等离子点火装置在低挥发分燃煤锅炉的应用

周永辉

（四川广安发电有限责任公司，四川广安 638017）

等离子点火装置在低挥发分燃煤锅炉的应用

周永辉

（四川广安发电有限责任公司，四川广安 638017）

针对四川广安发电有限责任公司＃34机组采用一般等离子点火方式很难点燃低挥发分烟煤的问题，提出了采用大功率等离子点火系统的改造方案。介绍了等离子点火系统改造方案及等离子点火控制逻辑，实现机组启、停炉零燃油，保护了环保设备不受燃油污染。

等离子点火；低挥发分；控制逻辑；节能；环保

1 机组概况及存在的问题

四川广安发电有限责任公司＃34机组于2004年11月投产，其中锅炉为东方锅炉（集团）股份有限公司设计制造的DG1025／18.2-Ⅱ6型亚临界一次中间再热、自然循环、平衡通风、固态排渣、全钢架、全悬吊结构、轻型炉墙、∏型露天布置的单汽包燃煤锅炉，配4台DTM 350／700型磨煤机。燃用煤种为华蓥山脉的低挥发分烟煤，燃烧设计煤种时，煤粉细度R90不大于15%。油燃烧器为简单机械雾化式，单只油枪出力为1 500 kg／h，共12只油枪，燃料为＃0轻柴油。后经少油改造，燃烧器B层新增4只少油机械雾化油枪，单只油枪出力为200 kg／h。

锅炉采用燃油点火系统，机组全冷态开机消耗燃油约25 t，未燃尽油滴附着在选择性催化还原（SCR）系统催化剂、空气预热器蓄热元件、静电除尘器电极上，影响其性能；因锅炉燃油期间无法投运静电除尘器，造成脱硫石膏浆液严重污染，增加了石膏浆液的置换量和时间。该公司燃用华蓥山脉低挥发分（空气干燥基挥发分为13%～15%）烟煤，采用一般等离子点火方式很难点燃。

2 大功率等离子点火系统特点

此次改造采用THPI-300／600-01型等离子发生器，在功率、启弧原理、点火原理、热效率和运行可靠性方面主要有以下特点。

等离子点火技术现阶段主要应用于反应性较好的烟煤项目中，而在低反应性的烟煤和贫煤项目中应用很少，主要原因是受技术制约，现阶段市场上大多数等离子发生器额定功率在150 kW左右，难以保证燃尽率的要求。而THPI-300／600-01型等离子发生器的额定功率为250 kW，最大功率可达300 kW，能为低反应性煤种的引燃提供充足的点火能量；同时，使用中可根据煤质的变化在线调节输出功率，调节范围为110～300 kW，对煤质有广泛的适应性。

该等离子发生器是在俄罗斯第2代等离子点火技术基础上研发出来的最新产品。启弧时，采用区别于电动接触启弧的高频非接触引弧方式：阴、阳间隙引弧，双路载体风，阴极固定可调，阴极内腔电弧游动变化，等离子体与阴极内腔接触面积大，避免电极固定灼烧，大幅度延长阴极使用寿命。

等离子发生器将压缩空气电离，产生稳定、连续的空气等离子流进入燃烧器，形成3000～4000K的等离子高温火核。高温等离子流与煤粉气流发生热化学反应，煤粉中挥发物的含量提高1.2～1.8倍，煤粉被快速加热燃烧，形成燃烧火焰喷入炉膛。

该等离子发生器结构较小，可被设计在等离子燃烧器内部着火点的最前端，避免采用导引弧管而导致能量大幅度衰减，能将全部等离子体弧能量用于煤粉的点燃，热效率高。等离子发生器运行时阴、阳极间距保持不变，不需要步进电机，结构简单，点火期间启弧成功率高，运行稳定、可靠。

3 等离子点火系统改造方案

将＃34锅炉A层4台煤粉燃烧器改造成等离子点火燃烧器，并相应增加电控系统、压缩空气载体风系统、冷却水系统、一次风暖风器加热系统、一次风速在线监测系统及图像火检监视系统；同时，考虑煤质继续变差的可能性，增加了纯氧系统，作为等离子点火系统的补充。

等离子发生器布置在中心防磨套管内，从一次风弯头后沿着燃烧器中心轴向插入。单台等离子发生器的基本参数为：供电电源电压，575×（1± 10%）V；频率，50×（1±5%）Hz；最大消耗功率，300kW；功率调节范围，110～300 kW连续可调。

4 等离子点火控制逻辑

控制逻辑是等离子点火系统安全使用的保障，针对等离子点火特点，在原有锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）逻辑基础上新增等离子运行模式，完善给粉机逻辑。

等离子运行模式下：

（1）如运行中的等离子发生器断弧，联跳对应的给粉机，不联关对应的热一次风门；

（2）等离子发生器运行正常，对应的给粉机启动20 s后对应的煤火检无信号，则跳对应的给粉机；

（3）等离子拉弧成功且热一次风门开启，给粉机启动后，4／4煤火检无火，延时180 s联跳该层等离子发生器、热风一次门及给粉机。

正常运行模式下，运行中的等离子发生器断弧，不跳给粉机，其他维持原逻辑。

等离子发生器跳闸条件（角逻辑）：等离子故障；主燃料跳闸（MFT）；对应的热一次风门关。

等离子发生器启弧允许条件（角逻辑）：等离子启动允许；炉膛吹扫完成，MFT复位；热一次风门打开。

给粉机启动允许条件（角逻辑）：正常运行模式仍按原逻辑；等离子运行模式对每一个角，在原逻辑中加入以下条件：如A1给粉机，加上“A1等离子正常运行”条件。

5 等离子点火系统调试及效果

在锅炉点火热态调试前，完成了静态试验和动态拉弧试验，对影响等离子点火的一次风速、一次风温、煤粉细度、粉量等因素给予了充分的考虑。

（1）布置在一次风旁路风道上的暖风器系统将一次风加热至130℃以上。

（2）改进一次风门挡板并新增风速测量装置，确保一次风速可控、真实。

（3）邻炉输粉系统确保冷态开机用粉。

（4）修改给粉机变频器转速下限值，在确保力矩保护不动作的情况下，尽量减小给粉机转速，降低给粉量。

热态调试时锅炉具备点火条件，等离子拉弧正常，锅炉开始点火。首先A3给粉机运行，调整给粉机转速至220 r／min，给粉量约3 t／h，调整风粉速度至21m／s左右。煤火检在给粉机启动信号发出后16 s检测有火。就地观察，喷口出粉后5 s左右喷口着火开始稳定，火焰明亮，火焰四周无明显的未燃尽黑粉，目测煤粉燃尽率在85%以上。

为验证加氧后效果，A3等离子点火燃烧器加入适量纯氧，给氧量加至110m3／h左右，燃烧器喷口火焰亮度变亮，略刺眼。

从A3等离子点火燃烧器着火情况看，在不加氧气、等离子发生器功率为260～270 kW的情况下，完全可以很好地点燃煤仓煤粉。因此，切断纯氧系统，分别投入A1，A2，A4给粉机运行，转速调整至220～280 r／min，喷口燃烧工况与A3等离子点火燃烧器基本一致。给粉机启动信号发出后16～17 s后煤火检检测有火，喷口出粉后5 s左右，喷口着火开始稳定，火焰明亮，火焰四周无明显的未燃尽黑粉。

4台等离子点火燃烧器先后投入运行，根据锅炉升温、升压需求，给粉量逐渐加大后，随着一次风温的提高，等离子发生器功率可降至220～250 kW，将风粉速度提高至22～25m／s，也能很好地点燃煤粉。锅炉升温速度逐渐升至1.5℃／min，完全满足升温、升压需求。

此次启动用煤属于高灰分（灰分为36.67%）、低反应性（收到基挥发分为13.97%）、较难引燃的煤种，通过合理控制燃烧参数，实现了全程使用等离子点火，开机全程锅炉零燃油。等离子点火装置热态调试完毕后2个月，＃34锅炉又分别完成1次冷态启动和滑停，未使用纯氧系统，实现启、停机全程锅炉零燃油，再次对等离子点火装置的改造效果进行了考核、验证。

6 结论

（1）大功率等离子发生器技术和贫煤等离子点火燃烧器技术配合运用，能在不加氧的工况下很好地点燃高灰分、低反应性燃煤，燃烧稳定、燃尽率高，能实现锅炉的无油启动。

（2）大功率等离子发生器启炉过程中，运行稳定、无断弧，启弧成功率达100%，相对于微油油枪更为稳定。

（3）大功率等离子点火装置适应煤质范围广，在锅炉的冷态启动过程中，煤质经历由贫煤到烟煤，再由烟煤回到贫煤的变化，通过远方调节等离子发生器功率及风粉速度，很好地应对了煤质的变化。

（4）该等离子点火系统的逻辑保护完善，启动方案严谨，整个启动过程平稳、安全，无异常现象。

（5）环保效益明显，开机全过程投入静电除尘器，脱硫吸收塔浆液不受污染，烟囱不冒黑烟。

（本文责编：刘芳）

TK 227.7

：B

：1674-1951（2015）05-0059-02

周永辉（1977—），男，四川乐山人，工程师，从事电厂运行管理及节能对标等方面的工作（E-mail：afly77＠163.com）。

2014-11-18；

2015-04-06