1、等离子点火技术现有问题分等离子点火技术现有问题分等离子点火技术现有问题分等离子点火技术现有问题分析及解决措施的研究析及解决措施的研究析及解决措施的研究析及解决措施的研究负责人：王泽宸指导老师：黄章俊1.1.研究背景和意义研究背景和意义 我国石油资源极度短缺，2010年，我国石油消费量达到 4.49亿吨，而石油产量仅为2.03亿吨，石油已成为影响我 国能源和经济安全的战略物资。每年电站煤粉锅炉启动点 火、低负荷的稳燃和新机组 调试用油，均在300万吨左右，是我国的用油大户。通过对等离子点火技术目前存在的问题进行调研分析，提出相应的解决措施，旨在为等离子点火技术在电厂锅炉无油点火中的应用提供参考和
2、借鉴。背景意义2.2.等离子点火技术的简介等离子点火技术的简介 等离子点火装置是利用直流电流在介质气压条 件下接触引弧，并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超过5000K且温度梯度极大的局部高温区。煤粉颗粒在该局部高温区（即等离子“火核”）受到高温作用，并在10-13秒内迅速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。由于反应是在气相中进行，使混合物组分的粒级发生了变化。因而使煤粉的燃烧速度加快，有助于加速煤粉的燃烧，大大地减少点燃煤粉所需要的引燃能量。同时，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（O
3、H、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。2.1等离子点火技术的原理等离子点火技术的原理等离子体2.22.2等离子点火装置的构成等离子点火装置的构成 等离子点火系统的构成 等离子发生器：产生功率为60130KW的等离子体；电源柜及供电系统：将三相380V整流成直流用于产生等离子体；图图1 1 等离子发生器原理图等离子发生器原理图2.22.2等离子点火装置的构成等离子点火装置的构成 燃烧器：与等离子发生器配套使用点燃煤粉；辅助系统：由冷却水、空气的供给系统组成；控制系统：由PLC、CRT、通讯接口和数据总线 构成；2.32.3等离子点火装置的基本
4、等离子点火装置的基本参数参数参数名称参数值单位载体空气压力11kPa调节阀后空气压力6kPa等离子拉弧空气压力6kPa最大耗气量100Nm3/h 冷却水工作压力0.30.5MPa进、出口最小压差0.2MPa单台最大冷却水流量10t/h最大消耗功率130kW正常工作功率范围70110kW负荷电流工作范围DC(200375)A电弧电压工作范围DC(250400)V重量125kg2.32.3等离子点火装置的基本参数等离子点火装置的基本参数等离子点火装置图片讲解等离子点火装置图片讲解3.3.等离子点火装置的优点等离子点火装置的优点 1、采用等离子技术，使空气和燃料发生了裂解，提高了反应物的活化度，增加
5、了火焰的传播速度，可使燃烧过程特征时间下降。2、燃烧过程中产生的NOx、CO及灰渣含量大为降低，减少了环境污染。3、电厂采用单一燃料后，减少了油品的运输和储存环节，并改善了电厂的环境，社会环保效益十分显著。4、等离子技术可以在很大程度上提高点火的可靠性及燃烧的稳定性。5、克服了以往重油系统经常出现的雾化喷嘴堵塞等系统维护、检修所带来的巨大工作量，具有很好的安全效益。等离子 点火 的优点4.4.等离子点火存在的问题等离子点火存在的问题1 1、煤种适应性较差的问题2、阴极使用寿短的问题3、机组启动速率过快的问题4、飞灰在尾部烟道自燃的问题5、等离子燃烧器结焦的问题6、控制逻辑的问题7、等离子冷态启
6、动点火初期煤粉燃尽率低的问题 七大问题4.14.1煤种适应性较差的问题煤种适应性较差的问题 现有等离子点火装置对煤种的适应性较差。特别是对于挥发分较低的贫煤和劣质煤，遇到的问题更多。已有实践经验表明，实际运行时煤质收到基挥发分达到20%以上才能确保现有等离子点火装置的点燃成功率。因此，在当前火电厂煤种来源多样和煤质多变的情况下，等离子点火装置的煤种适应性问题越来越突出。4.24.2等离子点火器阴极使用寿命短等离子点火器阴极使用寿命短 通过调研实习可知，现有等离子点火器阴极头的使用寿命最长不超过100小时。通常，等离子点火器运行5070小时后就需要更换阴极头，但5070小时对于新机组调试而言是不
7、够的。同时，等离子点火器的阴极使用寿命和等离子的电流、电压、冷却水压力、载体风压力等运行参数密切相关。如果等离子点火器的运行参数调整不当，阴极使用寿命甚至比50个小时还要短，具体见图2图3。等离子点火装置阴极头未经使用的阴极头，其上方表面光滑使用过的阴极头其上表面中间有圆洞，是由于高温的电弧将其表面融化而成的。阴极头上表面图案为螺旋状，是由于风压和风速没有控制好所形成的。4.34.3机组启动速率过快机组启动速率过快 为了达到节油的目的，等离子点火机组必须在冷炉启动时就投入制粉系统。但是磨煤机存在一个最低运行负荷，否则会对设备造成较大损害，尤其是中速磨煤机，当给煤量低于一定值时，其振动及磨损将急
8、剧增大。在机组冷启动时，如果投入大量煤粉进行燃烧，将使锅炉受热面升温过快；同时，烟温升温过快会造成低温受热面的空气预热器受热不均匀而造成变形，致使回转式空预器剧烈振动，严重时甚至会导致空预器转子卡塞。因此，等离子点火机组普遍存在启动速率过快的问题。4.44.4飞灰在尾部烟道自燃飞灰在尾部烟道自燃的问题的问题 虽然等离子点火产生的局部温度很高，但是锅炉整体热强度不够，局部会造成煤粉未完全燃烧，飞灰中可燃物的质量分数一般可达30%40%。在整套起动空负荷试运阶段，由于过早地投入电除尘器，未燃尽灰输送到灰库后造成含碳量高的飞灰堆积在灰库中。灰库的气化风温度在100以上，可能引起烟道尾部再燃或除灰设备
9、燃烧等事故。4.54.5等离子燃烧器结焦等离子燃烧器结焦 等离子燃烧器是在燃烧器内将煤粉逐级点燃煤粉，在燃烧器内会形成一个高温区，如果燃烧器壁面附近的温度超过所燃煤的流化温度就容易引起燃烧器结焦。等离子结焦是在燃烧器一次室内，部位在浓一次风入口正对一次室侧壁上，结焦引起一次室通流截面的面积减小，不仅影响一次风流速而且会改变一次风的出口方向，当锅炉燃用挥发分较高的结焦煤种时，结焦现象更明显 这种现象主要是由于二次风量过大，排挤了一次风，使得一次风风速有所降低，从而使燃烧器一次室煤粉量偏大，室温偏高引起结焦。4.64.6控制逻辑的问题控制逻辑的问题（1）手动启弧逻辑：等离子点火装置使用过程中，最常
10、见的问题是等离子断弧。发生断弧的原因主要有：燃烧器内结焦堵塞等离子发生器，载体风压过低，辅助系统故障等。有些等离子点火装置的逻辑只有在“等离子模式”才允许等离子启弧。（2）磨煤机出口门控制逻辑：制粉系统原有的每台磨煤机四个出口门是接收同一个指令进行同时开关控制，运行经验表明，单个等离子点火装置在运行过程中灭弧的情况是比较常见的，而两个等离子点火装置同时灭弧情况很少出现，对于灭弧情况的处理，多数等离子厂家设计的逻辑是：等离子单角灭弧时，便投入相应角油枪，但往往油枪很难将单角煤粉点燃。（3）火焰检测问题：等离子点火过程中，由于给煤量比较少，又不能完全燃尽，故煤火焰检测器很难检测到稳定火焰，同时，在
11、吹管期间火检模拟量信号变化范围在30%70%之间，如果作为全火焰丧失的检测信号显然是不可靠，在吹管期间，经常出现火检信号失去而跳磨煤机，导致锅炉主燃跳闸（MFT）现象。4.74.7等离子冷态启动点火初期煤粉燃尽率低等离子冷态启动点火初期煤粉燃尽率低 等离子点火只是把煤粉中的挥发分迅速电离出来并点燃，进而引燃部分煤粉，而固定碳的完全燃烧取决于炉膛温度水平。在点火初始阶段，由于炉温较低，煤粉不能完全燃烧。磨煤机刚启动时，为满足锅炉升温、升压速率的限制及保护再热器，炉膛烟温控制的比较低，初始给煤量比较低，因此煤粉浓度低，着火情况不够理想。为了防止飞灰可燃物浓度高造成的锅炉尾部烟道再燃或预热器、除灰设
12、备着火等重大事故，须尽可能提高等离子点火初期煤粉燃尽率。5 5 等离子点火技术问题的解决等离子点火技术问题的解决措施措施1、煤种适应性较差的解决措施2、等离子点火器阴极使用寿短的解决措施3、机组启动速率过快的解决措施4、飞灰在尾部烟道自燃的解决措施5、等离子燃烧器结焦的解决措施6、控制逻辑的解决措施7、冷态启动点火初期煤粉燃尽率低的解决措施七大解决措施5.1煤种的适应性差的解决措施煤种的适应性差的解决措施 措施是保证等离子点火时的入炉煤质，重点是保证等离子点火装置对应的原煤仓的煤质，以便保证点火或稳燃的煤质。其次当等离子点火有困难时可以采取增大等离子点火器电流的措施，只是采取增大等离子点火器电
13、流的措施，影响点火器阴阳极头寿命第三要保证后备燃油点火装置工作正常，油枪随时投入运行。5.25.2等离子点火装置的阴极等离子点火装置的阴极使用寿命短的解决措施使用寿命短的解决措施 在运行过程中，要特别注意调整电流和电压，尽量使等离子装置的运行电流趋于稳定，电压每次调整的幅度不要大，进行多次微调电压；保持对阴极头清扫可以延长其使用时间，更换阴极头时，在取出阴极棒的过程中一定要保持水平，否则会损坏密封圈，造成更严重的后果。为避免阴极材料烧损，要很好地冷却阴极头，在调试期间，对等离子点火器冷却水压力和空气压力要进行优化调整，原设计冷却水压力为0.4MPa、空气压力为1015kPa，在实践中将冷却水提
14、高压力0.5 MPa，空气压力调整到911kPa，此外冷却水使用除盐水，要在冷却水与锅炉水中添加化学试剂（氨和联氨）。5.35.3机组启动速率过快的解决措施机组启动速率过快的解决措施（1）降低磨煤机最低运行负荷，这通过制粉系统调整或重新修改制粉系统设计来降低制粉系统的最低负荷；（2）提前投入油枪进行预热，只是这样节油效果会降低；（3）投用炉底加热。解决措施5.4飞灰在尾部烟道自燃的解决措施飞灰在尾部烟道自燃的解决措施为防止该类事故发生，要求在机组并网后，机组运行稳定时方可投入电除尘器运行，此时实测飞灰可燃物一般在4%以下，并且灰库系统不连续通入加热的气化风，只有在放灰时，通入热的气化风；另外就
15、是加快灰库系统的放灰频率。因此在投用等离子燃烧器期间，注意保持空气预热器连续吹灰，可避免发生尾部再燃烧同时，大量运行经验表明，在点火初期建议适当降低一次风速，待煤粉点燃后逐渐提高风速至设计值，同时调平各一次风管的一次风速，使风速偏差控制在5%以内，对磨煤机出口分离器挡板开度可适当关小，尤其点火时提高煤粉细度，并在等离子点火系统投入前，全面检查除尘设备，清除里面未燃尽的飞灰，可防止飞灰的自燃和锅炉尾部再燃烧。5.55.5等离子燃烧器结焦的解决措施等离子燃烧器结焦的解决措施 启动过程中，为了避免结焦严重，根据给煤量的多少，调整好一二次风量，通过减少二次风量相对提高一次风速来解决。另外，在运行过程中
16、要密切关注燃烧器壁温的变化情况，尽量避免燃烧器出现超温现象，如果燃烧器的壁温有超温现象，需要采取降低等离子发生器的功率提高一次风速等手段来进行调整 如果燃烧器壁温经过上述调整还是没有降低，则可考虑把超温的那个角的等离子停止拉弧35分钟，以便燃烧器冷却，且把可能已结的焦块通过一次风粉的冲刷而去除也有厂家从送风机出口引一根管子到一次燃烧室外壁面，用冷风直接冷却一次室来降低壁温，这种方法效果很明显。5.65.6控制逻辑问题的解决措施控制逻辑问题的解决措施（1）手动启弧逻辑的解决措施：发生断弧时，运行人员可手动启弧一次。有些等离子点火装置的逻辑只有在“等离子模式”才允许等离子启弧，可以改在“正常模式
17、也允许手动启弧。（2）磨煤机出口门控制逻辑的解决措施：当单角灭弧，磨煤机对应的出口门如果不关闭的话，将影响炉膛的安全运行。为此需要更改磨煤机出口门的控制逻辑，即控制逻辑改为：一旦单个角断弧，就关闭相应磨煤机出口门。（3）火焰检测问题的解决措施：在等离子模式下，在FSSS 逻辑，对应角火焰存在信号的控制逻辑改为：给煤机启动后，煤火焰检测器本身的检测信号和等离子拉弧成功的信号是逻辑“或”的关系。5.75.7等离子冷态启动点火初期煤粉等离子冷态启动点火初期煤粉燃尽率低的问题燃尽率低的问题 1)煤粉细度对等离子煤粉点火燃烧器的着火特性有很大的影响，煤粉越细，升温越快，燃尽率越高。在点火试运期间可改变
18、改变磨煤机出口的分离器挡板开度和煤粉细度。将磨煤机分离器挡板开度从初始的55%适当调小，既增加磨内煤粉循环次数，提高出口温度，降低震动几率，又可使煤粉着火稳定性明显提高，火焰明亮，炉膛燃烧状况良好，但在回调时要注意挡板的空行程。2)一次风速的合理选择对煤粉燃烧状况至关重要。当一次风速较低时，将引起燃烧器结焦、烧损甚至一次风管堵塞等问题；较高的一次风速会导致煤粉经过等离子弧核区的时间相对较短，煤粉着火情况较差，飞灰含碳量高。按照煤量20t/h，点火浓度0.360.52kg/kg，最低不得低于0.3kg/kg计算，对应风量参数应该为45t/h。在点火时控制此值，待点燃后再适当提高一次风速。从实际燃
19、烧情况看，调整一次风速为18m/s(磨煤机入口风量可调参数范围为4072t/h)后，煤粉着火稳定、火焰中心变亮。5.75.7等离子冷态启动点火初期煤粉等离子冷态启动点火初期煤粉燃尽率低的问题燃尽率低的问题 3)磨煤机出口温度对等离子煤粉点火燃烧器的着火特性有很大影响，一次风温度越高，煤粉着火所需要的着火热量越少，煤粉越容易燃尽。因此等离子点火装置投运时，应尽量提高磨煤机出口风粉混合物的温度。在磨煤机实际启动过程中，如果暖磨时间不够，给煤后磨煤机出口温度迅速降至53 以下，炉内火焰发暗，闪烁频繁，煤粉燃烧状况不佳。磨煤机出口温度升至63，炉内火焰明亮、无闪烁，煤粉燃烧状况良好。因此，要增加暖磨时
20、间，将磨煤机及一次风管充分暖透，关严冷风门，同时将磨煤机出口温度强制（温度不符合磨煤机逻辑，但是人为使磨煤机继续工作），考虑到等离子对煤粉浓度的适应范围较广，可维持风量的上限运行。4)冷态启动的准备工作应充分，在满足升温、升压曲线的前提下，应尽快提高炉膛温度，尽早投入其它燃烧器，伴随着热风温度及炉膛温度的升高，喷口火焰明显变长、变亮，煤粉燃尽率得到显著提高。6 6、经济效益分析、经济效益分析6 6、经济效益分析、经济效益分析 经过课题的分析及研究，阴极头有原来的平均寿命90个小时，变为平均115个小时，阴极头寿命提升了28%；2011年中国火电厂装机总容量为6.78亿千瓦，那么则需要阴极头约为
21、10000个，假设电站锅炉全都安装使用等离子点火装置，并且全国的火电厂都以330MW的火电厂来建设。已知330MW火电厂需要等离子点火装置5台，一个阴极头的价格约为3080元，那么本项目的成果，将节约成本约2600万元，与此同时也节约了大量的人力资源。7 7、结论、结论 1.给工作人员的建议 等离子点火装置在火电厂燃煤锅炉启动稳燃过程中，节油降低发电成本发挥重要作用，但是等离子点火装置突出存在煤种的适应性差等常见问题。为保证等离子点火装置的正常工作，建议运行人员注意如下事项。（1）做好等离子点火前的炉膛吹扫工作；（2）四角启弧后，应派人到就地检查拉弧情况；（3）在点火初期，要根据给煤量与磨煤机
22、入口风量等参数，严格控制风 粉速度，尤其是煤粉浓度等重要参数；（4）磨煤机刚启动时，重点监视磨煤机的电流、出口温度、内部压力、入口风温及一次风量，同时观察炉内煤粉进入情况等；（5）当等离子点火装置投入，必须通过烟温探针监控炉膛温度，使其控制在规定值，以便保护再热器，防止其管壁超温，一旦超温，应降低磨煤机的最小出力；（6）在整个点火过程中，始终要加强对炉内燃烧状况监视，根据火检信号分析判断炉内燃烧情况，一旦发现炉内燃烧恶劣，炉膛负压波动大，在采取提高点火器功率的同时，调整风量及一次风速、煤粉浓度以及炉膛总风量等措施；若燃烧仍不好，应立即停止磨煤机运行，停止点火器运行，进行炉膛吹扫，查明原因后，再
23、重新启动；（7）整个点火过程中，需要尽量减少炉底部风量，相对加大顶部风量等措施；（8）运行人员需熟练掌握本厂等离子装置的控制逻辑，防止人为误操作导致锅炉主燃跳闸（MFT）的发生；7.27.2等离子点火系统基本参数最佳等离子点火系统基本参数最佳设置设置 序序号号项目项目最佳值可调范围备注1等离子冷却水压力（等离子冷却水压力（MPa）0.50.4-0.6压力不要超过0.65Map2等离子载体风压力（等离子载体风压力（kPa）109-11压缩空气拉弧（要定期检查油、水分离器排污情况）3图像火检冷却风压力（图像火检冷却风压力（kPa）阀门全开即可4暖风器加热蒸气压力（暖风器加热蒸气压力（MPa）1.0
24、0.8-1.3点火初期越高越好5暖风器加热蒸气温度（暖风器加热蒸气温度（）280240-300点火初期越高越好（气温最好控制在240-280度之间，可开大输水阀门增加用气量）6磨煤机出口风温（磨煤机出口风温（）7555-87冷态启炉初期磨煤机投煤后出口温度维持在65度以上，尽可能暖透磨体再投煤，投粉后关闭冷一次风门，开大热一次风门开度，尽快提高磨出口温度7磨煤机入口风量（磨煤机入口风量（t/h）4540-72冷态启炉初期最低不得低于44t/h风，二次风(本层周界风)门开度初期在10%以内，随着燃烧稳定后逐步开大 8给煤机给煤量（给煤机给煤量（t/h）1613-36冷态启炉初期维持给煤量在15t
25、/h煤左右，磨煤机出口分离器挡板开度在35-40%以内，保证煤粉细度R90在18-15%以内.9煤粉浓度（煤粉浓度（kg/kg）0.30.25-0.5参考第8项磨煤机给煤量10一次风风速（一次风风速（m/s）1816-28参考第7项磨煤机入口总进风量11等离子设定电流（等离子设定电流（A）300280-330正常在300A拉弧即可，燃烧稳定后电流调整到280A即可（可以增大阴极头使用寿命）12等离子运行电压（等离子运行电压（V）260260-330拉弧电压是随着阴极的消耗会逐步的增高，波动过大时注意查看阴极使用时间及参数的设定13拉弧间隙（拉弧间隙（mm）3025-30目前间隙厂家都是校正过的
26、运行人员不要随意调整，以免影响电弧稳定性14燃烧器壁温（燃烧器壁温（）180400度以下超过300度及时调整风、粉配合比并查明原因，超过500度以上温度还得不到控制的话，停运故障角等离子发生器（温度在400度以上时需要紧跟观察，因为温度上涨非常快，而且时间也很短）感谢黄章俊老师的指导，感谢大家感谢黄章俊老师的指导，感谢大家的耐心的观看和细致的审阅。的耐心的观看和细致的审阅。恳请各位恳请各位评委评委老师及同学提出宝贵老师及同学提出宝贵意见！意见！谢谢！谢谢！等离子点火技术现有问题分等离子点火技术现有问题分等离子点火技术现有问题分等离子点火技术现有问题分析及解决措施的研究析及解决措施的研究析及解决措施的研究析及解决措施的研究
