等离子燃烧器筒壁温超温研究

武晓俊，孙 刚，杨 琦

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

0 引言

某电厂600 MW超临界发电机组，锅炉型号为DG2030/25.4-II9型，为超临界参数变压直流炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、半露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构π型锅炉；采用旋流燃烧器前后墙对冲燃烧，再热汽温采用烟气挡板调节；制粉系统采用双进双出钢球磨冷一次风机正压直吹式制粉系统，5台磨煤机运行，A、B、C 3台磨煤机采用等离子燃烧器，无油点火，设计煤种收到基挥发分为20%，煤粉细度为R90=14%。

1 等离子燃烧器的工作原理

等离子点火技术是利用等离子电弧直接点燃煤粉。在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在专门设计的燃烧器的中心燃烧筒中形成温度T＞5 000 K、温度梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在10-3s内迅速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧[1]。在等离子燃烧器内着火后喷入炉膛，从而代替油枪，实现锅炉点火和稳燃。等离子点火及稳燃系统由等离子燃烧器和等离子发生器及其辅助系统组成，辅助系统主要包括：电源系统，提供等离子发生器所需的直流电；冷却水系统，冷却等离子发生器阳极、阴极等部件；载体风系统，提供等离子发生器产生等离子体所需介质[2]。

2 更换前等离子燃烧器中心筒对燃烧器筒壁温度的影响

首次点火，燃烧器中心筒采用直筒形结构，燃烧器筒壁温度测点一个位于中心筒正上方，一个位于燃烧器喷口处。在预期的设计中，这种中心筒更有利于点燃低挥发分的煤，但在实际的运行中发现，低挥发分的煤不仅难以被点燃，而且还容易烧毁中心筒。

点火前，对C磨煤机进行暖磨、铺煤以及磨碎，控制分离器出口温度在75℃以上，煤质挥发分为23%，等离子电弧电流为220 A，分离器转速为75%。煤粉顺利被点燃，着火稳定后，发现等离子燃烧器筒壁温上升很快，最大到800℃；此时，增加一次风量，提高一次风速，都不能使壁温回落。待运行3 h后发现，筒壁温有下降趋势，最后4个燃烧器壁温稳定在200～400℃。运行12 h停炉后，对C磨等离子燃烧器检查发现，4个燃烧器中心筒均已烧坏，且中心筒内结焦严重，烧毁后的状况如图1所示。后来，对A、B磨运行发现，具有同样的问题。

分析发现：中心筒内钝体较多，不利于一次风的穿过，造成中心筒内风速较低，且中心筒长度较长，筒外风速较高，容易形成回流，再加上中心筒筒内温度较高，远远超过灰的软化温度，所以很容易形成结焦。所以厂家建议更换燃烧器中心筒；对采集到的煤粉，化验煤粉细度远远小于设计工况，所以在稳定着火后，降低分离器转速到60%。

图1 烧坏的燃烧器中心筒

3 更换后的燃烧器中心筒对燃烧器筒壁温度的影响

更换后的燃烧器中心筒结构如图2所示。新的中心筒与旧的中心筒相比，不同之处：中心筒的长度缩短；采用双曲线型的结构，中心筒出口处更有利于扩散；燃烧器和中心筒的连接处，钝体明显减少，这样更有利于一次风的穿过。

图2 更换后的燃烧器中心筒

采用新的中心筒结构后，同样的点火方式，点火初期还是会有短暂的壁温超温，主要发生在给煤量较小时。需要通过增大旁路风的风量，或者是提高一次风压，来提高一次风速，或者是适当降低分离器的出口温度，来控制壁温，但这样又不利于稳定着火。随着磨煤机出力的增加，给煤量在35t/h以上，容量风门开度在40%以上时，维持6.5 kPa以上的一次风压，壁温都不会超温。最后，对燃烧器中心筒检查发现，只有个别中心筒有少量的结焦，并无烧毁现象。

4 煤质变化对燃烧器筒壁温的影响

煤质挥发分较高，容易着火，使得着火距离缩短，在喷燃器出口处可能就会完全点燃，甚至在燃烧器内部就被点燃，这样就容易造成燃烧器壁温超温。鉴于就地着火情况良好，为控制壁温，降低磨煤机分离器出口温度，推迟煤粉燃烧。

实际观察发现，煤粉细度一定的情况下，煤质收到基挥发分在23%，分离器出口温度可降低到60℃，着火稳定，但改变煤种，挥发分降低到18%，分离器出口温度控制则需控制在70℃以上，甚至更高，才能稳定着火。

5 磨煤机入口一次风压对燃烧器筒壁温和着火的影响

等离子燃烧器壁温的超温，需要提高一次风压，提高一次风速，防止中心筒结焦烧毁。但是，风速太高，又会影响到着火的稳定性。图3为等离子壁温随磨煤机入口一次风压的变化曲线，风门开度一定，磨煤机入口一次风压越大，壁温越小，但压力达到7 kPa以上时，壁温随压力的变化则很小。最后，等离子点火模式下，确定点火初期磨煤机入口一次风压力在6.5 kPa，既有利于着火，也不会造成等离子壁温超温。

图3 壁温随一次风压的变化

同时，多次点火发现，点火初期，等离子拉弧电流在180～250 A之间来回调节，对着火影响不大，所以在稳定着火后，逐渐减小等离子拉弧电流，降低等离子燃烧器的功率，节省电耗。最后确定拉弧电流稳定在200～210 A之间，即可满足着火的要求。

6 结论

a）采用缩短型的中心筒等离子点火燃烧器可降低中心筒的壁温，从而有效地防止在点火初期中心筒的烧损。

b）双曲型中心筒结构有利于点火过程中中心筒内热量的携带，中心筒壁温降低。

c）在点火初期，磨煤机的最低给煤量应控制在35 t/h以上，煤量越大，中心筒的冷却效果越好，中心筒壁温下降。

d）在实际运行中，应根据入炉煤的挥发分适时调整一次风量和磨煤机出口温度，避免一次风速低，煤粉燃烧热量在中心筒内聚集，中心筒温度升高。

［1］ 龚鹏，毛永清.等离子点火技术在超超临界机组中的应用［J］.电站系统工程，2011，27（5）：31-34.

［2］ 王华，熊武.某电厂等离子点火技术的应用［J］.节能，2012，（8）：39-41.