（浙江国华浙能有限公司 宁波宁海强蛟镇 315612）
摘要：本文简述了等离子技术发展情况及应用意义，详细介绍了宁海B厂1000MW超超临界塔式炉锅炉等离子技术燃烧系统，并对部分其它电厂锅炉等离子应用中出现的一些问题进行了简单分析，结合宁海B厂1000MW超超临界塔式炉锅炉应用经验总结，从运行角度对等离子技术在1000MW超超临界塔式锅炉上应用措施及问题进行了分析。
关健词：1000MW超超临界塔式锅炉；等离子点火；运行分析；
0.引言
近年来，原油价格飙升，控制成本节约燃油用量越来越受到重视。等离子点火技术利用相对廉价的电能产生的等离子体直接点燃煤粉，实现锅炉无油或少油冷态启动及低负荷助燃，特别是在新机组试运期间可节约大量燃油，具有较为优越节能特性，宁海二期两台1000 MW超超临界塔式锅炉采用了等离子点火技术，自调试及以后运行中证明等离子点火技术在1000MW超超临界塔式锅炉能得到成功应用。
1． 等离子工作原理及在宁海B厂锅炉上的配置
等离子点火装置利用直流电流（280-350A）在一定介质气压的条件下接触引弧，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，该等离子体内含有大量花谢活性的粒子，如（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2-\H2-）和电子等，在点火燃烧器中形成T>5000K的梯度极大的局部高温火核，煤粉颗粒通过该等离子体火核时，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。国华宁海B厂2台1000MW超超临界塔式锅炉燃烧系统是中速磨正压直吹系统设计，配备6台磨煤机，由下至上分别是A、B、、C、D、E、F。正常运行中上5台磨煤机运行，四角切圆方式燃烧，B层燃烧器采用轴向插入式等离子燃烧器，采用的等离子点火系统由等离子发生器及燃烧器、冷却水系统、载体空气系统、冷炉制粉冷风加热系统、一次风在线监测系统、图像火检系统、直流供电系统、控制系统等构成。
1.1 等离子点火燃烧器
等离子点火燃烧器在锅炉启动过程中利用等离子点火器可将通过燃烧器的煤粉直接点燃，点火过程中单台燃烧器煤粉出力最大10t/h，一次风速 18～26 m/s。等离子点火燃烧器出力可灵活调节。燃烧器后面装有等离子发生器，内部由一级燃烧室、二级燃烧室等部分组成。一级燃烧室内有浓淡装置，等离子电弧与煤粉在此发生强烈的电化学反应，煤粉裂解，产生大量挥发份并被点燃。二级燃烧室主要用于挥发份及煤粉燃烧。在等离子点火器退出运行后，等离子点火燃烧器可作为主燃烧器使用，出力与锅炉原燃烧器出力匹配，不改变锅炉燃烧组织，不降低锅炉的燃烧效率，不降低锅炉的性能。
1.2 冷却水系统
由于等离子点火器在工作时产生大量的热能，为保护等离子发生器本身，需用水冷却阴、阳极及线圈。冷却水取自闭式循环冷却水系统，运行时等离子点火发生器入口压力保持在0.3～0.5MPa之间，水温≤40℃。每台炉设有冷却水升压泵两台，一台运行一台备用。单台等离子点火器设备用水量约8t/h，每台锅炉8台等离子点火器总用水量64 t/h。
1.3 载体冷却风系统
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，此时需要载体风以一定的流速吹出阳极才能形成可利用的电弧。等离子点火系统的载体空气取自仪用压缩空气系统，压力为0.8 MPa，每台等离子装置的压缩空气流量约为1.0Nm3/min -1.5Nm3/min。进入等离子点火器前空气压力不低于0.05MPa。
本等离子系统配有两台等离子火检冷却风机，一台运行一台备用，向8支等离子火检探头提供冷却风，单只火检探头冷却风量为 150Nm3/h，与炉膛压差不小于2.0kPa，在等离子点火器停止运行后，同时为等离子点火器提供吹扫风。
1.4 冷炉制粉冷风加热系统
B磨煤机入口设有热风旁路风道（风道尺寸1600×1600mm），旁路风道上安装蒸汽加热器，在锅炉冷态启动时利用辅助蒸汽将B磨入口热风温度加热到启磨需要的温度。蒸汽加热器设计参数为：设计压力1.11MPa（a），设计温度366℃，运行参数：0.8MPa（a），250℃，在锅炉冷态启动条件下，设计的蒸汽加热器后热风温度为160℃。
2、等离子点火在部分电厂应用中问题分析
2.1目前国内几家兄弟电厂使用等离子都会出现一些问题，如下表所示：
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2.2从各个电厂使用中出现的问题来看，等离子启动主要存在以下几项问题：
（1）启动阶段，由于炉膛温度和二次风温度偏低，煤粉燃烧不完全，未燃尽的煤粉落入底渣内或随着烟气进入尾部烟道内部，进入底渣系统的未燃尽煤粉由于捞渣机内有水，即使进入渣库内也不会引起自燃，而随烟气进入尾部烟道的飞灰会存积在尾部烟道内、灰斗内以及SCR、AH的一些边角内，这些死角往往没有办法消除，随着烟气温度的逐步提高，这些煤粉可能会自燃，损坏设备。
（2）由于等离子为内燃式燃烧器，煤粉在燃烧器内部就已经燃烧，相比较于传统靠烟气加热煤粉稳定着火的燃烧器来说，燃烧器区域的温度就比较高，容易在等离子燃烧器内结焦，一般机组在启动过程中，为保证燃烧的稳定，需要在比较高的负荷才将等离子退出运行（大约40%负荷），这样更加容易导致结焦和燃烧器损坏。
（3）径向插入的方式的等离子点火设备，由于火焰长度的变化，导致等离子火焰接触到燃烧器的内壁，引起局部温度高，燃烧器产生裂纹。
（4）空预器、电除尘以及灰库内存在自燃的安全隐患，如果留在电除尘灰斗和灰库内的灰不能及时排掉有可能会引起自燃。
（5）等离子启动燃烧不稳定，导致启动阶段经常因火焰判断失去跳闸，这个主要因为冷态时锅炉配风的差异和等离子阴极头的运行状况有关。按照燃烧的组织形式，煤粉进入炉膛后会卷吸锅炉内的烟气，在锅炉正常运行阶段，这样可以提高煤粉的温度，保持煤粉的稳定着火，而等离子启动的时候，由于烟气温度低，卷吸到的烟气对煤粉的着火启动抑制作用，如果这个时候按照传统的配风形式补入二次风会导致煤粉温度更加降低，这些是不利于着火的。从这里我们也可以看到等离子燃烧器的燃烧稳定主要依靠等离子体的拉弧来进行维持，而等离子拉弧会因为等离子阴极头烧损、运行电流等因素导致着火不稳定，所以也就存在这些问题。
（6）启动方式不合理导致炉膛存在安全隐患，等离子拉弧之前应该启动一次风机，这也可以对燃烧器内壁进行冷却，而先启动一次风机时如果磨煤机内有存煤，再进行拉弧的时候，炉膛内的煤粉就会爆燃。
（7）等离子启动的时候，锅炉升温速度比较快，煤粉在锅炉内燃烧的时间长，火焰中心高，在启动阶段过热器和再热器内蒸汽流量小，冷却作用小，容易导致最终参数超限。
3、宁海二期应用措施分析
3.1提高启动及低负荷煤粉燃尽率
等离子点火系统可以在锅炉冷态启动时配合磨煤机直接点燃煤粉，但是等离子点火产生的温度虽然很高，但是热强度不够，特别随着锅炉容积增大，散热增大，炉内温度低，着火稳定性变差，煤粉燃烧不可能很完全，实际中在开始阶段飞灰可燃物可达20%以上，这对锅炉安全运行很不利，在空预器等尾部烟道、电除尘和灰库等部位积灰都存在较大安全隐患，因此在运行中我们应尽量采取措施提高燃烧稳定性。
（1）保证煤粉均匀性是提高燃烧稳定性重要因素之一，为保证每个粉管的流量偏差不超过5%，在分配器后加装8个月牙形节流缩孔调节装置，通过试验调整好缩孔，可以保证8个燃烧器内煤粉的均匀性。
（2）煤质对等离子点火器点火成功十分重要，理论上可点燃收到基挥发分为10%的煤，但根据经验建议实际运行时煤种收到基挥发分至少应达到20%以上，挥发分太低，不利于点燃，只能采取增大等离子点火器电流的措施，影响点火器阴、阳极头寿命，同时挥发分低，也容易造成大量未点燃的煤粉堆积在烟道尾部及除灰斗中，引发烟道尾部燃烧或除尘设备燃烧的事故，要求等离子启动之前，应做好煤炭准备工作，一般要求安排B磨上优质干煤（神混1或神混2），煤炭全水不应大于18%，挥发份不应小于30%，储煤场应保证能锅炉点火期间B磨的燃用干煤量。
（3）B磨刚开始投用的时候，磨煤机出口温度降到50℃以下是比较危险的情况，在设计时要充分保证辅汽与暖风器容量，启动时根据一次风温度控制燃料增减速度，要尽量提高辅助蒸汽的压力，以提高暖风器换热效果。
（4）等离子投用期间，为保证等离子的煤粉点火浓度，可以适当降低进入B磨的总一次风量，但总风量不应低于100T/h，保证粉管风速不应低于18m/s，随着煤量的增加再逐步增大一次风量；
（5）在等离子运行期间，为保证煤粉的细度，应适当增加旋转分离器的转速，但同时要兼顾磨煤机的通风阻力和电流，当磨煤机的电流比其它磨的电流大于5A或磨煤机通风阻力大于4.5KPa的时候，应适当降低分离器转速，对石子煤量要加强监视，当石子煤不正常增加（正常情况1%）或偏少的时候，要注意磨煤机的运行情况检查；
（6）等离子点火期间，应保证B层油枪在备用状态，燃烧不稳定情况下及时助燃；
（7）及时投入2号高加提高省煤器入口水温，同时在除氧器加热允许的情况下，尽量提高除氧器出口给水温度以尽量提高炉膛温度，但必须保证省煤器出口一定过热度，保证省煤器内不沸腾；
3.2采取的保证安全的措施
等离子点火时煤粉燃烧肯定不完全，未燃尽的煤粉会落入底渣内和随着烟气进入尾部烟道内部，进入底渣系统的未燃尽煤粉由于捞渣机内有水，即使进入渣库内也不会引起自燃，而随烟气进入尾部烟道的飞灰会存积在尾部烟道内、灰斗内以及SCR、AH、电除尘的一些边角内，这些死角往往没有办法消除，随着烟气温度的逐步提高，这些煤粉会自燃，损坏设备，煤粉燃尽率低是必然的，如何采取措施是非常重要的：
（1）等离子点火期间应做好防止尾部烟道自燃的措施，空预器应持连续吹灰，且必须保证空预器吹灰可靠性；
（2）等离子点火期间严禁退出炉膛负压保护和全炉膛灭火保护，等离子拉弧之前也应确认炉膛内不会有可燃物聚集，无爆炸可能性，当燃烧不稳危及炉膛安全的时候，应立即停止锅炉运行
（3）在B磨跳闸后热态启动等磨内有存粉情况下等离子启动时，启动一次风机等离子拉弧前首先投入B层油枪运行，保证点火能量，只有吹扫过的磨煤机才可以投用，绝对禁止两台磨煤机同时进行吹扫，严格执行防止炉膛爆炸的技术措施。
（4）空预器投用后应及时将空预器热点火焰检测系统投入运行，并检查消防水系统可靠备用
（5）当等离子出现燃烧不稳定的时候，应及时投入油枪助燃，投退磨煤机的时候，操作应缓慢，同时应调整其它磨煤机的煤量，以保证总煤量稳定。
（6）输灰系统应在机组启动之前投用正常，在启动期间要监视灰斗温度，在灰斗下灰的时候要对灰斗进行敲击，机组停用后要出清灰斗内的存灰后才能停止输灰系统运行，并保证灰库卸灰的及时性。
（7）等离子启动期间，为防止等离子燃烧器过热结焦，应控制B磨的最大煤量不大于75T/h，等离子拉弧时候，燃烧器摆角保持水平位置。
3.3等离子使用稳定性问题
由于用等离子点火直接点燃煤粉，考虑到煤粉燃烧的要求及锅炉运行的安全，在热工逻辑上规定了"任意两角等离子断弧，B磨煤机联锁保护跳闸"。由于启动初期只有一套制粉系统在运行，如果B磨煤机跳闸，则锅炉就会因为全燃料丧失而MFT保护动作。因此，在实际使用中，如何减少甚至杜绝两个角断弧现象的出现是个关键问题，这就要求我们做好日常维护及运行监视工作
（1）等离子启动时，应对等离子阴极使用时间进行检查，如发现有阴极使用时间达到70小时（寿命100小时的，对于寿命50小时的，应该在大于30小时）以上，应做好备品准备工作。
（2）在锅炉点火前，应安排对等离子进行一次试拉弧试验，以减少机组启动过程中打火不正常维修期间的燃油。
（3）在等离子运行过程中，要密切注意四个角等离子运行电流的波动情况，如果发现某个角等离子运行电流波动比较大，则及时调整该角等离子的运行参数，使该角运行的参数恢复稳定。如果经过调整等离子运行参数还是波动大，这时就要考虑把等离子的阴极提前更换。
（4）目前，制约等离子应用的一个重要因素是等离子阴极的使用寿命比较短，提高使用寿命即可提高稳定性，运行中在煤粉被等离子点着火后，等离子电流可以适当降低，一般维持在280A即可，电压随着阴极的烧损会逐渐增大，因此也要经常调整，每次调整的幅度不要太大。
3.4点火期间油枪使用问题
从目前等离子技术及装置本身来讲，1000MW超超临界塔式炉能保证锅炉冷态情况下，不投油能直接点燃煤粉，具备无油点火性能，但是对于锅炉来讲突然投用一层燃烧器，锅炉将会承受较大热冲击，煤粉点着后锅炉升温升压速率较难以控制，一般情况下建议点火初期投入少量油枪暖炉，还能起到稳燃作用，这样我们就能较好严格控制燃料的增减速度，保证锅炉的升温升压速度在锅炉厂限定范围之内，在燃烧情况稳定的情况下，当B磨供应煤量大于40-50T/h的时候，及时退出第一对油枪运行，当B磨供应煤量大于50-60T/h的时候，及时将剩余的一对油枪退出运行，我们同时采取了改小B层油枪容量措施，投入油枪时间也比较少，耗油量也非常低，一次启动耗油能控制在10吨左右。
4结论
通过几年的运行，通过采取上面的措施，节约了大量的燃油，也基本解决了初始的燃烧不完全，也没有发生尾部燃烧等不安全情况发生，为相同类型锅炉等离子采用提供了借鉴依据。
参考文献：
[1] 宁海B厂 1000MW机组集控运行规程，2010〔 G 〕
[2] 宁海B厂等离子点火技术说明书，〔 R〕
作者简介：
[1]茆永（1980-），男，本科学历，工程师，从事电厂集控运行工作。
论文作者:茆永
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/12
标签：等离子论文; 锅炉论文; 煤粉论文; 燃烧器论文; 炉膛论文; 宁海论文; 点火器论文; 《电力设备》2018年第23期论文;