等离子点火装置常见的问题及改善措施

郑长川

摘要： 本文针对电厂中等离子点火装置存在的煤粉燃尽率低、点火断弧、阴极寿命短、煤粉着火延时等问题进行了具体分析，并提出解决措施。

关键词： 电厂等离子点火装置问题措施

电厂中等离子点火装置存在煤粉燃尽率低、点火断弧、阴极寿命短、煤粉着火延时等问题。本文对这些问题进行了分析，并提出了解决措施。

一、点火初期煤粉燃尽率低

等离子点火技术可以在燃烧器内部形成局部高温，迅速点燃煤中的挥发分，但是热强度不足，无法提供煤粉后期固定碳燃烧所需的热量，同时，由于在点火初期炉膛温度较低，煤粉中固定碳的燃尽率很低。电厂锅炉在第一次使用等离子冷态无油点火技术启动后，锅炉飞灰含碳量很大。

（一）点火初期煤粉燃尽率低的原因

1.对于一定的煤种来说，等离子点火可以迅速点燃煤中的挥发分并进一步点燃部分煤粉，而煤中固定碳的燃烧速度主要取决于燃烧的温度。此时，提高燃烧、强化燃烧过程的最有效、最直接的方法就是提高燃烧温度。而在等离子冷态点火初期，炉内温度较低，煤粉不能完全燃烧。

2.在等离子点火初期，煤粉浓度低于等离子技术要求的最低浓度范围。因此，等离子点火初期着火情况达不到设计要求。为了防止因为飞灰含碳量高而造成锅炉尾部烟道再燃烧或者空预器、除灰设备燃烧的重大事故，须采取必要措施，尽量提高等离子点火初期的煤粉燃尽率。

（二）提高煤粉燃尽率的措施

1.适当提高煤粉细度。提高煤粉细度可以增加单位质量煤粉的表面积，有利于稳定燃烧和燃尽。试验研究发现，煤粉燃尽时间与颗粒直径的平方成正比，当锅炉燃用煤质一定时，适当提高煤粉细度能显著提高煤粉气流着火的稳定性。在点火初期磨煤机分离器出口挡板开度厚为50%，我厂调整为40%；同时，调整磨煤机的加载力偏低，由0—0.5MPa增加到3—4MPa，飞灰含碳量明显降低。

2.合理降低一次风速。合理的一次风速对于煤粉的着火和燃尽尤为重要，尤其是在等离子点火初期。在试运行初期，磨煤机出口一次风速在20—22m/s，着火不稳定，炉膛负压摆动也较大，在-350—+l00Pa之间波动。随后，先降低一次风速至16—18m/s，待点燃后再增加一次风速。这样调整以后，点火过程中火焰较为稳定，火焰颜色较为明亮；同时，炉膛负压的摆动幅度降至-150—+60Pa之间。随着炉膛温度升高、给煤量增加，燃烧状况愈加稳定。但在操作过程中一次风速不可以降得过低，以免煤粉在一次风管中沉积，造成一次风管堵塞、燃烧和制粉系统爆炸。操作过程中应密切监视制粉系统风量、风压等参数的变化，降低事故的发生概率。

3.提高磨煤机出口温度。磨煤机出口温度对于等离子燃烧器冷态点火的着火特性影响很大。一次风温度高，可以缩短煤粉预热至挥发分着火所用的时间，使得煤粉的着火提前，从而加快煤粉的燃烧和燃尽。因此，在点火初期应该尽量提高磨煤机出口的一次风温。在点火初期，由于等离子暖风器用汽量不足，煤质水分含量大，导致磨煤机出口风粉混合物温度只有50—55℃，点火困难，着火不稳定。我厂将磨煤机出口风粉混合物温度升至65—70℃，火焰明亮无闪烁，炉膛负压摆动幅度减小，煤粉燃烧情况得以改善。

4.尽快提高炉膛温度。炉膛温度对于提高煤粉燃尽率，降低飞灰含碳量有显著的影响。因此，在冷态启动过程中应提前做好各种准备工作，在满足锅炉升温、升压曲线的前提下，尽快提高炉膛温度。

采取上述各种措施后，锅炉飞灰可燃物含量大幅下降，点火初期只为25%左右，投入第2台磨煤机后，飞灰含碳量低于15%，进一步降低了因飞灰积聚而导致的锅炉尾部烟道二次燃烧、预热器和除灰设备着火等事故的发生。

二、等离子点火断弧

等离子调峰过程中经常发生的断弧现象，是制约等离子点火器使用的一个关键问题。

（一）等离子点火断弧的危害

1.影响机组安全运行。等离子点火装置安装在锅炉的两个对角，也可以四角安装，一般在锅炉启动或者锅炉燃烧不稳时投入，来维持锅炉的稳定燃烧和冷态启动，如果此时有一个角的等离子断弧，将影响燃烧效果，若两个角的等离子都断弧，就会造成炉膛灭火保护动作，产生连锁反应，造成其他设备联动，影响安全生产。

2.影响经济效益。等离子耗电耗煤，阴阳极费用、维护费用、点火费用、启停费用都不低，所以如果等离子点火装置不能正常使用，对经济的影响是巨大的。

（二）等离子点火断弧的原因分析

1.膛内拉弧。等离子点火器的点火原理为：点火器的阴极与阳极接触后放电，放电电流在300mA，电弧在线圈磁力的作用下拉出喷管外部。具有0.01MPa以上的压缩空气在电弧的作用下，被电离为高温等离子体，其能量密度高达105—106W/cm2。在压缩空气的作用下，电弧的拉弧点特别容易发生变化，使阴极与膛体拉弧而烧毁设备。

2.电源波动。我厂等离子点火煤粉燃烧器的功率组件与直流控制器采用的是美国与德国进口的设备，产生的电源有极强的恒流能力，但是对输入电源的品质要求非常高，电源电压的波动不允许超过±1%。

3.风压、水压影响。数次试验证明，风压在等离子点火过程中的作用，是提供被电离等离子体的介质和等离子体的助推气体。风压的大小将直接影响电弧的长短，温度的高低和能量大小，同时其对阳极还有极强的识别能力，即使阳极发生很小的变化，对应的风压也必须随之变化。水压在等离子点火过程中起到的是冷却阳极、阴极和线圈的作用，避免高温电弧将阳极、阴极与线圈烧损，因此水压只要保持在0.25Mpa以上就可以。

4.阳极污染。阳极实际上是一个接地的金属导体，当阴极与阳极接触之后判断电压为零，开始加电流。阴极后退的同时增加电压，才能产生电弧。因此，阳极必须保持清洁，接触面、启弧点、放电部位的对地电阻应在2.5Ω以下，最好为0。

5.通讯故障。整流柜与PLC，PLC与上位机分别采用RS485和RS232通讯方式进行数据传输。通讯卡件，通讯电缆，适配器，程序设置，任何部分出现问题会引发通讯故障。

（三）为防止断弧而采取的措施

1.对设备进行改进。我们经过近一年的研究和实验，在炉膛内拉弧之后，最终确定了一种保护方法——在阳极起弧点内壁加绝缘套。绝缘套，顾名思义，是一个双层的套筒，外套筒为绝缘材料，内套筒为金属材料。金属起到支撑作用，绝缘物使膛内被保护部分与大地绝缘，这样就避免了意外而造成的膛内拉弧、烧膛断弧现象的发生。

2.严格管理制度，明确各自的职责。

（1）制定等离子点火操作记录。向运行人员提供各台炉等离子煤粉燃烧点火器的风压、水压、电流、电压等各项参数，并记录操作步骤。检修人员处理等离子煤粉燃烧点火器的缺陷后也在操作记录、登记故障原因，处理结果。消耗品的更换及使用情况。

（2）检修人员每月进行一次阳极污染清理。阴极运行20小时以上更换阴极头，每次大、小修都要对等离子煤粉燃烧器进行全面拆装检修，更换所有垫片，紧固好各个螺丝，防止漏水、漏气而引起断弧，运行过程中一旦发生故障要立即处理。

（3）运行人员应定期对空气压缩机进行除油、排水，防止阳极污染、阴极污染、启弧点偏移。在每次启动等离子燃烧器前按操作记录规定调整风压、水压，通过四画面分割器监视火焰燃烧情况，发现燃烧不好应做好记录，以便检修人员及时处理。

（4）将等离子燃烧器的电源与大型转机的电源分段布置。以免启动大型转机时，电源产生的瞬间波动造成整流器故障而发生断弧跳闸。

（5）通讯电缆布置在单独的电缆槽盒内，防止强电干扰及其他意外损伤，防止因通讯中断而发生断弧。

三、等离子点火装置阴极使用寿命短

目前，制约等离子点火装置应用的一个重要因素是阴极的使用寿命比较短，一般不超过50小时。但是，在调试过程中，50小时是远远不够的；更为关键的是，阴极的使用寿命和等离子点火装置运行的参数有关，如电流、电压、冷却水压力、载体风压力等参数。如参数调整不当，阴极的使用寿命更多。特别对于电流和电压，在运行过程中，要勤于调整，尽量使等离子点火装置的运行电流趋于稳定。

在煤粉被等离子点着火后，等离子电流可以适当降低，一般维持在280mA即可，电压随着阴极的烧损会逐渐增大，因此也要经常调整，每次调整的幅度不要大，如电压要从310V降至300V，就需要多次微调电压，不能一步到位，否则容易引起断弧。在运行过程中，电压一般维持在300V即可。在3号机组整个调试过程中，大部分被更换的阴极使用寿命超过50小时，最长达103小时。

四、磨煤机制粉热风的运行控制问题

直吹式制粉系统锅炉应用等离子点火的首要问题是锅炉启动时磨煤机的干燥出力问题。如果没有热风，磨煤机就没有足够的制粉条件，无法实现整个机组的无油启动。在该机组设计方案中，通过在A磨煤机入口热风道上增加等离子暖风器，使磨煤机在锅炉冷态启动初期即可投入运行。但暖风器在实际运行中出现的主要问题是经暖风器加热后一次风温实际只有130℃左右，远达不到设计值180℃。

由于暖风器蒸汽来源于厂辅汽联箱，要想通过提高暖风器人口蒸汽压力、温度来提高风温，会受到辅汽系统允许压力的限制，通过多次试验，我厂采取了在磨煤机启动前提前1h投入暖风器运行、加大疏水、提高辅汽压力到0.8—0.9MPa等方法，使磨煤机入口一次风温达到150℃，当A磨煤机给煤量为15t/h时，磨煤机出口风温达到60—65℃，基本满足磨煤机的干燥出力要求。在A磨煤机运行2h后，空气预热器后一次风温即可达到170℃，暖风器可以退出运行，顺利解决了磨煤机的冷炉制粉问题。

参考文献：

［1］范良.等离子点火技术在电厂中的应用.电气技术，2008，（5）：97-98.

［2］吴磊，郑占国，刘斌杰，杜建桥.大容量机组应用等离子点火技术存在的问题与解决措施.河北电力技术，2007，26，（1）：17-18.