岱海電廠2×600mw機組
檢修部培訓教材
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等離子點火系統
內蒙古岱海發電有限責任公司
2023年11月
目錄第一章前言 1
第二章等離子煤粉點火技術基本原理 4
第一節等離子煤粉點火機理 4
第二節等離子發生器工作原理 4
第三節等離子燃燒器及其原理 5
第四節旋流式等離子燃燒器的特點 6
第五節等離子點火燃燒系統的組成 7
第三章岱海一期機組裝置概況 7
第四章岱海一期等離子煤粉點火系統的設計方案 10
第一節等離子煤粉點火裝置的設計 11
第二節電氣系統設計 13
第三節磨煤機冷爐製粉方案設計 13
第四節控制系統與fsss、dcs介面設計 14
第五章除錯及執行方式說明 18
第六章設計界限及裝置引數 23
長期以來，火力發電機組鍋爐的啟停及低負荷穩燃消耗大量的燃料油。特別是對於新建的火力發電機組，其在試運期間要經過鍋爐吹管、鍋爐洗矽執行、鍋爐熱態除錯、安全閥整定、汽機衝轉、機組併網、電氣試驗、機組帶大負荷試驗等許多階段，此期間由於鍋爐無法投磨或無法完全斷油執行，因此要耗費大量的燃油。根據原電力部頒布的試運導則中的規定，600mw機組試運期間燃油消耗的標準定量為9000噸，燃料費用十分可觀。
因此開發新技術減少燃油、降低發電成本是廣大科技工作者長期研究的課題。在目前隨著國內電廠競價上網的不斷擴大, 追求節約電廠鍋爐點火及助燃用油的呼聲愈來愈高，在這種背景下，凸現了鍋爐無油點火技術迫切的社會需求和巨大的經濟價值。
煙台龍源電力技術****在總結國外經驗教訓的基礎上，於2023年開始研究適合中國國情的等離子點火裝置，2023年8月25日在試驗室製造出第一台樣機並引弧成功，在常溫送粉的情況下，成功點燃了揮發份為11%的淄博貧煤，2023年6月開始在煙台發電廠1號爐安裝dlz-200型等離子煤粉點火燃燒器進行試驗。2023年2月15日成功實現機組無油點火啟動。2023年9月29日通過了國家電力公司專家組鑑定，具有「世界領先水平」。
隨著等離子點火技術開發和中間儲倉製粉系統鍋爐上應用成功，解決在直吹式製粉系統鍋爐上應用研究理所當然地成為主題。在此背景下，促成華北電力科學研究院和煙台龍源電力技術****合作，充分利用雙方技術、資源優勢，共同籌資成立了北京恒源信達電力技術****，雙方優勢互補，致力於等離子點火技術推廣應用和針對直吹式製粉系統鍋爐上的研究開發。華北電力科學研究院有限責任公司於2023年10月申報並承擔了國家電力公司的科技開發專案——「中速磨直吹式製粉系統鍋爐等離子無油點火系統應用研究」。
1、需要解決的技術難題
等離子點火技術在直吹式製粉系統鍋爐上的開發應用，主要存在下列一些技術難題：
如何在鍋爐冷態條件下利用現有的中速磨煤機磨製出合格的煤粉；
如何控制磨煤機長期在小出力範圍內安全穩定執行；
如何控制機組啟動初期投入等離子點火裝置時鍋爐公升溫、公升壓速率；
如何實現高壓缸啟動汽輪機無油槍投入磨煤機執行衝轉；
如何防止鍋爐再熱器乾燒及管壁超溫；
如何實現爐膛安全保護，即該技術與fsss系統的介面問題；
如何進行燃燒器改造，防止大口徑等離子點火燃燒器的結焦燒損，並兼顧原燃燒器的原設計功能。
2、解決方案
針對如何實現冷爐製粉，對直吹式製粉系統鍋爐，關鍵是解決製粉用熱風的**問題。熱風的**可採取鄰爐來風或另設旁路以電加熱或蒸汽為熱源自製熱風，保證鍋爐冷態啟動時，磨煤機入口風溫滿足磨煤機乾燥出力的要求；
對於如何合理控制機組啟動初期投入等離子點火裝置時鍋爐公升溫、公升壓速率，必須進行針對性的試驗和初始燃燒率計算，從而合理控制燃料量，並確定等離子點火裝置投運時機和方式；
要解決「磨煤機長期在小出力範圍內安全穩定執行」問題，實質是乙個磨煤機調整試驗問題，可以通過改變分離器擋板開度、磨煤機一次風量、載入力和準確的一次風量標定來實現；
對於如何實現高壓缸啟動汽輪機無油槍投入磨煤機執行衝轉和如何防止鍋爐再熱器乾燒及管壁超溫問題，其核心也是合理控制鍋爐燃燒率、有效降低磨煤機最小出力及進行必要的鍋爐燃燒調整問題，從而保證鍋爐爐膛出口煙溫＜541℃；
要實現爐膛安全保護，必須保證鍋爐燃燒良好且燃燼率高，應通過燃燒調整試驗確定最佳執行方式，提高煤粉燃燒效率，減少爐膛爆燃隱患；另外，等離子燃燒器在正常執行中有電弧熄火的隱患，這將導致未燃煤粉直接噴入爐膛，威脅爐膛安全，必須努力提高等離子發生器的工作可靠性，並設計周密的保護邏輯，即做好等離子執行方式磨煤機與fsss系統的介面問題；
針對如何進行燃燒器改造，防止大口徑等離子點火燃燒器的結焦燒損，並兼顧原燃燒器的原設計功能問題，這是研發成敗的關鍵，主要依靠良好的設計來實現。可以利用流體計算軟體cfx進行等離子煤粉燃燒器的數值模擬計算，輔助設計；另外，燃燒器在出廠前應進行試驗台熱態試驗。
目前，等離子點火及穩燃技術已實現產業化，成功應用於64臺各種型號的電站鍋爐上，執行煤種包括貧煤、劣質煙煤、煙煤和褐煤；機組容量等級從50mw～ 600mw；燃燒方式包括切向燃燒、牆式燃燒；製粉系統型別包括中速磨中儲式、雙進雙齣中速磨直吹式、中速磨直吹式和風扇磨直吹式製粉系統。
，對於新建機組，如果在機組試運初期投入等離子點火系統，將可以大大降低試運期間的燃油消耗，產生巨大的經濟效益。
內蒙古岱海電廠一期工程為新建2×600mw汽輪發電機組，其鍋爐裝置為北京巴威公司設計生產，整壓直吹式製粉系統,前後牆對沖燃燒方式，為在一期工程中成功應用等離子點火裝置，達到節約試運燃油的目的，煙台龍源公司在總結其它工程成功經驗的基礎上進行了部分改進。
等離子點火裝置是利用直流電流在一定介質（空氣、氮氣等）氣壓的條件下接觸引弧，並在強磁場控制下獲得穩定功率的定向流動空氣等離子體，該等離子體在點火燃燒器中形成t>4000k的梯度極大的區域性高溫火核，煤粉顆粒通過該等離子體火核時，在千分之一秒內迅速釋放出揮發物，使煤粉顆粒破裂粉碎，並再造揮發份，從而迅速燃燒。由於反應是在氣固兩相流中進行，高溫等離子體使混合物組份的粒級發生了一系列物理化學變化，近而使煤粉的燃燒速度加快，達到點火並加速煤粉燃燒的目的，大大的減少了促使煤粉燃燒所需要的引燃能量。
等離子體內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－、oh－、h＋）和電子等，可加速熱化學轉換，促進燃料完全燃燒。
dlz-200型等離子發生器是利用空氣作等離子的載體，用直流接觸引弧放電的方法製造功率達150 kw的等離子體，同時採用磁壓縮及等離子體輸送至需要進行點火的部位，完成持續長時間的點火和穩燃。
圖1 等離子發生器工作原理圖
1、工作原理
dlz-200型等離子發生器為磁穩，空氣載體等離子發生器，它由線圈、陰極、陽極等組成。其中陰極材料採用具有高導電率、高導熱、耐氧化的金屬材料製成。陽極亦由高導電率、高導熱率及抗氧化的金屬材料製成，它們均採用水冷方式冷卻，以承受電弧高溫衝擊。
線圈在高溫250℃情況下具有抗2000v的直流電壓擊穿能力，電源採用全波整流並具有恆流效能。其工作原理見圖1。在冷卻水及壓縮空氣滿足條件後，首先設定電源(6)的工作輸出電流(250～350a)，當陰極(2)在直線電機(5)的推動下，與陽極(1)接觸後，電源(6)按設定的工作電流工作，當輸出電流達到工作電流後，直線電機(5)推動陰極(2)向後移動，當陰極離開陽極的瞬間，電弧建立起來，當陰極達到規定的放電間距後，在空氣動力和磁場的作用下，裝置產生穩定的電弧放電，生成等離子體。
2、等離子發生器技術引數
輸出功率：50～150 kw，連續可調；
電流調節範圍：200～375 a，±2%；
電壓調節範圍：250～400 v，±5%；
空氣壓力：0.12～0.2 mpa；
空氣耗量：100 m3/h；
冷卻水：除鹽水，p≥0.2mpa，qm≥8 t/h，t≤35℃ 。
dlz-200型等離子發生器的功率為50～200kw，該功率的等離子體能直接點燃一定量的煤粉，這些劇烈燃燒的煤粉又要在瞬間點燃其它煤粉，為使燃燒器內順利完成持續穩定的點火和燃燒過程，同時又要保證內燃式等離子燃燒器不被燒損，為此，發明並採用逐級點火、分級內燃、氣膜冷卻技術。
為了獲得煤粉點火的最佳濃度，根據製粉系統一次風煤粉濃度及現場一次風管道的具體情況，可分別採用葉柵、撞擊塊或導流板等方式濃縮煤粉，使之達到點燃煤粉的最佳煤粉濃度。按煤質的情況，盡可能使煤粉細度、一次風氣流速度和一次風溫度也在所要求範圍之內，滿足條件的一次風粉進入點火區，濃煤粉經過高溫的等離子體被點燃，在燃燒器內部燃燒。淡煤粉流經高溫套筒的外壁，對其起到冷卻的作用，在「環形縮口」的作用下被濃縮，並被已燃燒的火炬點燃。
然後進入混合燃燒。完成逐級點火分級燃燒的過程。
利用雙筒結構將部分煤粉推至燃燒器出口，在爐膛內燃燒。內外筒形成同心雙層併聯通道。按壓差平衡原理必然導致內筒流速降低，有利於著火燃燒，降低飛灰含碳量，並有利於冷卻內筒筒壁。
燃燒器的
一、二級點火筒為圓形，外筒為方形，與鍋爐原主燃燒器的幾何尺寸配合，有利於改造後的燃燒器與原主燃燒器出口氣流的動量矩保持相近。燃燒器必須耐燒、耐磨，滿足執行檢修維護的要求。
這樣不但提高了燃盡率，簡化了結構，降低了阻力，有利於與其它燃燒器之間的阻力匹配；耐磨損的能力也得到提高。
等離子燃燒器的壁溫一般可以穩定地控制在4000c以下，最高不超過8000c，可以保證燃燒器的安全；投入執行後原主燃燒器的效能要求得到保證。
等離子點火系統
1 點火原理 在電弧的作用下，一定壓力的空氣被電離為高溫等離子體，其能量密度高達105 106w cm，等離子發生器產生的穩定功率的直流空氣等離子體，在燃燒器的中心筒中形成t 5000k的梯度極大的區域性高溫區，煤粉顆粒通過該等離子 火核 受到高溫作用，並在10秒內迅速釋放出揮發物，並使煤粉顆粒破裂...
火電廠等離子點火系統說明書
2 600mw級機組工程 等離子點火系統說明書 v 1.0 2010年05月 安全說明 宣告 本說明書列出了鍋爐等離子點火及穩燃裝置系統 以下簡稱 等離子點火系統 安全和可靠執行所需的最基本的措施，在對等離子點火系統裝置檢修維護時使用了未經廠家認可的零件，或是由不具備資格的人員進行不正確的操作將會增...
如何提高EPBS型等離子點火系統的執行可靠性
摘要 等離子點火裝置是火力發電廠鍋爐點火公升爐 機組低負荷穩燃的重要系統，在未配置油點火系統的情況下，等離子點火裝置的執行可靠性將直接影響火力發電廠機組能否及時併網，能否在低負荷條件下穩定執行。關鍵詞 等離子點火裝置 起弧成功率 執行可靠性 我公司鍋爐點火系統採用東方電氣深圳東方鍋爐控制 生產的ep...