等离子点火系统培训教材

岱海电厂2×600MW机组检修部培训教材DHT1等离子点火系统内蒙古岱海发电有限责任公司2004年11月DHT1内蒙古岱海发电有限责任公司培训教材1目录第一章前言..................................................................................................................2第二章等离子煤粉点火技术基本原理........................................................................4第一节等离子煤粉点火机理................................................................................4第二节等离子发生器工作原理............................................................................5第三节等离子燃烧器及其原理............................................................................6第四节旋流式等离子燃烧器的特点....................................................................6第五节等离子点火燃烧系统的组成....................................................................7第三章岱海一期机组设备概况....................................................................................8第四章岱海一期等离子煤粉点火系统的设计方案..................................................11第一节等离子煤粉点火装置的设计..................................................................11第二节电气系统设计........................................................................................13第三节磨煤机冷炉制粉方案设计......................................................................14第四节控制系统与FSSS、DCS接口设计.....................................................15第五章调试及运行方式说明......................................................................................18第六章设计界限及设备参数......................................................................................232内蒙古岱海发电有限责任公司培训教材DHT1第一章前言长期以来，火力发电机组锅炉的启停及低负荷稳燃消耗大量的燃料油。特别是对于新建的火力发电机组，其在试运期间要经过锅炉吹管、锅炉洗硅运行、锅炉热态调试、安全阀整定、汽机冲转、机组并网、电气试验、机组带大负荷试验等许多阶段，此期间由于锅炉无法投磨或无法完全断油运行，因此要耗费大量的燃油。根据原电力部颁布的试运导则中的规定，600MW机组试运期间燃油消耗的标准定量为9000吨，燃料费用十分可观。因此开发新技术减少燃油、降低发电成本是广大科技工作者长期研究的课题。在目前随着国内电厂竞价上网的不断扩大,追求节约电厂锅炉点火及助燃用油的呼声愈来愈高，在这种背景下，凸现了锅炉无油点火技术迫切的社会需求和巨大的经济价值。烟台龙源电力技术有限公司在总结国外经验教训的基础上，于1997年开始研究适合中国国情的等离子点火装置，1998年8月25日在试验室制造出第一台样机并引弧成功，在常温送粉的情况下，成功点燃了挥发份为11%的淄博贫煤，1999年6月开始在烟台发电厂1号炉安装DLZ-200型等离子煤粉点火燃烧器进行试验。2000年2月15日成功实现机组无油点火启动。2000年9月29日通过了国家电力公司专家组鉴定，具有“世界领先水平”。随着等离子点火技术开发和中间储仓制粉系统锅炉上应用成功，解决在直吹式制粉系统锅炉上应用研究理所当然地成为主题。在此背景下，促成华北电力科学研究院和烟台龙源电力技术有限公司合作，充分利用双方技术、资源优势，共同筹资成立了北京恒源信达电力技术有限公司，双方优势互补，致力于等离子点火技术推广应用和针对直吹式制粉系统锅炉上的研究开发。华北电力科学研究院有限责任公司于2001年10月申报并承担了国家电力公司的科技开发项目——“中速磨直吹式制粉系统锅炉等离子无油点火系统应用研究”。1、需要解决的技术难题等离子点火技术在直吹式制粉系统锅炉上的开发应用，主要存在下列一些技术难题：如何在锅炉冷态条件下利用现有的中速磨煤机磨制出合格的煤粉；如何控制磨煤机长期在小出力范围内安全稳定运行；如何控制机组启动初期投入等离子点火装置时锅炉升温、升压速率；DHT1内蒙古岱海发电有限责任公司培训教材3如何实现高压缸启动汽轮机无油枪投入磨煤机运行冲转；如何防止锅炉再热器干烧及管壁超温；如何实现炉膛安全保护，即该技术与FSSS系统的接口问题；如何进行燃烧器改造，防止大口径等离子点火燃烧器的结焦烧损，并兼顾原燃烧器的原设计功能。2、解决方案针对如何实现冷炉制粉，对直吹式制粉系统锅炉，关键是解决制粉用热风的来源问题。热风的来源可采取邻炉来风或另设旁路以电加热或蒸汽为热源自制热风，保证锅炉冷态启动时，磨煤机入口风温满足磨煤机干燥出力的要求；对于如何合理控制机组启动初期投入等离子点火装置时锅炉升温、升压速率，必须进行针对性的试验和初始燃烧率计算，从而合理控制燃料量，并确定等离子点火装置投运时机和方式；要解决“磨煤机长期在小出力范围内安全稳定运行”问题，实质是一个磨煤机调整试验问题，可以通过改变分离器挡板开度、磨煤机一次风量、加载力和准确的一次风量标定来实现；对于如何实现高压缸启动汽轮机无油枪投入磨煤机运行冲转和如何防止锅炉再热器干烧及管壁超温问题，其核心也是合理控制锅炉燃烧率、有效降低磨煤机最小出力及进行必要的锅炉燃烧调整问题，从而保证锅炉炉膛出口烟温＜541℃；要实现炉膛安全保护，必须保证锅炉燃烧良好且燃烬率高，应通过燃烧调整试验确定最佳运行方式，提高煤粉燃烧效率，减少炉膛爆燃隐患；另外，等离子燃烧器在正常运行中有电弧熄火的隐患，这将导致未燃煤粉直接喷入炉膛，威胁炉膛安全，必须努力提高等离子发生器的工作可靠性，并设计周密的保护逻辑，即做好等离子运行方式磨煤机与FSSS系统的接口问题；针对如何进行燃烧器改造，防止大口径等离子点火燃烧器的结焦烧损，并兼顾原燃烧器的原设计功能问题，这是研发成败的关键，主要依靠良好的设计来实现。可以利用流体计算软件CFX进行等离子煤粉燃烧器的数值模拟计算，辅助设计；另外，燃烧器在出厂前应进行试验台热态试验。目前，等离子点火及稳燃技术已实现产业化，成功应用于64台各种型号的电站锅炉上，运行煤种包括贫煤、劣质烟煤、烟煤和褐煤；机组容量等级从50MW～600MW；燃烧方式包括切向燃烧、墙式燃烧；制粉系统类型包括中速磨中储式、双进双出中速磨直4内蒙古岱海发电有限责任公司培训教材DHT1吹式、中速磨直吹式和风扇磨直吹式制粉系统。烟台龙源电力技术有限公司开发的等离子无油点火及稳燃技术是一项煤粉锅炉点火及稳燃过程中以煤代油的有效措施，对于新建机组，如果在机组试运初期投入等离子点火系统，将可以大大降低试运期间的燃油消耗，产生巨大的经济效益。内蒙古岱海电厂一期工程为新建2×600MW汽轮发电机组，其锅炉设备为北京巴威公司设计生产，整压直吹式制粉系统,前后墙对冲燃烧方式，为在一期工程中成功应用等离子点火设备，达到节约试运燃油的目的，烟台龙源公司在总结其它工程成功经验的基础上进行了部分改进。第二章等离子煤粉点火技术基本原理第一节等离子煤粉点火机理等离子点火装置是利用直流电流在一定介质（空气、氮气等）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，该等离子体在点火燃烧器中形成T4000K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，使煤粉颗粒破裂粉碎，并再造挥发份，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组份的粒级发生了一系列物理化学变化，近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，大大的减少了促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2－、OH－、H＋）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。DLZ-200型等离子发生器是利用空气作等离子的载体，用直流接触引弧放电的方法制造功率达150kW的等离子体，同时采用磁压缩及等离子体输送至需要进行点火的部位，完成持续长时间的点火和稳燃。DHT1内蒙古岱海发电有限责任公司培训教材5第二节等离子发生器工作原理(6)电源等离子体电弧放电腔(7)压缩空气进口(9)出水口(8)进水口(4)可更换阴极头(1)阳极(3)线圈(5)直线电机(2)阴极图1等离子发生器工作原理图1、工作原理DLZ-200型等离子发生器为磁稳，空气载体等离子发生器，它由线圈、阴极、阳极等组成。其中阴极材料采用具有高导电率、高导热、耐氧化的金属材料制成。阳极亦由高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成，它们均采用水冷方式冷却，以承受电弧高温冲击。线圈在高温250℃情况下具有抗2000V的直流电压击穿能力，电源采用全波整流并具有恒流性能。其工作原理见图1。在冷却水及压缩空气满足条件后，首先设定电源(6)的工作输出电流(250～350A)，当阴极(2)在直线电机(5)的推动下，与阳极(1)接触后，电源(6)按设定的工作电流工作，当输出电流达到工作电流后，直线电机(5)推动阴极(2)向后移动，当阴极离开阳极的瞬间，电弧建立起来，当阴极达到规定的放电间距后，在空气动力和磁场的作用下，装置产生稳定的电弧放电，生成等离子体。2、等离子发生器技术参数输出功率：50～150kW，连续可调；电流调节范围：200～375A，±2%；电压调节范围：250～400V，±5%；空气压力：0.12～0.2MPa；空气耗量：100m3/h；冷却水：除盐水，p≥0.2MPa，qm≥8t/h，。6内蒙古岱海发电有限责任公司培训教材DHT1第三节等离子燃烧器及其原理DLZ-200型等离子发生器的功率为50～200kW，该功率的等离子体能直接点燃一定量的煤粉，这些剧烈燃烧的煤粉又要在瞬间点燃其它煤粉，为使燃烧器内顺利完成持续稳定的点火和燃烧过程，同时又要保证内燃式等离子燃烧器不被烧损，为此，发明并采用逐级点火、分级内燃、气膜冷却技术。为了获得煤粉点火的最佳浓度，根据制粉系统一次风煤粉浓度及现场一次风管道的具体情况，可分别采用叶栅、撞击块或导流板等方式浓缩煤粉，使之达到点燃煤粉的最佳煤粉浓度。按煤质的情况，尽可能使煤粉细度、一次风气流速度和一次风温度也在所要求范围之内，满足条件的一次风粉进入点火区，浓煤粉经过高温的等离子体被点燃，在燃烧器内部燃烧。淡煤粉流经高温套筒的外壁，对其起到冷却的作用，在“环形缩口”的作用下被浓缩，并被已燃烧的火炬点燃。然后进入混合燃烧。完成逐级点火分级燃烧的过程。利用双筒结构将部分煤粉推