*00A 月TDD5 22*00 7 A6*fOD F fiBfl tOO 了沖 CZDO7 13*006 flSetiO呂 Ofe*OD5 76ftf005 40*005 21 MOO "3*QQ 壬麻» 4 3?：Mr00 4 11 *00 3a4&t00 3 56*

36、00 3咲心3 02e*00 Z 74*00 2彳亦002 1*001 92*00 1麗砒DOi 37etOO1 10e*008 22e-01 5.4BaOl2 7 如11 aoe+oaCantaurB ! DPM ConranftratlQn (kg m3)圖7.中心截面煤粉濃度分布圖圖7為中心截面的煤粉濃度分布，煤粉在經(jīng)過燃燒器入口前段濃縮裝置的作用，在一級(jí)燃燒室內(nèi)形成高濃度的煤粉空氣混合物，這時(shí)正好遇到高溫的等離子體火焰， 使煤粉中揮發(fā)分快速析出，并燃燒放熱。2.244結(jié)論用Flue nt計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件為根底，選用適宜的數(shù)學(xué)物理模型與結(jié)構(gòu)模型，可以 較好的模擬煤粉燃燒的流動(dòng)、傳熱和燃

37、燒特性，并能較詳細(xì)、準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)爐內(nèi)的溫度場、 速度場和煤粉顆粒相等組分的濃度場本算例數(shù)值模擬結(jié)果說明：一定數(shù)量的煤粉在一級(jí)燃燒室受等離子體高溫?zé)峄瘜W(xué)作用后，首先著火。在一級(jí)燃燒室出口，參加二三級(jí)煤粉在二三級(jí)燃燒室內(nèi)受等離子體繼 續(xù)加熱升溫，著火燃燒，提高了整體燃燒溫度，較易點(diǎn)燃四五級(jí)更為稀釋的風(fēng)粉混合物燃燒器內(nèi)貼壁溫度較低，速度較低，使得交流等離子燃燒器可長期平安運(yùn)行，對(duì)延長等離子燃燒器的壽命是有利的。該模擬結(jié)果與熱態(tài)點(diǎn)火試驗(yàn)得到的等離子燃燒器點(diǎn)火特性 根本一致。該模擬為等離子燃燒器試驗(yàn)及現(xiàn)場運(yùn)行提供了參考。第3章課題實(shí)驗(yàn)研究階段3.1變風(fēng)速試驗(yàn)三相電流分別保持在 350A給粉機(jī)轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/

38、分不變調(diào)整一次風(fēng)速在10m/s、13m/s、16 m/s、19 m/s、22 m/s、25 m/s六個(gè)工況下測得燃燒器內(nèi)個(gè)測點(diǎn)處火焰溫度變化性能試驗(yàn)。煤質(zhì)特性見下表下表:工程符號(hào)單位分析值全水分收到基水分Mar%6.21工業(yè)基分析空干基水分Mad%2.81收到基灰分Aar%34.83收到基揮發(fā)分Var%/收到基固定碳FCar%/枯燥無灰基揮發(fā)份Vdaf%36.44元素分析基收到基碳Car%47.39收到基氫Har%3.36收到基氧Oar%5.50收到基氮Nar%0.91收到基全硫St.ar%1.80收到基低位發(fā)熱量Qn et.arkJ/kg18240e I 2、j圖2-6交流等離子燃燒器溫度測

39、點(diǎn)布置圖給粉機(jī)轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/分不變調(diào)整一次風(fēng)速在 10m/s、13 m/s、16 m/s、19 m/s、22 m/s、25 m/s六個(gè)工況下測得燃燒器內(nèi)個(gè)測點(diǎn)處火焰溫度變化性能試驗(yàn)13n/mI圖2-6所示是不同風(fēng)速工況下交流等離子火焰點(diǎn)燃煤粉溫度曲線，功率不變，風(fēng)速不同燃燒器各部溫度也不同，在1016 m/s之間風(fēng)速變化對(duì)噴燃器燃燒溫度影響較明顯。等離子燃燒筒出口溫度始終在2000 r以上，進(jìn)入二級(jí)混合室后由于大量風(fēng)粉混合氣體的混入使二級(jí)混合室出口溫度平均降5oo r以上，燃燒器出口火焰溫度在25 m/s風(fēng)速下仍能保持1000 r以上，火焰明亮燃燒穩(wěn)定。3.2變給粉濃度試驗(yàn)三相電流分別保持在3

40、50A、煤質(zhì)不變、調(diào)整給粉機(jī)轉(zhuǎn)速測量燃燒器測點(diǎn)溫度r測量結(jié)果分析：見圖2-7為煤質(zhì)不變，風(fēng)速保持20 m/s不變煤粉濃度與燃燒器內(nèi) 個(gè)熱電偶測點(diǎn)溫度的關(guān)系曲線。給粉機(jī)轉(zhuǎn)速在300轉(zhuǎn)/分時(shí)燃燒最好燃燒器出口溫度最高可達(dá)1250r火焰明亮燃燒強(qiáng)烈，當(dāng)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速加到500按轉(zhuǎn)/分時(shí)燃燒器出口溫度為 1000r并且火焰邊界含有未燃燒的煤粉顆粒，一次風(fēng)速在20m/s時(shí)最正確給粉機(jī)轉(zhuǎn)速范圍是250350轉(zhuǎn)/分，燃燒器出口火焰溫度在1200r以上著火穩(wěn)定燃燒強(qiáng)烈。3.3變功率試驗(yàn)給粉機(jī)轉(zhuǎn)速不變、選3種煤質(zhì)變功率測量各部溫度，分析交流等離子火焰適應(yīng)煤種能力1) 一次風(fēng)速15m/s、煤質(zhì)可燃基揮發(fā)分 765%、

41、應(yīng)用基水分485%、應(yīng)用基低位發(fā)熱量：28.2M J、三相電流為：450A、500A、550A、600A測量燃燒器內(nèi)測點(diǎn)溫度C變化結(jié)果分析：圖2-8溫度特性曲線看出煤質(zhì)可燃基揮發(fā)分765%的無煙煤引燃能力很差。在三相電流600A的大功率下此時(shí)中心等離子燃燒筒出口火焰溫度到達(dá)2300E以上，燃燒器出口火焰溫度可達(dá)1200 C左右，但是煤粉火焰離開燃燒器后溫度降低很快離開燃燒器1000mm左右溫度低于900 C，火焰長度只有 2500mm持續(xù)燃燒能力較 差。2) 次風(fēng)速15m/s、煤質(zhì)可燃基揮發(fā)分:14.25%、應(yīng)用基水分643%、應(yīng)用基低位發(fā)熱量：18.9MJ、三相電流為：450A、500A、5

42、50A、600A測量燃燒器內(nèi)測點(diǎn)溫度C變化-4 _ i "兀BVDDPA-nn 旳譏: r-sni1/ 漓盤；'i：l：d丄KvKjvj. -ill ij RED MO 右r u仏。UEOi *LT1J 世m(xù)E2-心 川發(fā)分L r 必變加：飛便也51浚度處時(shí)結(jié)果分析：圖2-9溫度特性曲線看出煤質(zhì)可燃基揮發(fā)分：14.25%的貧煤引燃能力相 對(duì)無煙煤有很大改善。在三相電流550A的大功率下此時(shí)中心等離子燃燒筒出口火焰達(dá) 到2400C左右，燃燒器出口火焰溫度可達(dá)1200 C以上，煤粉火焰離開燃燒器 1000mm左右溫度保持1100C以上，火焰長度有3500mm燃燒穩(wěn)定該火焰強(qiáng)度具有

43、一定穩(wěn)燃能力。3) 次風(fēng)速25m/s、煤質(zhì)可燃基揮發(fā)分：33.5%、應(yīng)用基水分685%、應(yīng)用基低位發(fā) 熱量：19.2MJ、三相電流為：300A、350A、400A、450A測量燃燒器內(nèi)測點(diǎn)溫度C變 化結(jié)果分析：圖2-10溫度特性曲線看出煤質(zhì)可燃基揮發(fā)分:33.5%的煙煤引燃能力很強(qiáng) 在三相電流350A至400A的功率下此時(shí)中心等離子燃燒筒出口火焰到達(dá) 2000C左右, 燃燒器出口火焰溫度可達(dá) 1200 C以上，煤粉火焰離開燃燒器 1000mm后溫度保持 1100 c以上，火焰沖滿整個(gè)爐膛燃燒強(qiáng)烈。3.4交流等離子槍長壽命試驗(yàn)1工況一：三相電流保持400A、等離子槍入口壓縮空氣壓力保持在 0.3

44、5 0.45Mpa; 入口水壓保持0.65 0.75Mp連續(xù)運(yùn)行180小時(shí)后A槍電流突然增大停止運(yùn)行。對(duì)三支 槍解體檢查A槍后電極燒損漏水。三支槍前后電級(jí)燒損情況見以下圖片。A槍電極燒損圖片B槍電極燒損圖片C槍電極燒損圖片2工況二：三相電流保持600A、等離子槍入口壓縮空氣壓力保持在 0.35 0.45Mpa; 入口水壓保持0.65 0.75Mp連續(xù)運(yùn)行89小時(shí)后C槍電流突然增大停止運(yùn)行。對(duì)三支槍 解體檢查C槍后電極燒損漏水。三支槍前后電級(jí)燒損情況見以下圖片。A槍電極燒損圖片C槍電極燒損圖片B槍電極燒損圖片3.5電廠工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)1) 、系統(tǒng)參數(shù)1、電源:三相電源 380 -5% V + 1

45、0% V 頻率：50± 2%Hz最大消耗功率：350kVA負(fù)荷電流工作范圍：(300 600)± 2%A 電弧電壓調(diào)節(jié)范圍：380 ± 5%V2、壓縮空氣：最低氣壓：0.35MPa 最高氣壓：0.5MPa 空氣壓力調(diào)節(jié)范圍：0.35 0.5MPa空氣流量單角：60 100Nm3/h3、冷卻水:最小壓力：0.7MPa正常壓力：1.0MPa最大壓力：1.2MPa最大流量單角：10t/h4、水質(zhì)要求：除鹽水，溫度w 40 °C5、輸粉管內(nèi)風(fēng)速一次風(fēng)：最低風(fēng)速：10m/s最高風(fēng)速：26m/s最低風(fēng)溫：20 C6、氣膜冷卻風(fēng)風(fēng)速：45 60m/s7、等離子發(fā)生器功

46、率范圍8等離子火焰溫度9、前電極壽命10、后電極壽命11、等離子燃燒器出力12、投粉后的著火時(shí)間13、燃燒器壁溫控制溫度14、煤粉濃度正常運(yùn)行90 300kW6000 C設(shè)計(jì)工況下不低于300h易更換設(shè)計(jì)工況下不低于200h設(shè)計(jì)最低出力的100% 200%范圍中儲(chǔ)式系統(tǒng)：投粉后不大于30秒保證小于500 C0.36 0.52kg/kg,最低不得低于 0.3kg/kg15、單角等離子功率：3X 60100 kw;16、保護(hù)風(fēng)壓力：2500Pa左右；17、單角保護(hù)風(fēng)流量：3X 100150 Nm3/h;18、 交流等離子燃燒器出口火焰中心溫度：10001500C；19、 二次風(fēng)風(fēng)量：根據(jù)燃燒器壁溫

47、控制，保證燃燒器壁溫不超過500 C2、燃燒系統(tǒng)燃燒器等離子燃燒器是借助等離子發(fā)生器的電弧來點(diǎn)燃煤粉的煤粉燃燒器，與以往的煤粉燃燒器相比，等離子燃燒器在煤粉進(jìn)入燃燒器的初始階段就用等離子弧將煤粉點(diǎn)燃，并將火焰在燃燒器內(nèi)逐級(jí)放大，屬內(nèi)燃型燃燒器，可在爐膛內(nèi)無火焰狀態(tài)下直接點(diǎn)燃煤粉， 從而實(shí)現(xiàn)鍋爐的無油啟動(dòng)和無油低負(fù)荷穩(wěn)燃。根據(jù)有限的點(diǎn)火功率不可能直接點(diǎn)燃無限的煤粉量的問題，等離子燃燒器采用了多級(jí)燃燒結(jié)構(gòu)，如圖1所示，煤粉首先在中心筒中點(diǎn)燃，進(jìn)入中心筒的粉量根據(jù)煤粉特性 不同可設(shè)計(jì)成500-1200kg/h之間，這局部煤粉在中心筒中穩(wěn)定燃燒，并在中心筒的出 口處形成穩(wěn)定的二級(jí)煤粉的點(diǎn)火源，并以次逐

48、級(jí)放大，最大可點(diǎn)燃12T/h的粉量。等離子燃燒器的高溫局部采用耐熱鑄鋼，其余和煤粉接觸部位采用高耐磨鑄鋼。和 現(xiàn)場管路連接時(shí)須正確選用焊條型號(hào)。等離子燃燒器按功能可分為兩類：1、僅作為點(diǎn)火燃燒器使用，這種等離子燃燒器 用于代替原油燃燒器，起到啟動(dòng)鍋爐和在低負(fù)荷助燃的作用。 采用該種燃燒器需為其附 加給粉系統(tǒng)，包括一次風(fēng)管路及給粉機(jī)；2、既作為點(diǎn)火燃燒器又作為主燃燒器使用，這種等離子燃燒器具有和 1所述同樣的功能，在鍋爐正常運(yùn)行時(shí)又可作為主燃燒器投 入。采用此種方式不需單獨(dú)鋪設(shè)給粉系統(tǒng)。等離子燃燒器和一次風(fēng)管路的連接方式做成 和原燃燒器相同，改造工作量小。給粉機(jī)為滿足等離子燃燒器對(duì)于煤粉濃度和均

49、勻性的要求并能做主燃燒器使用， 與等離子 燃燒器相匹配的給粉機(jī)選擇，應(yīng)滿足做主燃燒器使用時(shí)燃燒器的最大出力，100MW及以下等級(jí)的鍋爐，與等離子燃燒器匹配的給粉機(jī)額定出力以 2-6t/h為宜。對(duì)200MW及 以上容量的鍋爐，一般選用給粉機(jī)的額定出力在 3-9t/h為宜。磨煤機(jī)對(duì)于新建機(jī)組，選定的點(diǎn)火用磨煤機(jī)，最低出力應(yīng)能滿足最低投入功率的要求,MPS中速磨宜采用可變加載型根據(jù)磨煤機(jī)的型式，調(diào)整其出力和細(xì)度至最正確狀態(tài)，例如：適當(dāng)調(diào)整回粉門的開度、 調(diào)整別離器開度，適當(dāng)減小一次風(fēng)量但風(fēng)量的調(diào)整應(yīng)滿足一次風(fēng)管的最低流速，中速磨最低風(fēng)量應(yīng)保證允許的風(fēng)環(huán)風(fēng)速，對(duì)于MPS中速磨煤機(jī)還應(yīng)適當(dāng)調(diào)整碾磨壓力。

50、暖風(fēng)器主要應(yīng)包括暖風(fēng)器進(jìn)出口風(fēng)道的連接方式、 支吊架的位置、整體重量、入口蒸汽管 道尺寸及連接方式、出口疏水管道尺寸及連接方式、投運(yùn)前是否需要對(duì)蒸汽管道進(jìn)行吹一次風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)鍋爐燃用煤種、爐型和容量、制粉燃燒系統(tǒng)各自的特點(diǎn)，進(jìn)行系統(tǒng)配套、結(jié) 構(gòu)和參數(shù)選擇。中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)100MW及以下機(jī)組宜選擇另設(shè)等離子燃燒器的系統(tǒng)； 直吹式制粉系統(tǒng)宜采用主燃燒器兼有等離子點(diǎn)火功能的系統(tǒng)。采用直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐，宜采用本爐冷爐制粉的方式。制粉用熱風(fēng)的來源，在有條件時(shí)宜采用鄰爐熱風(fēng)。在鄰爐來熱風(fēng)有困難時(shí)，宜在磨 煤機(jī)入口熱風(fēng)道上或?qū)ＴO(shè)旁路風(fēng)道上加裝空氣加熱裝置，將磨煤機(jī)入口風(fēng)溫加熱至允許啟磨溫度。加熱裝置宜采

51、用蒸汽加熱器。如熱風(fēng)溫度要求較高時(shí)，可采取串聯(lián)安裝風(fēng)道 燃燒器加熱等方式。磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)的所有煤粉輸送管道，應(yīng)設(shè)有進(jìn)行冷態(tài)、熱態(tài)輸粉風(fēng)一次風(fēng)調(diào)平衡 的閥門；宜加裝煤粉分配器等措施，以盡可能保持各煤粉輸送管道內(nèi)風(fēng)速一致、煤粉濃度一致、煤粉細(xì)度一致。等離子燃燒器在鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)初期，燃燒的煤粉濃度較好的適用范圍在0.3 60.52kg/kg，最低不得低于 0.3kg/kg。鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)初期，等離子燃燒器的一次風(fēng)速依據(jù)煤質(zhì)情況可保持在16m/s22m/s為宜。熱態(tài)或低負(fù)荷穩(wěn)燃時(shí)，一次風(fēng)速保持 2430m/s為宜。氣膜風(fēng)系統(tǒng)等離子燃燒器屬于內(nèi)燃式燃燒器，運(yùn)行時(shí)燃燒器內(nèi)壁熱負(fù)荷較高，為了保護(hù)燃燒器， 同時(shí)提高

52、燃盡度，需設(shè)置等離子燃燒器氣膜冷卻風(fēng)。氣膜冷卻風(fēng)可以從原二次風(fēng)箱取，也可從送風(fēng)機(jī)出口引取。通過燃燒器氣膜風(fēng)入口引入燃燒器。冷態(tài)一般在等離子燃燒器投入030mi n,開度盡量小，以提高初期燃燒效率，隨著爐溫升高，逐漸開大風(fēng)門，防止燒損燃燒器，原那么是以燃燒器壁溫控制在 500600C為宜。二次風(fēng)系統(tǒng)對(duì)于單獨(dú)設(shè)置等離子點(diǎn)火一次風(fēng)管路等離子燃燒器作為點(diǎn)火用燃燒器的系統(tǒng)，除設(shè)置等離子燃燒器氣膜風(fēng)系統(tǒng)外， 原那么上還應(yīng)設(shè)置二次風(fēng)系統(tǒng)。其設(shè)計(jì)原那么與電站鍋 爐常規(guī)燃燒器設(shè)計(jì)方案相同。3交流等離子點(diǎn)火器等離子發(fā)生器是用來產(chǎn)生高溫等離子電弧的裝置，其主要由前電極組件、引弧裝置及輔助系統(tǒng)三大局部組成，還有支撐托

53、架配合現(xiàn)場安裝。等離子發(fā)生器設(shè)計(jì)壽命為35年。在兩電極間加穩(wěn)定的大電流，將電極之間的空氣電離形成具有高溫導(dǎo)電特性等離 子體，并由壓縮空氣吹出，形成可以利用的高溫電弧。圖2交流等離子點(diǎn)火器外形圖電極組件電極組件前電極、后電極、冷卻水道、壓縮空氣通道及殼體等構(gòu)成。電極導(dǎo)電面為具有高導(dǎo)電性的金屬材料鑄成，采用水冷的方式冷卻，連續(xù)工作時(shí)間大于500小時(shí)引弧裝置引弧裝置由電阻、電容、放電器等電力器件組成，連續(xù)工作時(shí)間大于10000小時(shí)輔助系統(tǒng)包括水冷卻系統(tǒng)，壓縮空氣系統(tǒng)、保護(hù)風(fēng)系 統(tǒng)。4等離子電氣系統(tǒng)等離子發(fā)生器電源系統(tǒng)是用來產(chǎn)生維持等離子電弧穩(wěn)定的電源裝置。由開關(guān)柜、限流電抗器、控制PLC等組成。限流電抗器等離子電源系統(tǒng)用限流電抗器參數(shù)：額定電壓：0.38/0.36KV額定頻率：50HZ相數(shù)：三相電感：0.5mH冷卻風(fēng)式：自然冷卻絕緣等級(jí)：F絕緣水平：AC3/3溫升：70度選用材料：30Q130冷軋有取向硅鋼片、環(huán)氧樹脂真空澆注.開關(guān)柜開關(guān)柜選用德國RITTAL公司生產(chǎn)的PS4000型電源柜，柜體外形尺寸及安裝尺寸如 以下圖所視： 口11冒*圖3開關(guān)柜外形圖開關(guān)柜為前后開門結(jié)構(gòu)。前門上方安裝有三塊表從左到右分別為系統(tǒng)實(shí)際電壓表、系統(tǒng)實(shí)際電流表、，下方為排氣孔。開關(guān)柜技術(shù)參數(shù)如下：額定電壓 :3AC400(+15%/-20%)額定電流：600A額疋頻率：過載能力：45