（神华国华九江发电有限责任公司 江西九江 332500）
摘要：根据节能减排“十二五”规划要求，重点推广燃煤机组等离子和微油点火等技术，节约和替代石油800万吨[3]。为完成这一目标，各发电公司积极响应，对新建机组和老旧机组进行等离子或微油点火技术改造。神华国华国华九江发电有限责任公司2×1052MW超超临界燃煤机组锅炉，设计并安装了一套EPBS-B-9000B型等离子点火系统，实现了锅炉无油启动和运行，为企业创造了巨大的经济效益和环境效益，同时解决了以往等离子点火系统因等离子煤粉燃烧器经常不拉弧灭火影响燃烧稳定性的问题。
关键词：等离子点火装置；可靠性；燃煤锅炉
1.低NOx等离子煤粉燃烧器
神华国华九江2×1052MW工程等离子体点火系统包含16台等离子体煤粉燃烧器。机组锅炉采用前后墙对冲方式，每台锅炉共配有48只燃烧器，按前3后3的方式布置于锅炉前后墙，每层8只燃烧器。采用中速磨冷一次风机直吹式制粉系统，每台炉配6台磨煤机。设计煤粉细度为R90=19%，煤粉均匀性系数n=1.2（采用动态分离器）。16台等离子体煤粉燃烧器分别对应C、F磨煤机送粉管道，安装在锅炉燃烧器C、F两层。
等离子体煤粉燃烧器主要包括发生器安装导筒、煤粉浓缩装置与分级燃烧筒（内部）、热电偶安装接管、检修托板等。等离子体发生器通过安装导筒沿燃烧器轴心线水平安装，并通过特殊装置将等离子炬引到燃烧器内合适位置。
燃烧器采用固定式浓缩结构设计。稀相煤粉气流在导流体的作用下，将煤粉部分浓缩至一次风管的中心位置，便于实现采用等离子体点火。
燃烧器内部结构根据电厂燃煤特点、经Fluent流场计算及燃烧器热态实验，反复计算、修改后，最终确定燃烧器具体尺寸及等离子体发生器安装位置。燃烧器的设计充分考虑了设备的防磨防烧损，在燃烧器的尾端，一次风管弯头内部、等离子体发生器安装导筒、浓缩环等部件均采用耐磨材料，减少磨损。在燃烧器的前端、燃烧筒与喷口等部件均采用耐热铸钢的材料，确保燃烧器的使用寿命不低于锅炉的一个大修期。
1.1九江等离子燃烧器结构数值模拟分析
图1工况同样以入口风速25m/s、给粉量3.125t/h为例，计算范围包括燃烧器入口处两个连续弯头，在无浓缩环的工况下一级筒内的风量10.39%，煤粉量为17.63%。从分布截面图(c)可见，连续弯头导致的高浓度煤粉流非常明显，在进入燃烧器后直接撞击到发生器安装管，在(d)中有较为明显的向外扩散趋势，燃烧器内部的浓缩环，对一级筒内的颗粒分布量影响不大，有助于获得较为均匀的其他级煤粉分布特点。
2等离子点火装置工作原理
利用等离子电源产生的直流电流（180～250A）接触短路起弧，将压力为3～10KPa的载体风介质气体电离成等离子体电弧，经强磁场压缩后电弧被吹出，形成温度高于5000K且温度梯度极大的等离子体火焰。煤粉燃烧器一级燃烧室内浓相煤粉颗粒通过该等离子体火焰受到高温加热作用，在极短的时间内破碎并瞬间释放出挥发分，并迅速着火燃烧，然后由已着火燃烧的浓相煤粉在二级燃烧室内与稀相煤粉混合并点燃稀相煤粉，实现了煤粉的分级燃烧，燃烧能量逐级放大，达到点火并加速煤粉燃烧的目的，大大减少煤粉燃烧所需引燃能量。从而实现电站锅炉用等离子体点火启动及低负荷稳燃。
3载体风系统改造说明
在等离子体点火系统的某工程应用中表明，采用高压风机作为等离子体发生器载体风时，由于现场空气质量难以得到保证，容易出现风压不稳定、空气中含尘及含水量较高的情况。载体风压力的波动会使点火过程的效果受到影响，空气中含水量过高会影响等离子体发生器阴、阳极的寿命，不利于等离子发生器长期安全稳定的运行。
压缩空气系统配备有多级空气过滤器，可有效去除空气中的水分和杂质，因此采用品质较高的仪用压缩空气作为等离子发生器的载体风来源，以保证设备的实际运行效果及长期使用寿命。
为了满足发生器的阴极寿命和稳定性要求，等离子体发生器采取了特殊设计，并经实际工程验证，发生器输出功率达到150KW时，载体风量需要130Nm3/h。停运时，单台吹扫风量为50Nm3/h。
等离子体发生器载体风系统具体实施措施为由厂用压缩空气系统提供。按单台发生器点火用量130Nm3/h，每台锅炉单层8只发生器共1040Nm3/h，另一层吹扫单台50Nm3/，8只共400Nm3/h，单台锅炉总用气量为1440Nm3/h，两台锅炉共2880Nm3/h（48Nm3/min）。每层母管上采用气动蝶阀作为投运与吹扫时的切换。
4等离子点火装置使用状况常见故障及注意事项
运行维护工作主要集中在等离子阴极头更换上。阴极头导电面为具有高导电性的金属材料铸成。一般规定阴极头使用超过200H，如出现明显不拉弧，断弧，就需更换阴极头。实际使用均能达到250-300小时。等离子点火器使用中，要注意以下事项：
4.1冷炉点火，等离子点火初期尽可能通过风粉配比提高煤粉燃尽率
要及早投入空预器吹灰，防止由于燃尽率不足，导致煤粉在尾部烟道二次燃烧。等离子点火初期应加强飞灰可燃物的监测，如飞灰可燃物偏高，应适当调整一、二次风速、磨煤机出力、煤粉细度、各一次风管间的流量分配、点火功率以至更换煤种等，尽可能改善燃烧情况。要防止风煤配比不当，一、二次风量过小，使可燃物进入尾部受热面内沉积；或者一、二次风量过大，使带入烟道以至风道的可燃物过多。尾部烟道二次燃烧导致空预器蓄热元件烧损事故，已在诸多电厂发生。
4.2等离子点火用煤应尽可能满足设计煤种
目前对于低挥发分煤，暂时没条件验证。因此，尽可能使用接近设计煤种的原煤。
4.3等离子点火装置投入前必须进行一次风管风速的调平，尽可能保持各煤粉输送管道内风速一致、煤粉浓度一致、煤粉细度一致。
4.4调节磨煤机出口分离器开度，适当控制煤粉细度，入炉煤收到基挥发分Var≤20%，Aar≥35%的煤种，煤粉细度宜R90≤15%；入炉煤收到基挥发分Var≤20%，Aar≥40%的煤种，煤粉细度宜R90≤10%。
4.5对于低灰熔融特性、易于着火的煤种，为了避免等离子燃烧器结渣，可适当提高一次风速。但不可过高，防止燃烧效率下降较多，飞灰可燃物大幅度增加。
4.6运行维护中，要时刻监视冷却水的压力
在冬季要重视冷却水的防冻。在冬天，由于停炉期间对等离子冷却水执行放水措施不彻底，导致等离子点火器内部水管冻裂，延误机组点火。在冬季机组短期停运，在等离子点火器无工作情况下，让冷却水一直循环。
4.7机组检修期间，要对等离子阳极组件进行清理以及对等离子燃烧器喷口焦块进行清理，要防止拆除脚手架时导致焦块二次掉入等离子燃烧器喷口。某发电厂#1机组启动，#2角等离子点火器不拉弧。更换掉阴极头、检查电气回路冷却水载体风均未见异常。回装后仍不拉弧。再次抽出阴极组件，检查发现喷燃器内部有焦块堵塞。清理后回装点火成功。
4.8根据等离子阴极头寿命周期，要合理安排时间更换。避免在机组启停、并网期间更换阴极头。
4.9定期检查电气回路，紧固端子。及时清理盘柜积灰。
4.10加强等离子燃烧器壁温监视。如壁温异常升高，可考虑检查喷口是否结焦、吹扫风压力是否正常。
5结束语
神华国华九江发电有限责任公司2×1052MW超超临界燃煤机组经过前期同等类型机组无油点火技术的充分调研及系统改造，利用等离子点火直接点燃煤粉，点火启动期间，燃烧稳定、火焰明亮，煤粉燃尽率高，升温、升压速率满足运行规程的要求，能够实现锅炉无油启动及运行的目标，且等离子体点火系统运行稳定、可靠，锅炉各项指标全面达到考核要求，为电厂无油运行和降本增效带来了显著地经济效益和社会效益。
参考文献:
[1]26S1DA83-10-SM1 等离子体点火系统 总的部分 用户使用说明书v2.0.
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[3]黄新元，电站锅炉运行与燃烧调整【M】，北京：中国电力出版社，2007。
[4]兰勇，等离子点火技术应用中的问题及解决措施【J】，节能与环保，2008，（5）。
论文作者:陈绍光
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/7
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