河北西柏坡發電有限責任公司
三期擴建工程2×600mw超臨界機組鍋爐
等離子點火系統初步
設計方案
煙台龍源電力技術****
2023年8月
前言長期以來，火力發電機組鍋爐的啟停及低負荷穩燃消耗大量燃料油。據《2023年電力工業統計資料彙編》數字表明，2023年電力系統燃用燃料油1217.2萬噸。
新建的火力發電機組在試運期間要經過鍋爐吹管、整定安全閥、汽機衝車、機組併網、電氣試驗、鍋爐洗矽執行、機組帶大負荷執行等許多階段，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額為9000噸，燃料費用十分可觀。
。該技術已成功應用於貧煤、煙煤和褐煤。機組容量包括了50mw、100mw、125mw、135mw、150mw、200mw、300mw、330mw和600mw各等級的機組鍋爐160餘台，已經執行和正在執行合同的機組總容量超過60,000mw。
燃燒方式涵蓋了切向燃燒直流燃燒器和牆式燃燒旋流燃燒器。製粉系統包括中間儲倉式、雙進雙齣鋼球磨直吹式、中速磨直吹式和風扇磨直吹式等各種型別。
對於新建機組，如果在機組試運初期投入等離子點火及穩燃系統，將可以大大降低試運期間的燃油消耗。大唐電力集團公司托克托發電廠
一、二期工程均為2×600mw汽輪發電機組，由於安裝了等離子點火及穩燃系統，四台機組在試運期間的燃油消耗分別只有2800噸、1400噸、2000噸以及1050噸，大大低於同型別的其它機組，節油產生的經濟效益十分可觀。
西柏坡發電廠三期擴建工程為2×600mw汽輪發電機組，其鍋爐型式與托克托發電廠二期工程相近，均為北京b&w公司牆式旋流燃燒器鍋爐，在此基建工程中應用等離子點火及穩燃技術，必將節省大量基建投資，同時也為今後生產過程中的節能降耗，打下良好的裝置基礎。
1 等離子煤粉點火技術基本原理
1.1 等離子煤粉點火機理
等離子點火裝置利用直流電流在一定介質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，再造揮發份 ，並使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。由於反映是在氣固兩相流中進行，高溫等離子體使混合物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。
1.2 等離子發生器工作原理
本發生器為強磁場控制下的空氣
載體等離子發生器。它由線圈、陰極
、陽極組成，其中陰極和陽極由高導
電率高導熱率及抗氧化的特殊材料製成，以承受高溫電弧衝擊。線圈在高溫情況下具有抗直流高電壓擊穿能力。電源採用全波整流並舉有恆能效能，其發火原理為：
在一定輸出電流條件下，當陰極3前進同陽極2接觸後，系統處在短路狀態，當陰極緩緩離開陽極時產生電弧，電弧**圈磁場的作用下被拉出噴管外部。壓縮空氣在電弧的作用下，被電離為高溫等離子體，為點燃煤粉創造了良好條件。
設計中等離子點火裝置的陰極進退執行機構的控制、電弧電功率的控制，冷卻風、冷卻水的監視均由同乙個計算機控制系統完成。
2 機組裝置概況
西柏坡發電有限責任公司
一、二期工程安裝了4臺300mw燃煤汽輪發電機組。本期工程計畫安裝4×600mw超臨界燃煤汽輪發電機組。本次2×600mw燃煤汽輪發電機組鍋爐為超臨界引數變壓執行直流爐，單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構π型鍋爐。
燃用神華煙煤、晉北煙煤。
鍋爐執行方式：帶基本負荷並參與調峰。
製粉系統：採用中速磨直吹式製粉系統，每爐配6臺磨煤機（5臺執行，1臺備用），煤粉細度按200目篩通過量為75%，煤粉的均勻係數為1.1。
鍋爐的主要設計引數見下表：
2.1 煤質
2.2 燃燒系統
本鍋爐燃燒系統配用b&w公司研製的煤種適應性優良的超低nox的drb－4ztm型雙調風旋流燃燒器，並設有16支ofa噴口，前、後牆對沖布置。
燃燒器布置在前、後牆的大風箱中。前、後牆上各布置三層燃燒器，燃燒器處在同乙個環行大風箱中，16支ofa噴口處在另乙個環行大風箱中，環行大風箱共二個。燃燒器每層在前、後牆上各布置六臺，共36臺燃燒器。
同牆、同層的六台燃燒器由同一臺磨煤機**煤粉。
燃燒器的結構見下圖所示：
圖1 drb－4ztm型雙調風旋流燃燒器結構示意圖
油燃燒器的總輸入熱量為20%b-mcr，單隻油燃燒器燃油量為800kg/h。點火系統能滿足程式控制，點火方式為高能電火花點燃輕油，然後點燃煤粉。油燃燒器採用機械霧化方式，保證燃油霧化良好，燃燒完全。
每只油燃燒器賣方另外提供乙個q=600kg/h的霧化片。
3 等離子煤粉點火系統的設計方案
根據西柏坡三期工程中鍋爐燃燒器的特點，經過各方討論，最終確定的改造方案為：將鍋爐前牆b層磨煤機對應的6支燃燒器同時改造為等離子點火煤粉燃燒器，這樣改造的優點為鍋爐及磨煤機在點火過程中的控制方式比較簡單，等離子點火燃燒器的整體出力調節範圍較寬，鍋爐啟動過程中可以取得較好的節油效果。
3.1等離子煤粉點火裝置的設計
3.1.1等離子點火煤粉燃燒器的設計
基於等離子改造對鍋爐的效能影響最小同時要求改造工作量最小的原則，我們提出了等離子點火燃燒器的改造方案，其結構如下圖所示：
圖3 等離子點火燃燒器方案示意圖
由於鍋爐原有的drb－4ztm型雙調風旋流燃燒器的一次風在燃燒器中心且沒有旋流，本設計方案中將原燃燒器的一次風內筒從後端面向後整體拆除，替換為等離子點火燃燒器。該燃燒器後端與一次風彎頭相連，前端與原燃燒器平齊。經過改裝的彎頭上裝有等離子發生器，產生的等離子體通過長桿型的等離子體輸送裝置送到前端的點火位置，煤粉在這裡被逐級點燃後噴入爐膛。
一次風彎頭及燃燒器入口尺寸是經過仔細核算的，其通流面積與原燃燒器基本相同，以保證燃燒器阻力、一次風流速與原燃燒器相同；等離子點火燃燒器內部為兩層中心筒套裝的結構，不會對煤粉氣流造成擾動，其通流面積與原燃燒器相同；原燃燒器的內、外二次風的旋流頁片在結構上不做任何改動，其執行方式也保持不變。
在鍋爐點火啟動階段，等離子電弧可將通過燃燒器的煤粉直接點燃，噴入爐膛的是正在燃燒的煤粉；在鍋爐高負荷執行階段，等離子發生器停止工作，燃燒器仍按原設計的執行方式工作，此時一次風煤粉仍以直流方式噴入爐膛，且噴口處的一次風速與原燃燒器完全相同，內外旋流二次風的結構沒有任何變化，所以在高負荷階段，改造後的燃燒器各項效能（阻力、風速、噴口處流場分布等）與原燃燒器基本相同。
原drb－4ztm型雙調風旋流燃燒器一次風筒內的煤粉均流器將被拆除，這將會影響到一次風內部的煤粉均勻性，我們在設計時將在燃燒器入口彎頭內部加裝煤粉導向、均流裝置，以盡量消除此項結構變化的影響。
等離子點火燃燒器的一級、二級中心筒均利用其外層的冷一次風進行冷卻，以保證燃燒器的安全執行。燃燒器本體的材質選用耐熱鋼，可耐受1000℃以上的高溫，在其區域性關鍵部位安裝有熱電偶，供執行人員監視燃燒器的運**況，防止燃燒器超溫、結焦。
燃燒器中心的等離子電弧輸送筒採用防磨損結構設計，其執行壽命可滿足鍋爐檢修週期的要求。
等離子點火燃燒器的設計結構遵循先試驗後工程的原則，在出廠前將在煙台龍源公司進行1:1的熱態點火試驗，點火成功後再運至現場安裝。
等離子點火燃燒器初步設計引數見下表：
3.1.3 等離子發生器的設計方案
3鍋爐等離子點火施工方案
3鍋爐等離子點火施工方案 電氣部分 根據公司工作安排，對 3鍋爐等離子點火裝置進行施工，為保證電氣裝置施工的安全 質量和工期，特制定此方案 電氣部分 一 組織措施 總指揮 張才波 副總指揮 王龍 安全監督 於瀅深 技術負責 王志本 施工人員 變電班 繼電室 廠用班 試驗班 綜合班及相關人員 二 安全...
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