等离子点火装置起弧及稳弧特性差的原因分析

黄炽煌，陈敏生，廖晓春

(广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳 515223)

等离子点火装置起弧及稳弧特性差的原因分析

黄炽煌，陈敏生，廖晓春

(广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳 515223)

介绍了某1 000 MW超超临界锅炉采用的非接触式等离子点火起弧系统，叙述了其存在的起弧成功率低、稳弧特性差、阴阳极寿命短等问题，分析了影响离子发生器特性差的主要原因，并提出了相应的改造和处理措施。

超超临界锅炉；等离子；点火；非接触式

1 概述

某1 000 MW超超临界机组锅炉是由东方电气集团东方锅炉股份有限公司制造的一次中间再热、单炉膛、尾部双烟道结构锅炉，型号为DG3033/26.15Ⅱ1。该锅炉采用烟气挡板调节再热汽温、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，配置6台HP1163中速磨煤机正压直吹式制粉系统，燃烧器前、后墙各布置3层，最下层(B，F层)采用等离子燃烧器。

锅炉煤粉点火及稳燃系统采用武汉天和技术股份有限公司的THP-1000-1型等离子点火装置，其结构如图1所示。

图1 THP-1000-1型等离子点火装置结构

该装置主要有以下特点。

(1) 采用高频非接触式引弧。在电极电路和直流电源之间串联连接高频引弧器，运行时阴阳极间距保持不变，不需要直线步进电机。

(2) 采用同轴双气室结构。前进气室的压缩空气将等离子体压缩后，由后进气室的压缩空气将等离子体吹出阳极筒体，形成连续、稳定的高温等离子体流。

(3) 采用仪用压缩空气。点火时，每台等离子点火装置的压缩空气流量约为1.5～2 Nm3/min，每台炉最大需要量为32 Nm3/min，需要额外配置1台仪用空压机。

(4) 阴极为空心圆柱体。阴极腔电弧游动变化，避免电极固定灼烧，其可烧蚀面积大，在设计功率下的运行寿命大于170 h。

2 现存的问题

2.1 起弧成功率低

等离子发生器存在随机性起弧不成功的现象。若起弧后立即停用重新拉弧，或者停用一段时间后拉弧，大部分等离子点火装置均无法正常起弧，即便同时更换阴阳极也不能正常起弧。

2.2 稳弧特性差

等离子点火装置起弧成功后，其稳燃的可靠性差，断弧主要以短路跳闸为主。

2.3 阴阳极使用寿命低

运行过程中发现，等离子燃烧器阴阳极使用不到50 h后，端面和腔内局部就出现严重烧蚀现象。优化运行方式和参数设置后，阴阳极的使用寿命有所提高，但距预期值差距仍较大。

2.4 阴阳极装配要求高

该型等离子点火装置起弧方式为非接触式起弧，因此，阴阳极的间隙大小对拉弧成功与否非常重要。阴阳极的装配间隙要求在1 mm左右，但该间隙不易控制；特别是阴阳极经拉弧后其端面出现烧蚀锉刀现象，修平后间隙更大，并且装配完成后也无法对间隙进行测量。

3 原因分析

3.1 起弧特性差的原因分析

经过对等离子点火系统各部件的排查和试验，发现起弧成功率低主要是由高频点火脉冲损耗大引起的。非接触式高频起弧脉冲并联在等离子发生器的阴阳极上，阴阳极通过等离子冷却水的内阻接入锅炉刚性地，此内阻在阳极接地电阻未恶化时约为0.1～1 MΩ，恶化后约为0～0.1 MΩ。

高频起弧电缆长度为12.5 m，正负极电缆 共 25 m， 此 电 缆 (40 kV/4 mm2)对 地 电 容 为2 500 ～ 3 000 pF。在 1 MHz～ 1 kHz 频率下，电容对地电流过大，即绝大部分高频高压脉冲被电缆电容对地电流泄放掉，导致等离子点火装置所获得的实际高频脉冲电流过小，从而导致起弧失败。

3.2 稳弧特性差的原因分析

等离子点火装置断弧后，检查发现阴阳极端面出现较多蚀坑和黑色熔合物。由于阴阳极的间隙较小，杂质随载体风通过高温等离子弧时熔合附着在端面上，导致阴阳极间隙变小，引起短路断弧。黑色熔合物为粉末状，来自仪用压缩空气系统。

如图2所示，每台等离子发生器入口压缩空气过滤器和比例阀中均存在大量氧化铝粉末。比例阀堵塞后，阴阳极载体风风量减少，加剧了阴阳极的烧蚀及氧化。

图2 等离子点火装置支路压缩空气过滤器积粉

3.3 阴阳极使用寿命低的原因分析

对等离子点火装置进行全面检查发现，各支路载体风管与法兰焊接处的焊瘤未清理干净，导致管子通径堵塞近1/3，载体风量减少，如图3所示。非接触式起弧等离子点火装置采用移动风技术，布置轴向和径向载体风2路，风量周期性波动，等离子电弧的起弧点在阴阳极内壁游动。因此，当风量减小时，将导致电弧在单点或小区域运行，造成阴阳极单点或小区域烧穿，导致其使用寿命急剧下降。

图3 等离子点火装置载体风管被焊瘤堵塞

此外，该等离子点火装置阳极较短，造成冷却水带走的等离子体向阳极传递的热量较小，导致阳极烧蚀和氧化速度加快，也会影响阳极的使用寿命。

3.4 阴阳极装配要求高对起弧的影响分析

阴阳极的间隙大小对拉弧成功与否非常重要，装配间隙要求在1 mm左右。当间隙大于1.5 mm时，易出现“有电压、无电流”现象，导致无法起弧;当间隙小于0.8 mm时，易出现“短路”现象，同样也无法起弧。

4 应对措施

针对非接触式等离子点火装置起弧及稳弧特性差的问题，提出了以下应对措施。

(1) 将等离子点火箱移至距离等离子发生器最近的地方，使点火电缆长度减小至6 m，从而减小高频点火脉冲的损耗，提高起弧成功率。

(2) 对仪用压缩空气系统的后处理设备进行局部改造，更换品质高的氧化铝并优化装塔方式，从源头上解决压缩空气的含粉问题。同时，对压缩空气管路进行分段割管吹扫，清理压缩空气管路中的残余氧化铝粉末。

(3) 更换等离子点火装置压缩空气各支路管及法兰，满足等离子压缩空气流量要求。同时，对阳极结构进行优化设计，将其长度加长90 mm，以提高阳极的使用寿命和稳定性。

(4) 制作阴阳极间隙的专用测量小工具。在装配完成后可进行间隙检验，避免间隙控制不合格导致需要重复实施隔离措施。

5 结束语

采用上述措施后，等离子点火装置长期可靠运行，未出现随机性起弧不成功的现象。阴阳极使用寿命得到显著地提高，解决了困扰机组点火和稳燃特性差的难题，这说明采用非接触式起弧等离子点火系统在技术上是可行的。

1 殷立宝，崔振东，余岳溪，等．等离子无油点火技术应用中存在的问题及应对措施[J]．热力发电，2007(1).

2014-02-17。

黄炽煌(1965-)，男，工程师，主要从事电厂运行经济指标分析及优化研究，email：cms0404@163.com。

陈敏生(1980-)，男，工程师，主要从事电厂锅炉生产技术管理工作。

廖晓春(1967-)，男，高级工程师，主要从事电厂锅炉生产技术管理工作。