等离子无油点火技术

2024-10-05

等离子无油点火技术（精选5篇）

等离子无油点火技术篇1

1 交流等离子无油点火机理

交流等离子无油点火装置是利用交流380V动力电源 (电流250~600A) 在介质气压0.35MPa的条件下采用高频自动引弧方式接触引弧, 并在强磁场下获得稳定功率的交流空气等离子, 形成火焰中心温度>5 000K的局部高温电弧区, 煤粉通过该区时受到高温作用, 在10-3s内迅速释放出挥发物, 并使煤粉颗粒破裂粉碎, 从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行, 使混合物组分的粒级发生了变化, 交流等离子气体内含有大量活性化学粒子, 如原子 (C、H、O) 、原子团 (OH、H2、O2) 、离子 (O2-、H2-、OH-、O-、H+) 和电子等, 可加速化学转换, 促进煤粉完全并低氮燃烧。除此之外, 交流等离子有再造挥发分的效应, 这对于点燃低挥发分煤粉、强化燃烧有特别的意义。

2 系统组成及工作原理

2.1 系统组成

该装置由电气系统 (电源柜、引弧柜、限流电抗器) 、交流等离子枪、四通道煤粉燃烧器、监测及控制系统 (DCS、工控PC、就地控制柜和热工检测装置) 、循环水冷却系统及压缩空气系统等组成。

2.2 交流等离子枪工作原理

如图1所示, 交流等离子枪由管状前电极、深杯形后电极、进气室、旋气环和绝缘体组成。电极采用高导电率的金属材料制成, 深杯形后电极外部缠绕有磁控线圈, 磁控线圈串接于高频引弧装置和限流电抗器之间, 通过高频引弧装置与电源相线连接, 管状前电极与电源的零线相连, 前、后电极及进气室均为水冷夹层结构以承受电弧高温冲击。旋气环通道采用管状气旋弧技术延伸交流等离子电弧。交流三相380V空载电压加于前、后电极间, 高频引弧装置的升压变压器和高频振荡器将输入电压形成高频高压, 击穿前、后电极间间隙产生短路高温电弧;同时, 压缩空气从极间进气室切向进入前、后电极内, 并形成高强度旋气流;由于间隙内有强旋气流高速通过, 该电弧无法稳定在间隙内, 弧根被切向高速旋转的压缩空气旋入前、后电极内, 并稳定于弧室通道中心线附近的低压区形成电弧柱, 与此同时, 高强旋转气流缠绕着电弧沿管状前电极向前流动, 被加热离解成交流等离子气体从喷嘴喷出, 作为高温纯净点火热源在煤粉燃烧器中点燃煤粉。

2.3 煤粉燃烧系统工作原理

如图2所示, 3只交流等离子枪被嵌入四通道煤粉燃烧器中心筒一级燃烧室, 交流等离子电弧与一次点火煤粉在此发生强烈的电化学反应, 煤粉裂解, 产生大量挥发分并被点燃, 并随一次点火煤风向前涌入内套筒二级燃烧室, 煤粉继续燃烧, 并将后续引入的煤粉点燃, 实现分级燃烧, 最后从中心筒喷入窑内。这里要设燃烧器壁温监测点, 便于随时对壁温进行调整, 既有利于点火又可防止燃烧器被烧坏。第二层套筒引入的内净风冷却二级燃烧室, 同时在火焰根部产生一个较大的回流区使火焰更加稳定, 形状更适合新型干法水泥窑。

当窑温达到要求时, 就可以关闭交流等离子点火枪和点火煤粉风, 无需撤离交流等离子点火装置。正常煅烧时的二次煤粉风由第三层套筒引入, 其头部装有与窑旋转方向相同的旋叶片;最外层为轴流风道, 其头部设计成带槽形通道出口, 可以单独喷射空气, 通过改变出口截面, 改变出口风速, 改变火焰形状, 保护窑皮。点火开始时轴流风道是关闭的, 随着窑温升高逐渐开启, 但风压较正常煅烧时要小。燃烧器的最前端还要加一个拢焰罩以避免气流过早扩散, 在火焰根部形成一股缩颈, 降低窑口温度, 使窑体温度分布合理, 火焰的峰值温度降低。

2.4 控制系统

如图3所示, DCS系统通过就地控制柜来控制交流等离子枪的点火、稳弧、功率平衡、冷却水循环和形成旋气流的压缩空气系统等。

2.5 系统主要技术参数

系统运行时的主要技术参数见表1。

3 试验运行情况

某厂5 000t/d生产线停窑检修更换窑内耐火材料后, 投入交流等离子无油点火系统进行试验。点火烘窑期间, 运行安全、稳定, 仅用16h, 消耗24t煤粉即达到了投料要求。经测试无油点火燃烧的升温曲线基本符合回转窑要求的升温曲线, 见图4。

由于嵌入煤粉燃烧器的交流等离子枪穿越二次煤粉风通道, 局部阻碍了二次煤粉风, 使得正常煅烧时窑内火焰形状出现偏火。后通过局部调节二次煤粉风通道喷嘴的叶片角度和局部改变轴流风道出口截面, 使得正常煅烧时窑内火焰形状达到了煅烧要求。

因为取消了燃油系统, 也就避免了燃油点火时, 燃油雾化质量差等因素导致的烘窑时燃烧不稳定、窑炉灭火, 以及为了节省燃油, 提前进行油煤混烧, 使得煤粉燃烧不充分等现象。同时, 也克服了燃油雾化不好, 导致油滴混合煤粉沉积在窑内耐火砖上, 损坏窑砖的情况发生。

根据以往生产统计数据, 采用燃油方式点火烘窑, 每次检修更换窑内耐火材料后, 用0号柴油进行点火烘窑一般需要18h, 消耗11.5t燃油和1.5t煤粉 (最后阶段为了节油采取油煤混烧) 。由于设备故障等造成的停窑, 根据停窑时间不同, 每次用燃油进行点火烘窑需要6~16h不等, 消耗0号柴油5~10t。

4 效益分析

4.1 投入分析

交流等离子无油点火系统 (含专用的煤粉燃烧器) 的一次性投入约需160万元, 因不需要储油设施, 所以实际投入和燃油点火四通道煤粉燃烧器费用大致相当。系统的易耗部件是交流等离子枪内前、后电极, 其使用寿命可达500h, 一般可以随煤粉燃烧器一起更换, 即使单独更换的费用也不超过5万元, 系统的其它设施则可长期使用, 所以交流等离子无油点火系统的年平均维护费用与正常燃油点火四通道煤粉燃烧器的维护费用也大致相当。

4.2 运行费用分析

两种点火方式烘窑数据计算:燃油时, 按0号柴油7 000元/t, 燃煤500元/t计, 一次点火烘窑需要的费用为:11.5t×7 000元/t+1.5t×500元/t=81 250元;用交流等离子无油点火方式, 除燃煤, 同时耗电能300kW×16h=4 800kWh, 按电价0.5元/kWh计, 一次点火烘窑需要的费用为:24t×500元/t+4 800kWh×0.5元/kWh=14 400元。

由以上数据可以计算出:交流等离子点火的运行成本为燃油点火的运行成本17.8%。

4.3 对粉尘排放的影响

由于燃油点火方式在燃油和油煤混烧期间不能投入除尘设备, 无法解决点火期间冒黑烟和烟尘排放等环境污染问题;而使用交流等离子点火方式, 在点火初期即可投入除尘设备, 减少了点火期间的粉尘排放, 并且由于交流等离子点火技术是低氮燃烧方式, 还减少了点火期间NOx排放量, 所以, 也具有一定的社会效益。

参考文献

[1]陈建华.电厂锅炉应用等离子点火技术的技术经济分析[J].中国电力, 2004 (3) :38-40.

[2]GYPlas型交流等离子无油煤粉点火系统工业运行报告[R].北京光耀环境工程有限公司.

等离子无油点火技术篇2

1 600 MW超临界机组FSSS的特点

1.1 FSSS相关设备概述

国电铜陵发电厂一期工程锅炉由东方锅炉(集团)股份有限公司与日本巴布科克-日立公司合作设计、联合制造的,其型号为DG1900/25.4-Ⅱ1,型式为超临界参数变压直流本生锅炉。燃烧器分3层布置,每层前后墙各4只,共24只。每只燃烧器配有1套点火设备,包含油枪、点火枪、油角阀、吹扫阀各1支,另外中层前后墙各配3支启动油枪。

锅炉装设6套制粉系统,每套制粉系统由1台磨煤机和1台给煤机组成,磨煤机采用上海重型机器厂引进美国CE公司技术生产的HP-1003型碗式中速磨煤机,给煤机系上海发电设备成套设计研究所生产的CS2024型电子称重式给煤机,并在锅炉下层前墙配置了青岛龙源生产制造的等离子系统,其控制系统结构图如图1所示。

1.2 FSSS构成

1.2.1 控制对象

FSSS的控制对象主要有:6台磨煤机和给煤机、2台一次风机、等离子设备、燃油总阀、点火油泄漏试验阀、启动油快关阀、2台回油阀、24套点火枪设备、6套启动油枪设备、2台密封风机、2台火检冷却风机,并能够跳闸其系统以外的设备,如:汽轮机、小汽机、电除尘和脱硫系统等。由此可见,FSSS是一个直接影响全厂运行安全的保护系统。

1.2.2 主要功能

FSSS要能在锅炉存在较大生产运行安全问题时,及时跳闸锅炉设备,并正确动作相关系统设备,以保证人身及设备的安全。主要完成以下功能:

(1)锅炉启动前的燃油泄漏试验;

(2)炉膛吹扫;

(3)锅炉主燃烧跳闸(MFT)保护联锁功能;

(4)OFT保护联锁功能;

(5)保护动作相关系统(如:汽机、脱硫系统等);

(6)火焰监视及报警。

1.2.3 MFT逻辑构成

MFT是全厂最重要的热控保护之一,下面任一条件发生时,就触发MFT动作:

(1)机组负荷>120 MW且汽机跳闸;

(2)2台送风机全停;

(3)2台引风机全停;

(4)2台空预器全停;

(5)炉膛压力高二值(延时3 s);

(6)炉膛压力低二值(延时3 s);

(7)总风量<30%(延时3 s);

(8)2台冷却风机均停(延时10 s);

(9)炉膛冷却风压力低(延时10 s);

(10)全炉膛灭火;

(11)全燃料丧失;

(12)有任一煤层投运且油枪都未投运时2台一次风机均停;

(13)主蒸汽压力过高(延时3 s);

(14)省煤器进口流量低(延时20 s);

(15)省煤器进口流量低(延时3 s);

(16)3台给水泵均停(延时3 s);

(17)再热器遮断;

(18)操作台手动跳闸;

(19)FSSS保护柜电源消失。

2 调试过程中出现的问题及对策

随着这2年国际油价起伏不定,不少发电企业开始选择等离子点火系统作为主要的锅炉启动手段,尽可能地减少燃油消耗。国电铜陵电厂采用了该设计,在锅炉底层前墙配置了4台等离子发生器,等离子发生器轴向安装在等离子燃烧器上,用以产生高温等离子体,为等离子燃烧器提供点火能量。由于启动方式的改变,使得原先针对燃油点火的FSSS控制逻辑在细节上不再适应生产的要求,在1号机组调试过程中,发现一些问题。

2.1“全燃料丧失”逻辑的改进

MFT触发条件之一“全燃料丧失”的逻辑内容详细描述为:当锅炉某煤(油)层已运行后,若所有磨煤机停止且燃油中断,即发生全燃料丧失。之所以有“当锅炉某煤(油)层已运行后”这一条件,是考虑到锅炉启动前设备的停止状态,避免逻辑死循环,以及锅炉未运行前,防止启动初期设备故障,触发MFT,造成很多相关设备的保护动作,拖延启动时间。详细逻辑见图2。其中:“某油层已运行”表示该层油层中油枪已投入,对应油阀已打开,并且有相应的火检。“某煤层已运行”表示该煤层磨煤机和给煤机均运行,且任意3个火检有火。

锅炉冷态启动时,采用等离子点火系统进行无油点火,启动等离子对应的磨煤机和给煤机,由于等离子暖风器温度偏低,磨煤机进口一次风温不高,煤粉未能很好的干燥加热,因此,在点火一段时间后,无法检测到火焰,磨煤机因无火跳闸。根据前面的判据,虽然磨煤机和给煤机均运行,但因为一直没有火检,因此不能构成“当锅炉某煤(油)层已运行后”这一条件,即没有发触发MFT动作。但磨煤机和给煤机已运行了一段时间,有大量的未能充分燃烧的煤粉进入了炉膛内,为防止发生爆燃,应该触发MFT动作,然后进行炉膛吹扫后,方可再次点火。出现这一问题的原因是,以往在锅炉冷态启动时,均是先启动油层再启动煤层,由油层为煤层提供点火能量,而未考虑到等离子无油点火这一特殊情况。

这个问题的关键在于“某煤层已运行”这个条件不适应目前的运行要求,在无油点火时可直接投粉运行,因此可将“磨煤机和给煤机均运行,且火检正常”改为“磨煤机和给煤机均运行”即可,无需进行火检判断。这样,如果锅炉冷态启动时,不管有无火检,一旦该层磨煤机跳闸就触发MFT,强制进行吹扫,保证了锅炉运行的安全。当进行常规锅炉启动,油层先点火时,该逻辑同样适用。

2.2“全炉膛无火”逻辑的改进

MFT触发条件之一“全炉膛无火”的逻辑内容详细描述为:当锅炉某煤(油)层已运行后,若所有煤(油)层火检均消失,即发生全炉膛无火。其中:“某煤(油)层已运行”逻辑同上;“油层火检均消失”表示该油层燃烧器有3个或3个以上燃烧器失去火检或对应油角阀未开;“煤层火检均消失”表示该煤层燃烧器有2个或2个以上燃烧器失去火检或对应磨煤机停止。

常规锅炉冷态启动时,先进行油层点火,然后再启动煤层。在等离子点火系统进行无油点火时,直接启动煤层,利用等离子提供点火能量。最初点火时,由于锅炉系统处于冷态,环境温度较低,燃烧器出口火焰强度较弱,火检信号不够稳定,容易产生波动。所以,当磨煤机和给煤机均运行后,一旦同时检测到3个火检信号,“煤层已运行”条件即满足,由于火检信号的晃动,随时都可能有2个火检同时消失,这样就触发了MFT。出现这一问题的原因是,以往先进行油层点火时,油枪容易着火,且火焰比较稳定,虽然刚开始偶尔也会出现熄火的情况,但是总体上还是能够顺利启动的。

在进行了一定的试验后,发现在点火60 s以后,火检便趋于稳定,因此在等离子点火时,可以增加延时60 s后再进行煤层失去火焰的判断,考虑到防止这期间等离子出现异常,不能正常提供点火能量,可判断若10 s内煤层持续无火立即触发“全炉膛无火”,具体逻辑详见图3。这样,逻辑既保证了锅炉运行安全,又避免了点火期间锅炉频繁跳闸与启动,减轻了运行人员的工作量。

2.3“炉膛吹扫”逻辑的改进

原“炉膛吹扫”条件中包含“所有火检探头均探测不到火焰”条件,由于本系统带有等离子设备,在等离子正常拉弧工作时,不允许吹扫,因此将原条件改为“所有火检探头均探测不到火焰且所有等离子断弧”。

2.4 制粉系统保护逻辑的改进

(1)在等离子模式下锅炉点火时,完全由等离子提供点火能量,一旦其中某个等离子发生器不能正常拉弧,应立即关闭相应的出口门,防止未燃烧的煤粉直接吹进炉膛,因此应增加“在等离子方式下磨煤机运行且任意等离子断弧,联关相应出口门”。

(2)当等离子继续断弧大于等于2个时,由于只剩下一半的等离子在正常工作,不能保证有充足的点火能量,因此应立即跳闸磨煤机,快关所有出口门。即在原磨煤机急停保护逻辑中应加上“在等离子模式下,2/4等离子断弧”条件,及时保护锅炉安全。

(3)考虑到在无油点火方式下启动与底层前墙磨煤机(F磨煤机)临近的第二台和第三台磨煤机(A、D磨煤机)时,将原FAT设计中磨煤机启动条件中:“对应油层已投运且负荷>20%或50%”条件,改为对于A、D磨煤机或者满足上述条件或者“等离子模式下F磨煤机运行且煤量大于35 t/h”。这样在等离子继续拉弧且煤量大于35 t/h的前提下,锅炉是能够为相邻的A、D 2层提供足够的点火能量的。

3 结束语

目前,等离子点火已经在全国很多600 MW及以上大型机组中被使用,其运行特点和控制方法也渐渐为人所掌握,如何使其更加安全、高效地为电力生产服务,是值得深入研究探讨的课题。基于国电铜陵发电有限公司1号机组的调试工作,为控制等离子系统提供一些思路,希望能有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]殷立宝.等离子点火在600 MW燃煤机组的应用[J].电力建设,2006,(12).

[2]杨献勇.热工过程自动控制[M].北京:清华大学出版社,1999.

等离子无油点火技术篇3

由于石油资源的枯竭, 以及交通和石化工业大量需求。我国越来越来重视节油工作, 为此近年来各种节油点火方式可谓层出不穷, 如小油枪, 中心火炬, 预燃室等技术, 都有显著的节油效果。但由于这些技术本身也存在缺点, 应用难以普及, 况且耗油量依然可观。

1 无油点火技术的应用

20世纪80年代, 美国、德国、我国各电力研究部门相继推出了等离子点火、高频感应点火、预燃室点火等节油新技术, 其中等离子点火技术是无油点火技术的代表。这是一种完全不需要任何点火燃料, 极其快捷方便的新型点火方式。本文就对他的具体应用进行了阐述。

2 等离子无油点火技术原理

直流电流在一定介质气压的条件下引弧, 并在强磁场控制下获得稳定功率的定向流动空气等离子体, 该等离子体在点火燃烧器中形成温度3000K~5000K的梯度极大的局部高温火核, 煤粉颗粒通过该等离子“火核”时, 在千分之一秒内迅速释放出挥发物、再造挥发份, 并使煤粉颗粒破裂粉碎, 从而迅速燃烧。

3 等离子无油点火系统组成

3.1 等离子点火燃烧系统

等离子燃烧器借助等离子发生器的电弧来点燃煤粉的煤粉燃烧器, 它在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用等离子弧将煤粉点燃, 并将火焰在燃烧器内逐级放大, 属内燃型燃烧器, 可在炉膛内无火焰状态下直接点燃煤粉, 从而实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。

3.2 气膜风系统

采用气膜冷却风防止烧损燃烧器, 以燃烧器壁温控制在500℃~600℃为宜。

3.3 等离子电气系统

等离子发生器电源系统是用来产生维持等离子电弧稳定的直流电源装置。其基本原理是通过三相全控桥式晶闸管整流电路将三相交流电源变为稳定的直流电源。

3.4 等离子空气系统

压缩空气是等离子电弧的介质, 等离子电弧形成后, 通过线圈形成的强磁场的作用压缩成为压缩电弧, 需要压缩空气以一定的流速吹出阳极才能形成可利用的电弧。

3.5 等离子冷却水系统

等离子电弧形成后, 弧柱温度一般在5000K到10000K范围, 因此对于形成电弧的等离子发生器的阴极和阳极必须采用水冷的方式来冷却, 否则很快会被烧毁。要求冷却水压力不低于0.3 M P a, 温度不能高于30℃。

3.6 监控系统

通过采用热电偶测量燃烧器壁温、火检监测燃烧器燃烧情况, 以利于运行人员判断。

4 等离子无油点火系统的应用

在冷炉状态下, 如果使用磨煤机等离子点火系统直接点火, 达到冷炉直接投磨点火的目的, 就能大大节省燃油的消耗, 但是实现等离子冷炉直接点火有一系列技术难题需要解决。主要技术难题及其技术实现方法如下。

(1) 如何防止锅炉再热器干烧及管壁超温。

核心是合理控制锅炉燃烧率、有效降低磨煤机最小出力及进行必要的锅炉燃烧调整问题, 从而保证锅炉炉膛出口烟温低于538℃。

(2) 如何在锅炉冷态条件下利用现有的中速磨煤机磨制出合格的煤粉。

一次风加热能量的来源除了投入一次风暖风器外, 在该锅炉B磨煤机一次风入口管道上加装了辅助蒸汽为热源的专用暖风器, 称之为等离子暖风器。这样就能够保证锅炉冷态启动时, 磨煤机入口风温达到118℃以上, 满足了磨煤机干燥出力的要求。

(3) 如何控制磨煤机长期在小出力范围内安全稳定运行。

可以通过改变分离器挡板开度、磨煤机一次风量、加载力和准确的一次风量标定来实现。如何实现锅炉冷炉无油等离子煤粉燃烧器成功点火, 控制点火初期锅炉升温、升压速率, 满足机组运行要求。

(4) 如何防止大口径等离子点火燃烧器的结焦烧损。

合理控制等离子燃烧器运行风速、等离子电弧功率及等离子拉弧工况下燃烧器的出力, 并加强等离子燃烧器金属壁温的监控, 是防止大口径等离子点火燃烧器结焦烧损的重要手段。

(5) 如何实现炉膛安全保护。

要实现炉膛安全保护, 必须保证锅炉燃烧良好, 应通过燃烧调整试验确定最佳运行方式, 提高煤粉燃烧效率, 减少炉膛爆燃隐患。另外, 等离子燃烧器在正常运行中有电弧熄火的隐患, 这将导致未燃煤粉直接喷入炉膛, 威胁炉膛安全, 必须努力提高等离子点火器的工作可靠性, 并设计周密的保护逻辑, 即处理好磨煤机等离子运行方式与FSSS系统的接口问题。

5 等离子无油点火技术的效益分析

从经济上来看等离子与油枪点火启动相比较就节约人民币几百万元。等离子装置成本, 很快就可收回。所以发展无油点火系统是节能减排, 增加企业效益的有效途径。

6 结语

经过综合比较, 可以看出无油点火是我国节能省油发展的必然趋势。尽管目前技术上还不成熟, 但无油点火所面临的问题并不是不能解决的。目前油点火仍然是主流。但无论油点火还是少油点火, 都是要消耗燃油的。随着石油紧张的加剧, 油点火方式必然要被无油点火所取代。因此, 无论从世界范围看还是从我国看, 无油点火是必然趋势。

参考文献

[1]李栋, 等.煤粉锅炉高温空气无油点火研究[J].北京科技大学学报, 2005 (2) .

[2]林四成.锅炉无油点火技术改造可行性研究[J].华中电力, 2006 (3) .

[3]陈燕, 等.电站煤粉锅炉无油点火技术分析[J].工业加热, 2005 (1) .

等离子无油点火技术篇4

国产CFB锅炉近年来在我国得到高速发展和推广应用, 已生产运行的大、中、小CFB锅炉装机容量约3 000万kW。一些CFB电厂在锅炉实现少油或无油点火方面也进行了实践和研究, 取得了初步效果。

一、冷态启动中少油点火的节油措施

1.尽量提高启动时用煤质量, 采购足量灰分适当的优质烟煤 (点火煤) , 严格控制煤的粒度和湿度, 这是以煤代油减少启动燃油的最直接见效的方法。煤粒度过大, 着火点高, 不易点燃, 细粒度过小, 稀相区温度低, 循环物料累积时间过长, 大量细颗粒被风吹起, 在密相区燃烧份额减少, 不利于稳定床温;挥发分要适度一些, 煤的挥发分直接影响煤的着火温度, 特别是启动初期影响很大, 启动时尽量投入热值高、挥发分较高的煤;煤的湿度也要控制, 如果煤太湿, 进入炉膛后迅速吸收热量产生大量的水蒸气, 使床温大幅降低, 影响煤的燃烧。另外, 煤太湿会导致原煤斗、给煤机、落煤管易堵塞下煤不畅, 影响燃烧, 床温不稳定, 延长启动时间, 退出油枪的时间也要推迟。

灰分适当的优质烟煤正常燃烧后产生较多的循环物料, 更容易建立锅炉燃烧的外循环。燃用劣质煤点火建立正常外循环一般要48h以上, 甚至更长, 不能建立良好的外循环, 将直接影响锅炉带负荷速度。当用劣质煤点火时耗油量大, 而再优的煤也比燃油便宜得多。所以, 用优质煤点火启动是节油的最直接见效的办法。

2.床层厚度保持在850mm左右, 床料最好使用停炉前最后排出的床料, 也可用从渣仓放出的底渣筛选出的合适床料, 床料最好有一定的粒度分布, 不能太粗 (粒径在7mm以下) , 也不宜过细 (粒径在0.5mm以上) 。

3.一次风量是冷态启动节油的最关键的因素, 经过多次启动试验分析, 各电厂就能确定出最合适的点火一次风量。在耐火材料温升范围内, 应尽量加大油枪出力同时最大限度的降低一次风量, 缩短启动时间。点火最低的流化风量应使一次风刚好可穿透料层, 达到料层微鼓泡状态所对应的一次风量, 启动时的一次风量一般控制在临界流化风量的50%稍高一些, 当然此时要退出低风量保护。

不能忽视一次风量测量装置的安装位置, 要正确分析点火风和一次风温的温度变化与体积膨胀, 在质量流量不变情况下的体积流量的变化, 即假如确定启动时的一次风量控制在5万Nm3/h左右, 如果一次风量测量装置的安装位置在热风段, 那么随着点火烟气温度的升高, 实际进入炉膛的热一次体积流量是不断增高的, 如果有意识地控制DCS画面上的“表” (一次风) 体积流量维持在5万Nm3/h左右, 但因热烟气温度高达800℃, 使实际进入炉堂的风量还要大的多。

假如某CFB锅炉冷态临界流化风量是10万Nm3/h且一次风量测量装置在热风段, 在启动中床下热烟气温度高达800℃, 体积至少膨胀两倍以上, 实际进入炉膛的风量至少20万Nm3/h以上, 这时用充分流化已不能表述其激烈流化程度。但如果将启动点火时控制DCS画面上的“表”体积流量维持在5万Nm3/h左右, 在启动中热烟气温度达800℃时, 实际进入炉膛的风量至少10万Nm3/h以上, 刚好流化的比较“临界”。此时还可继续将DCS画面上的“表”体积流量控制到5万Nm3/h以下多一点, 从而追求更加显著的节油目标。估计启动用油4～6t即可。

4.料层厚度要>850mm, 要想启动快速, 还可从“J”阀中尽量多加入一些原放出的细灰, 这些细灰有助于快速建立起锅炉外循环, 迅速带满负荷, 这样床层厚度可能更厚, 达到950mm。床层厚度850～950mm, 且床料粒度合适是正常安全启动的保证。因为在启动过程中, 床料由于种种原因可能损失很快, 如果床层太薄, 不论你加大或减小一次风量, 都会造成床温过低, 影响煤的正常燃烧。投煤量稍大又可能造成局部床温超高, 启动过程中流化床锅炉最容易结焦, 一定要很好的控制, 否则可能造成启动失败。床料太少会使那些没有设置补料系统的锅炉启动更困难, 如运行中设法向炉内再次加入床料, 这不但影响启动时间, 还会烧掉更多的燃油。

冷态启动时锅炉各大风机要全面试运结束后再加入床料, 床料加到450mm高时最好做一次冷态试验, 并通过人孔观察床上各个冷态风量下的流化情况, 据此推断热态膨胀后体积流量与DCS画面流量测量显示值的关系。在加床料的同时加入适量原放出的循环灰。一次将油枪出力调整到足够大, 这一点也是保证冷态安全启动的重要措施。

停炉时间足够长时, 最好放出“J”阀细料, 充分检查“J”阀内浇注料情况, 如有脱落、裂纹、严重磨损, 要修复并彻底清理“J”阀内杂物, 并仔细检查风帽和各个松动风口, 保证畅通完好。启动前最好将原放出的循环灰适量加入“J”阀或炉膛。

有观点认为, 点火前在“J”阀中不宜加入原放出的细灰, 而应靠启动中短路的热烟气和慢慢产生的循环灰加热分离器。实践证明, 点火前在“J”阀中加入一些原放出的细灰对灰分较少的无烟煤是很必要的, 快速建立起锅炉的外循环使分离器内衬、循环灰、床料同步升温, 利于快速启动。

有观点认为启动时床层厚度太大易使风量大, 电耗大, 这可能还是坚持用临界风量下点火的原因。当采用微鼓泡风量点火时, 在800℃高温下急剧膨胀产生的体积流量足以使950mm床料还处在微鼓泡的最佳点火状态。

5.锅炉最好上热水, 上满水后及时投入底部加热, 尽量提升锅炉水温, 因为这种启动方式, 受热面在启动初期基本得不到热量供应, 尽量高的受热面水温也可一定程度加热一次风, 更好的形成一个良性循环状态。

6.热态维护。锅炉停炉时间较短时, 高压流化风机不要停运, 要保持“J”阀内细料的流化状态, 如果炉内有工作, 需要停运高压流化风机时, 炉内不工作时适时开启流化风机, 保持“J”阀内细料流化, 防止细料堆积板结, 细料由于种种原因造成的板结将对启动安全性构成威胁, 严重时甚至导致没法启动只好人工疏通。

7.采取上述1～5项技术措施后只用床下点火方式也可正常成功点火。

二、需进一步探讨的点火节油措施

1.水煤浆床上点火配合小油枪点火。水煤浆等效热量价格只有燃油的1/4, 节能显著。水煤浆床上点火枪还可进一步发展为煤泥燃烧器。

2.颗粒化秸杆与床料混合配合床上小油枪点火。颗粒化秸杆等效热量价格只有燃油的1/4, 节能显著。正常运行时, 颗粒化秸杆可通过混入煤中或通过补料系统加入炉内, 实现生物秸杆在大中型CFB锅炉燃烧发电。

3.临炉热一、二风暖炉暖床料, 并与蒸汽底部推动相结合。

4.上述三项同时使用, CFB锅炉可以实现极少油点火。

三、结论

某电厂等离子点火技术的应用篇5

关键词：等离子,锅炉启动,燃油

引言

等离子点火系统是由等离子发生器产生大功率等离子体直接点燃煤粉, 其中心温度可达6000℃。国电丰城电厂为4×340MW机组, 锅炉型号为HG-1025/18.2-YM6, 亚临界一次中间再热强制循环汽包炉。制粉系统为正压直吹式, 配备5台中速辊式磨煤机, 燃烧方式为四角切圆。4台锅炉分别在1996～2000年期间投产, 投产调试期间, 每台锅炉耗用了上千吨燃油。由于江西电网季节峰谷差大, 机组启停较为频繁, 每次锅炉启动大约需要耗用30～40t燃油 (季节差别) , 开机成本较大。历年来该公司开机次数统计如表1所示。

2000年山东烟台电厂第一台煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术成功应用。公司及时跟进, 分别对4台锅炉进行了等离子点火技术改造, 于2001年底全部改造完毕, 取得良好的效果, 每次锅炉启动用油量平均控制在3t左右。

1 等离子原理

等离子点火及稳燃技术是利用等离子电弧直接点燃煤粉。等离子发生器电离空气, 产生4000～10000℃的高温等离子体, 等离子燃烧器强制煤粉通过该等离子体, 煤粉在瞬间发生一系列物理和化学变化 (如裂解、析出挥发分、再造挥发分、剧烈燃烧等) , 被迅速点燃, 在等离子燃烧器内着火后喷入炉膛, 从而代替油枪, 实现锅炉点火和稳燃。等离子点火及稳燃系统由等离子燃烧器和等离子发生器及其辅助系统组成。辅助系统主要包括:电源系统, 提供等离子发生器所需的直流电;冷却水系统, 冷却等离子发生器阳极、阴极等部件;载体风系统, 提供等离子发生器产生等离子体所需介质;火焰检测系统, 监视等离子燃烧器的燃烧状况;一次风速测量系统, 方便运行人员进行燃烧调整;冷炉制粉系统, 直吹式制粉系统时, 解决锅炉冷态条件下煤粉制备的热风来源;控制系统, 通过触摸屏或DCS操作控制等离子点火及稳燃系统。等离子点火系统如图1所示。

2 操作指导

因该公司锅炉配置直吹式制粉系统、四角切圆燃烧方式, 因此将等离子点火器安装在第二层制粉系统 (B层) 4个燃烧器进口处, 即每台炉配置4套等离子点火器。安装等离子点火装置后, 运行方式发生较大的变化。之前, 锅炉冷态启动从锅炉点火到机组并网启动第二台制粉系统后, 才能视燃烧情况退出油枪运行, 大约需12h左右。现在只需考虑磨煤机的干燥出力要求, 即一次热风温度在150℃以上, 投入等离子, 启动B制粉系统正常后, 退出油枪运行, 大约耗时2h。等离子燃烧器操作指导如下:

1) 锅炉点火前:送、引风机保持单台运行。

2) 锅炉点火后:启动1台一次风机, 风压维持在5.5～6.5kPa, 并关闭送风机出口联络门, 提高一次风热风温度, 待一次热风温度达170℃时对B磨开始暖磨。

3) 一次热风温度在150℃以上时, 保持BC油枪3#～4#运行, 适当开大汽机高低旁路, 准备投入等离子点火。

4) 控制磨风量为50～55t/h, 磨出口温度在90～95℃。

5) 投入空预器冷端连续吹灰。

6) 就地检查等离子各角压缩空气和冷却水压力正常 (空气压力0.008～0.01MPa, 冷却水压力为0.35 MPa) 。

7) 设定启弧电流在300A, 按等离子点火装置的启动程序启动1#～4#等离子发生器, 启弧正常后, 调节电流在310～330A左右, 并确定四角启弧正常。

8) 确定B磨启动条件满足, 将B煤层燃料风开度调至10%, BC层辅助风开度在50%～60%, 锅炉总风量在500～550 t/h, 启动B磨煤机, 再启动给煤机, 为保证煤粉浓度达到0.35～0.45要求, 维持给煤量在15～20t/h, 并调整炉膛负压正常。当等离子燃烧稳定后, 逐步调整给煤机煤量, 最后维持在15t/h左右。

9) 通过火焰电视图象、负压、炉膛出口烟温等监视各角煤粉着火情况。

10) 负压调整正常后, 就地通过看火孔监视各角着火情况, 并与运行操作员取得联系 (启磨时, 严禁看火人员站在看火孔看火, 小心炉膛冒正压) 。

11) 监视和控制汽包升温升压率, 根据等离子着火情况, 降低燃油压力并逐个退出油枪运行, 并投入电除尘运行, 通过调节给煤量和汽机旁路开度控制锅炉升温升压速度, 确保在允许范围内。

12) 运行注意监视和调整磨煤机运行参数和就地磨煤机振动石子煤情况, 确保在正常范围内运行 (磨出口温度不小于60℃) 。

13) 随一次热风温度的升高, 运行时根据空预器两侧烟温偏差情况开启送风机出口联络门。

14) 升炉参数达到汽机冲转要求时, 通过对减温水、定排、5%旁路开度控制汽温汽压稳定, 并按汽机参数要求完成冲转, 中速暖机和并网工作。

15) 并网正常后, 启动A送和B一次风机, 并调整两侧风机出力运行平衡。

16) 根据汽机应力和负荷要求, 启动相邻层A磨或C磨运行。

17) 根据锅炉燃烧稳定情况, 操作员逐个停用B层等离子发生器, 直至等离子发生器全部停运, 并保持等离子发生器正常备用。

3 经验与效果

该公司等离子燃烧器运行已10a, 通过长时间的摸索, 已积累了丰富的等离子运行经验, 锅炉启动用油由最初的4～6t下降到1～3t。具体运行经验如下:

1) 确定适应公司等离子燃烧的煤种。通过长时间摸索和试验, 发现等离子燃烧对煤种要求比较高。a.热值要适中 (4700～5000kcal) , 过高会造成煤量低, 煤粉浓度不够, 燃烧不佳或者锅炉升温升压率不好控制;过低, 煤中灰分大, 燃烧效果差。b.挥发分适中 (36%～40%) , 过高, 使着火提前, 易烧坏燃烧器;过低, 不易着火。c.水分W要适中 (≤8%) , 过高, 干燥出力不够。公司采购淮南的刘庄、谢桥煤比较符合要求。

2) 为了确保锅炉启动时等离子燃烧所需的煤种, 要加强省调联系, 提前确定停机机组, 控制B制粉系统的煤仓仓位, 确保停机烧空煤仓。同时加强煤场管理, 开机用煤单独堆放;堆放时提前采样, 确保煤种符合等离子要求。

3) 锅炉启动前对等离子进行拉弧试运, 确保等离子正常投入。做好设备检修台帐, 按要求更换阴极头, 防止设备到期漏水故障。

4) 优化等离子运行方案。锅炉点火后将油枪油压控制在最低值, 减少燃油量, 及时启动一次风机, 投用等离子, B磨暖磨启动, 根据长期观察, 在B磨出口温度达到35～40℃时即可退出油枪运行;因此热态启动也可以无油启动。

该公司投用等离子点火及稳燃技术以来, 取得了良好的效果, 节约了大量燃油, 从表2可以看出:从2005年起到2011年底统计, 平均每次开机用油2.91t, 其中还包含多次开机时煤仓未烧空, 煤仓内煤种不适合等离子燃烧;锅炉启动时等离子故障等情况否则平均开机用油会更低。锅炉启动没有等离子装置时按30t/h燃油计算 (2005年B磨故障时未投等离子, 锅炉启动用油33t) , 每次开机节约用油27t, 总共开机144次, 共节约燃油3888t。按6500元/t计算, 节约2527.2万元, 平均每年节约361万元。这还不包括机组故障恢复节约的用油 (锅炉MFT恢复相当于热态启动, 直接投用等离子, 无需用油) 。

随着等离子点火技术的投用, 该公司燃油消耗大量减少, 以煤代油, 每年节约数百万吨燃油;电厂运行成本降低, 等离子运行成本仅为燃油运行成本的10%～20%;等离子燃烧技术本身就是一种低氮燃烧技术, 可以降低NOX排放;可以避免油点火 (无电除尘器) 而造成冒黑烟的环保问题。

4 问题与建议

该公司等离子点火技术应用以来, 节约了大量燃油, 取得了一定经济效益和社会效益。但是该技术在应用过程中也存在一些问题:

1) 对煤种的适应性不大。设备定型后如果煤种指标偏离, 燃烧着火效果差, 特别近期煤炭市场变化, 公司优质煤中有80%为海运煤, 水分较大, 不适合等离子燃烧, 已多次因煤种偏差大造成锅炉启动用油过多;同时对于高挥发分、高热值的煤, 如榆神煤, 存在容易烧坏燃烧器的现象。

2) 阴、阳极寿命的问题。阴极头运行中多次出现漏水现象, 造成粉管堵塞。B层是主燃烧器, 配置优质煤, 缺角运行对锅炉安全影响较大。

3) 等离子运行时电流较大, 出现过电缆着火事件。同时等离子的壁温点不能完全反映出燃烧器的真实情况。

4) 公司等离子未设置暖风器, 锅炉启动初期必须投用燃油, 不能实现无油点火。

前三个问题建议制造厂家通过技术革新, 逐步提高等离子设备适应范围和可靠性。目前大多数等离子已设暖风器, 实现无油启动。该公司正考虑通过引入邻炉热一次风或增设暖风器来减少锅炉启动用油。

在石油资源面临枯绝, 油价高昂的情况下, 等离子点火技术具有广泛的应用前景, 对我国的能源安全具有重要意义。虽然目前等离子在运行中存在一些小问题, 但是通过制造商的技术改进和制造工艺的提高, 以及使用过程操作经验的积累, 等离子技术一定会日趋完善。

参考文献

[1]锅炉机组节能.中国电力企业联合会科技服务中心[M].北京:中国电力出版社, 2008.

[2]熊武, 等.国电丰城电厂4×340MW机组主机运行规程[R], 2011, (1) :1-2.