1000MW锅炉等离子冷炉无油点火技术的应用

1000MW锅炉等离子冷炉无油点火技术的应用

刁培超

(中国能源建设集团西北电力试验研究院有限公司陕西西安710032)

摘要:等离子点火装置应用于1000MW超临界锅炉上,可以实现无油点火。文章分析了点火过程中一次风速、煤粉浓度、磨煤机出口温度和煤粉细度等对等离子点火的影响。通过等离子无油点火技术的应用,节约了锅炉启动过程中燃油的消耗。

关键词:等离子;无油点火;燃烧

大型电厂锅炉的点火传统上都是采用燃烧原油等燃料来实现的，为了减少电厂燃油耗量,降低机组启动的成本，越来越多电厂采用等离子无油点火技术。

等离子点火装置利用直流电流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,该等离子体点火燃烧器中形成4000K的梯度极大的局部高温火核,煤粉颗粒通过等离子体火核时,在千分之一秒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。由于反应是在气固两相流中进行,高温等离子体使混合物发生了一系列物理化学变化,进而使煤粉的燃烧速度加快,达到点火并加速煤粉燃烧的目的,大大减少了促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。

本文对陕投清水川电厂4号锅炉冷态无油等离子点火投磨进行了分析研究,解决了一系列技术难题,实现了该锅炉的冷炉无油点火。在调试阶段应用该技术,节约了数量可观的燃油,取得了较好的经济效益和社会效益。

1.系统简介

1.1锅炉基本参数

陕投清水川电厂1000MW超超临界压力直流锅炉为3192t/h超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛塔式布置、四角切向燃烧、摆动喷嘴调温、平衡通风、全钢架悬吊结构、露天布置、采用风干式排渣机机械除渣装置。

1.2制粉系统简介

锅炉制粉系统采用中速磨正压直吹式制粉系统，每台炉配备6台磨煤机，BMCR工况时，5台投运，1台备用。设计煤粉细度为R90=22%，均匀性系数1.2。在A、B磨之间的热一次风母管上布置等离子暖风器。

1.3等离子点火系统简介

等离子采用武汉天和的THPI-200/500-II型等离子体点火系统。该等离子体点火设备由等离子体发生器、等离子体燃烧器组成，辅助系统由压缩空气系统、冷却水系统、供配电系统、图像火检系统、一次风速在线检测系统、热控系统、冷炉制粉系统等组成。

1.3.1电源：

三相电源380±5%v

频率：50±2%Hz

最大消耗功率：200kVA；

负荷电流工作范围：（350～400）±2%A

电弧电压调节范围：（380～450）±5%V

1.3.2压缩空气：

最低气压：0.4MPa

最高气压：1.0MPa

最小消耗量：0.8Nm3/min

最大消耗量：1.0Nm3/min

1.3.3冷却水：

发生器进水压力：不低于0.40MPa

发生器回水母管水压力：不高于0.2MPa

冷却水量：8~10t/h

1.3.4一次风速：16m/s-26m/s

1.3.5燃烧器壁温控制温度小于500℃

1.3.6煤粉浓度0.2—0.6kg/kg

2.冷炉点火参数控制

2.1一次风速对等离子点火的影响

一次风速对等离子点火的影响很大，风速高会使着火推迟,燃烧不稳,太低则会造成一次粉管积粉、磨煤机堵塞等事故。一次风速也决定了煤粉浓度的大小，煤粉浓度对等离子煤粉点火燃烧器着火特性也有很大的影响。煤粉浓度高,有利于煤粉的点燃着火,但太高会使着火初期氧量补充不足,不完全燃烧增加,控制不当还会造成一次粉管积粉或燃烧器结焦烧损。对本系统,通过运行调整及试验研究,在锅炉点火初期，给煤量为20～25t/h，一次风量控制在80t/h左右比较合理，对应的等离子在线风速显示18m/s，煤粉浓度在0.3左右,煤粉着火稳定、火焰中心明亮,燃烧器喷口火焰稳定，这样燃烧状态良好。

2.2磨煤机出口温度对等离子点火的影响

磨煤机出口温度对等离子煤粉点火燃烧器的着火特性有很大影响。一次风温度越高,煤粉着火所需要的着火热越少,煤粉越容易点燃。因此等离子点火装置投运时,应尽量提高磨煤机出口风粉混合物的温度。在本锅炉等离子煤粉点火燃烧器试运过程中,进行了磨出口一次风温对煤粉着火特性的影响试验。当磨煤机出口风粉混合物的温度在50℃以下时,通过等离子火焰电视观察到煤粉着火有闪烁现象,而且风温越低,闪烁越明显;当磨煤机出口风粉混合物温度在70℃以上时,煤粉着火相对稳定,而且风温越高,火焰越明亮。因此在运行中,应根据实际燃烧状况,通过调整一次风量、给煤量和等离子暖风器气源的压力来保证磨出口一次风温尽量高,从而保证煤粉着火稳定。但是,为了防止磨煤机着火,一次风出口风粉混合物的温度要符合制粉系统防爆规程的要求，已清水川电厂Vdaf=39%来计算，磨煤机出口温度不应大于77℃。同时还要注意，在由于等离子暖风器布置在在A、B磨之间的热一次风母管上，只能启动B侧一次风机，启动A侧一次风机，无法经过等离子暖风器进行暖磨。

2.3煤粉细度对等离子点火的影响

煤粉细度对等离子煤粉点火燃烧器着火有很大的影响。煤粉越细,升温越快,着火越稳定。通过改变磨煤机出口的分离器频率,改变煤粉细度。本工程设计煤粉系统R90=22%，在点火初期将细度减小，提早着火、提高燃烬率。

在启动磨煤机前，启动旋转分离器，将分离器设定在800rpm/min，化验煤粉细度R90=14%，

燃烧稳定。值得注意的是,煤粉细度不宜过小，分离器转速过高容易导致磨煤机的堵磨。在等离子冷炉直接点火期间需要监控飞灰可燃物。在点火初期,由于一次风温、二次风温烟气的温度都很低,煤粉燃烧不是很完全,飞灰含碳量可能高达50%,特别需要防止尾部烟道再燃烧事故,需要及时启动除灰、除渣系统,及时输送、清除未燃尽物质，空预器吹灰要连续投入，且要保证辅汽联箱压力在0.8MPa以上。

3.结论

3.1从清水川电厂4号炉的应用情况看，等离子点火装置投入运行时,仅1台磨煤机运行,给煤机给煤量为20～25t/h,通过燃烧调整，锅炉着火正常,燃烧稳定,炉膛负压稳定。与同类型锅炉对比,投粉时间可提前2～3h左右,成功实现无油启动。

3.2停炉期间检查等离子燃烧器,燃烧室没有结渣现象,锅炉的安全性、稳定性得到保证。

在整个基建调试期间,当燃烧低位发热量在20MJ/kg以上时都采用等离子直接点火,满足了锅炉的升温升压要求,也节约了数量可观的燃油，具有很大的经济效益和社会效益。

作者简介：刁培超（1986-），男，工程师，工学学士，从事锅炉调试工作。