等離子點火系統(tǒng)

等離子點火系統(tǒng)

張國華主要內(nèi)容一.概述二.

等離子點火系統(tǒng)組成及工作原理1基本原理2等離子燃燒器點火原理3等離子燃燒器燃燒機理三.等離子點火系統(tǒng)的投入投入及注意事項四.等離子點火的保護邏輯五.其它問題

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，傳統(tǒng)的做法是提高煤粉的磨細度，提高風粉混合物和二次風的預熱溫度，采用預燃室燃燒器，選用小油槍點火等等 而等離子煤粉點火裝置，采用直流空氣等離子體作為點火源，實現(xiàn)了鍋爐的冷態(tài)啟動不用一滴油的無油點火。一、概述等離子點火燃燒器的優(yōu)點：

1）經(jīng)濟：采用等離子點火運行和技術(shù)維護費僅是使用重油點火時費用的15%～20%；

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(nèi)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(zhuǎn)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(jīng)常由于燃油系統(tǒng)造成的各種事故二、等離子點火的系統(tǒng)構(gòu)成

等離子發(fā)生器、等離子燃燒器、直流電源柜、圖像火檢探頭、控制部分、輔助部分。等離子點火系統(tǒng)組成有：1、等離子發(fā)生器：等離子發(fā)生器是利用直流電在介質(zhì)氣體中接觸引弧，并在強磁場控制下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體的設備。2 、等離子燃燒器：穩(wěn)定、高效地組織煤粉燃燒。3 、直流電源柜：將低壓交流電源轉(zhuǎn)換為等離子發(fā)生器所需的直流電源。4 、圖像火檢探頭：監(jiān)視等離子燃燒器的燃燒狀況。5 、控制部分：監(jiān)測并操作系統(tǒng)的運行?；驹?、等離子體2、等離子發(fā)生器點火原理3、等離子點火的工作原理1

、等離子體

等離子體被定義為除固、液、氣三態(tài)之外的第四態(tài)物質(zhì)存在形式，對外為中性，而在等離子體內(nèi)含有大量陰陽離子，形成溫度T＞5000K的，溫度梯度極大的局部高溫區(qū)。

2、等離子燃燒器點火原理

利用直流電流（280---350A）在介質(zhì)氣壓0.01-0.03Mpa的條件下接觸引弧，并在強磁場下獲得穩(wěn)定功率的直流空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的一次燃燒筒中形成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。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，這樣就大大地減少促使煤粉燃燒所需要的引燃能量E（E等=1/6E油）

等離子體內(nèi)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(zhuǎn)換，促進燃料完全燃燒，除此之外，等離子體對于煤粉的作用，可比通常情況下提高20%～80%的揮發(fā)份，即等離子體有再造揮發(fā)份的效應，這對于點燃低揮發(fā)份煤粉強化燃燒有特別的意義。

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、陽極組成。其中陰極材料采用高導電率的金屬材料或非金屬材料制成。陽極由高導電率、高導熱率及抗氧化的金屬材料制成，它們均采用水冷方式，以承受電弧高溫沖擊。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。

其拉弧原理為：首先設定輸出電流，當陰極前進同陽極接觸后，整個系統(tǒng)具有抗短路的能力且電流恒定不變，當陰極緩緩離開陽極時，電弧在線圈磁力的作用下拉出噴管外部。一定壓力的空氣在電弧的作用下，被電離為高溫等離子體，其能量密度高達105～106W/cm2，為點燃不同的煤種創(chuàng)造了良好的條件。3、等離子燃燒器燃燒機理

根據(jù)高溫等離子體有限能量不可能同無限的煤粉量及風速相匹配的原則設計了多級燃燒器。它的意義在于應用多級放大的原理，使系統(tǒng)的風粉濃度、氣流速度處于一個十分有利于點火的工況條件，從而完成一個持續(xù)穩(wěn)定的點火、燃燒過程。提高燃燒效率。在建立一級點火燃燒過程中我們采用了將經(jīng)過濃縮的煤粉垂直送入等離子火炬中心區(qū)，5000℃的高溫等離子體同濃煤粉的匯合及所伴隨的物理化學過程使煤粉原揮發(fā)份的含量提高了80%，其點火延遲時間不大于1秒。

第一區(qū)：點火燃燒器的性能決定了整個燃燒器運行的成敗，在設計上該燃燒器出力約為500～800kg/h，其噴口溫度不低于1200℃。另外加設了第一級氣膜冷卻技術(shù)避免了煤粉的貼壁流動及掛焦，同時又解決了燃燒器的燒蝕問題。

第二區(qū)為混合燃燒區(qū)：在該區(qū)內(nèi)一般采用“濃點濃”的原則，濃淡燃燒器的應用將淡粉流貼壁而濃粉摻入主點火燃燒器燃燒。這樣做的結(jié)果既利于混合段的點火，又冷卻了混合段的壁面。如果在特大流量條件還可采用多級點火。等離子點火原理等離子體發(fā)生器特制彎頭一級火焰二級火焰三級火焰

第三區(qū)為強化燃燒區(qū)，在一、二區(qū)內(nèi)揮發(fā)分基本燃盡，為提高疏松炭的燃盡率采用提前補氧強化燃燒措施，提前補氧的原因在于提高該區(qū)的熱焓進而提高噴管的初速達到加大火焰長度提高燃盡度的目的，所采用的氣膜冷卻技術(shù)亦達到了避免結(jié)焦的目的。 第四區(qū)為燃盡區(qū)，疏松碳的燃盡率，決定于火焰的長度。隨煙氣的溫升燃盡率逐漸加大。

三、等離子點火系統(tǒng)的投入1等離子系統(tǒng)冷卻水泵的啟動、運行及停止啟動（1）檢修工作已結(jié)束，工作票已終結(jié)；（2）冷卻水系統(tǒng)已投入運行；（3）冷卻水泵手動盤車靈活，冷卻水泵注水；（4）檢查有關(guān)溫度表及壓力表完好，開啟壓力表和壓力開關(guān)一次門；（5）測等離子冷卻水泵電機絕緣合格后送電；（6）將等離子冷卻水泵控制開關(guān)置“遠控”位；（7）啟動一臺等離子冷卻水泵；（8）檢查水泵及電機運行正常，冷卻水系統(tǒng)管道無泄露，冷卻水母管壓力0.5Mpa左右；（9）投入另一臺泵“聯(lián)鎖”；（10）檢查開啟各角等離子點火裝置冷卻水進、回水門；（11）檢查各角等離子冷卻水壓力正常，無泄漏現(xiàn)象。運行（1）機組正常運行時一臺泵運行，另一臺泵備用。正常運行冷卻水母管壓力＞0.4Mpa，發(fā)生器前的冷卻水壓力不低于0.3Mpa，進、回水的壓差不＜0.2MPa，水溫不高于40℃；（2）冷卻水母管壓力≤0.35Mpa時，備用泵自啟動。停止（1）鍋爐停運后，即可停用等離子冷卻水泵；（2）將備用冷卻水泵“聯(lián)鎖”解除；（3）停運冷卻水泵，關(guān)閉兩臺等離子冷卻水泵出、入口門。2等離子點火器

拉弧前檢查和準備（1）檢修工作已結(jié)束，工作票終結(jié)，檢查系統(tǒng)設備良好；（2）引風機、送風機投入，鍋爐吹掃完成，MFT復位，鍋爐具備點火條件；（3）送上等離子點火裝置電源；（4）啟動任一臺冷卻水泵，調(diào)節(jié)冷卻水母管壓力＞0.4Mpa，檢查發(fā)生器前冷卻水壓力＞0.3MPa，冷卻水溫度＜40℃；（5）啟動任一臺等離子圖像火檢冷卻風機，調(diào)節(jié)等離子圖像火檢冷卻風壓力＞2.5kPa，檢查壓縮空氣系統(tǒng)母管壓力不＜0.5MPa，調(diào)整等離子點火裝置入口載體壓力：A層等離子一級載體風0.1MPa左右，二級載體風0.05MPa左右,B層等離子載體風10KPa左右。（6）投入等離子監(jiān)控裝置；（7）任一臺一次風機、密封風機運行，一次風壓、風量正常，密封風壓與一次風壓壓差正常。2.24.3.4等離子點火器運行注意事項：（1）鍋爐在點火前必須投運等離子圖像火檢冷卻風機；（2）鍋爐滅火后，再次啟動等離子點火系統(tǒng)前，必須進行爐膛吹掃。點火時，必須在等離子發(fā)生器拉弧后方可開啟A(B)磨各出口氣動插板門，啟動A(B)磨煤機，防止一次風管內(nèi)淤積的煤粉進入爐膛內(nèi)部造成安全隱患；（3）運行期間觀察并記錄好尾部煙道及空氣預熱器煙道的溫度顯示；（4）等離子點火器投入初期，注意觀察火焰燃燒情況，合理配備一、二次風，調(diào)整A(B)磨給煤量、出口溫度適合，維持燃燒穩(wěn)定；（5）首次點火后，就地觀察火焰是否燃燒正常，并結(jié)合火焰電視圖像，及時調(diào)整；（6）燃燒初期調(diào)整穩(wěn)定后，隨時觀察等離子燃燒器壁溫情況，嚴格控制壁溫不超限；（7）投用B磨時，若煤粉不能被可靠引燃，應及時投入B層等離子點火器；（8）若發(fā)現(xiàn)等離子發(fā)生器冷卻水軟管漏水，應立即停用，防止燒壞等離子發(fā)生器；（9）等離子運行期間，不得隨意調(diào)整拉弧間隙，以免影響電弧穩(wěn)定；（10）每次停用等離子點火器前，必須確認等離子運行方式為“正常運行方式”；將等離子運行方式切“等離子點火模式”前必須確認各角拉弧正常；（11）防止鍋爐尾部發(fā)生二次燃燒：等離子點火過程中，必須投入空預器連續(xù)吹灰，吹灰前應充分疏水。等離子點火初期加強飛灰可燃物的監(jiān)測，如飛灰可燃物偏高，應適當調(diào)整一、二次風速、磨煤機出力、煤粉細度、點火功率等，盡可能改善燃燒情況。等離子點火器的停用（1）當鍋爐負荷升至最低穩(wěn)燃負荷以上時，將等離子運行方式切至“正常運行方式”，停用等離子點火器；（2）等離子點火器停用時，應保持燃燒穩(wěn)定，逐個停用；（3）等離子點火器停用后，載體風系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)正常運行；（4）等離子點火器停用后，等離子圖像火檢冷卻風機應正常運行，防止等離子點火器圖像火檢探頭燒壞；（5）等離子更換陰極或陽極頭后將累計時間及時清零。等離子點火燃燒器故障處等離子點火器斷?。?）運行中發(fā)生突然熄弧時，重新拉弧即可，每次啟弧間隔不得低于10s。連續(xù)3次啟弧不成功，若風壓、水壓、電流及電壓參數(shù)均在正常值，仍難以啟弧時，則可能為陰極頭燒壞；（2）一般陰極頭使用壽命超過50小時后，偶爾會出現(xiàn)掉弧現(xiàn)象，此時可以重新啟??；超過80小時后需更換；（3）等離子點火器陽極需定期進行清理，防止污染，周期一般為500小時。

燃燒器超溫（1）壁溫超過350℃時應進行調(diào)整：降低A/B磨給煤量；提高A/B磨一次風入口風量；降低A/B磨煤機的出口溫度；（2）壁溫超過550℃必須停運等離子點火裝置進行檢查，最高不得超過600℃。1、四角拉弧后，應派人到就地檢查拉弧情況啟動中的注意事項2、A磨煤機斷角運行時，注意對斷角風粉管道的監(jiān)視，防止由于出口門不嚴造成積粉增多，造成煤粉管道內(nèi)積粉自燃現(xiàn)象的發(fā)生。此時運行人員應用紅外線測溫儀，對該風粉管道全線測溫，及時發(fā)現(xiàn)積粉自燃情況。

3、A磨煤機斷角運行時，注意對斷角風粉管道的監(jiān)視，防止由于出口門不嚴造成積粉增多，造成煤粉管道內(nèi)積粉自燃現(xiàn)象的發(fā)生。此時運行人員應用紅外線測溫儀，對該風粉管道全線測溫，及時發(fā)現(xiàn)積粉自燃情況。

4、在等離子點火裝置投入后，必須注意控制煙溫探針的溫度小于538℃，保護再熱器，防止其管壁溫度超溫，如果超溫，應注意降低磨煤機的最小出力；從燃燒配風角度進行調(diào)整，盡量減少爐底部風量，加大頂部風量等措施。5、在等離子點火器運行過程中，電子發(fā)射槍將出現(xiàn)危險電壓，切勿觸摸。電子發(fā)射槍被罩在一個安全防護罩內(nèi)，防護罩下部為電氣，冷卻水進、出接口，此部位有可能引發(fā)故障，非專業(yè)維護人員切勿接近6、在點火初期，要根據(jù)給煤量與磨煤機入口風量等參數(shù)，做好風粉速度、煤粉濃度等重要參數(shù)異常的預想，并在點火的過程中，根據(jù)煤粉著火情況，有根據(jù)地加以調(diào)整。7、等離子點火裝置運行期間，應加強燃燒器金屬壁溫的監(jiān)視，若壁溫上升速度超過30℃/min，應采取下列措施降低壁溫：

1）適當增加一次風速；

2）適當減少給煤量；

3）適當降低一次風溫；

4）適當降低等離子點火裝置的電流。五、等離子點火系統(tǒng)的保護邏輯

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。(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”。等離子點火系統(tǒng)啟停邏輯及聯(lián)鎖保護等離子點火系統(tǒng)共包括以下設備：A1、A2、A3、A4、B1、B2、B3、B4等離子點火裝置；A/B冷卻水泵、載體風、冷爐制粉加熱裝置。系統(tǒng)自動判斷等離子點火模式或正常點火模式，兩者的主要區(qū)別是正常模式時，等離子裝置2/4及以上啟弧失敗不跳閘磨煤機。點火模式在DCS畫面顯示，但不能手動切換。（1）公共邏輯（A）等離子層運行如本層4/4等離子體發(fā)生器啟弧均成功，則認為本等離子層運行。（B）等離子點火模式、等離子穩(wěn)燃燒模式（a）等離子點火模式置位條件：（手動投入或任一個等離子體發(fā)生器啟弧成功），且無C/D/E/F任一磨煤機運行；（b）等離子點火模式復位條件：C/D/E/F任一磨煤機運行；（c）等離子穩(wěn)燃模式定義為等離子點火模式取非。（d）等離子點火模式時，由等離子裝置提供煤粉點火能量；本層等離子裝置2/4及以上斷弧，跳閘對應磨煤機；等離子穩(wěn)燃模式時，等離子裝置退出不會跳閘磨煤機。（e）磨跳閘（脈沖信號）停止等離子裝置，與模式無關(guān)（廠家只要求在等離子點火模式下）；（f）磨組失去2/4及以上煤火焰，是否跳磨，取決于爐內(nèi)燃燒工況。若以等離子點火/穩(wěn)燃模式界定邊界，一般認為等離子點火模式時，燃燒條件較差，跳磨；等離子穩(wěn)燃模式時，負荷較高，可不跳磨。緊急停A磨煤機在等離子點火模式下，如以下條件全部滿足，則緊急停A磨煤機。（a）A層2/4等離子體發(fā)生器斷弧，延時2秒；（b）A磨煤機運行；（c）機組負荷≤35%；（D）MFT動作跳閘等離子MFT動作或A磨煤機跳閘，則聯(lián)鎖跳閘本層對應的所有等離子點火裝置。（E）等離子裝置報警等離子燃燒器前端壁溫測點≥400℃報警，等離子燃燒器中心壁溫測點≥400℃報警。（2）等離子點火裝置A/B煤層各4臺，共8臺等離子點火裝置邏輯相同，在啟動允許條件滿足后，運行人員可手動操作啟動等離子點火裝置，啟動成功后，可手動增/減等離子點火裝置電流、進/退等離子點火裝置陰極、增/減等離子點火裝置間隙。下面以A1為例說明：啟動允許條件（a）等離子點火條件滿足；（b）A磨點火能量滿足；（c）A磨快速停條件不存在；（d）A磨緊急停條件不存在；（e）A1等離子體整流柜遙控位；（10HJA11GH001-FI）（f）A1等離子體發(fā)生器風壓滿足；（10HJA11GH001-P1）（g）A1等離子體發(fā)生器水壓滿足；（10HJA11GH001-P2）（h）A1等離子體發(fā)生器允許啟動；（10HJA11GH001-YX）（i）無等離子體發(fā)生器跳閘條件。備注：任一等離子啟弧成功后，閉鎖燃燒器噴嘴擺動執(zhí)行機構(gòu)操作。聯(lián)鎖跳閘條件（a）MFT動作；（b）A磨煤機跳閘（脈沖信號）；（c）A1等離子體發(fā)生器風壓滿足信號消失，延時2秒；（d