等離子體點火器系統(tǒng)組成

等離子體點火器系統(tǒng)組成一、等離子發(fā)生器等離子發(fā)生器是用來產(chǎn)生高溫等離子電弧的裝置，其主要由陽極組件、陰極組件、線圈組件三大部分組成，還有支撐托架配合現(xiàn)場安裝。等離子發(fā)生器設(shè)計壽命為5～8年。陽極組件與陰極組件包括用來形成電弧的兩個金屬電極陽極與陰極，在兩電極間加穩(wěn)定的大電流，將電極之間的空氣電離形成具有高溫導電特性等離子體，其中帶正電的離子流向電源負極形成電弧的陰極，帶負電的離子及電子流向電源的正極形成電弧的陽極。線圈通電產(chǎn)生強磁場，將等離子體壓縮，并由壓縮空氣吹出陽極，形成可以利用的高溫電弧。圖5-3-1等離子點火器外形圖（1）陽極組件陽極組件由陽極、冷卻水道、壓縮空氣通道及殼體等構(gòu)成。陽極導電面為具有高導電性的金屬材料鑄成，采用水冷的方式冷卻，連續(xù)工作時間大于500小時。為確保電弧能夠盡可能多的拉出陽極以外，在陽極上加裝壓弧套。（2）陰極組件陰極組件由陰極頭、外套管、內(nèi)套管、驅(qū)動機構(gòu)、進出水口、導電接頭等構(gòu)成，陰極為旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的等離子發(fā)生器還需要加裝一套旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)。陰極頭導電面為具有高導電性的金屬材料鑄成，采用水冷的方式冷卻，連續(xù)工作時間大于50小時。（3）線圈組件線圈組件由導電管繞成的線圈、絕緣材料、進出水接頭、導電接頭、殼體等構(gòu)成。導電管內(nèi)通水冷卻，壽命為5年。二、等離子電氣系統(tǒng)等離子發(fā)生器電源系統(tǒng)是用來產(chǎn)生維持等離子電弧穩(wěn)定的直流電源裝置。其基本原理是通過三相全控橋式晶閘管整流電路，將三相交流電源變?yōu)榉€(wěn)定的直流電源，其由隔離變壓器和電源柜兩大部分組成。電源柜內(nèi)主要有由六組大功率晶閘管組成的三相全控整流橋、大功率直流調(diào)速器6RA70、直流電抗器、交流接觸器、控制PLC等。等離子電源系統(tǒng)用隔離變壓器參數(shù)：額定電壓：0.38/0.36KV額定功率：200KVA額定頻率：50HZ相數(shù)：三相接線方式：Δ/Y冷卻風式：自然冷卻絕緣等級：F絕緣水平：AC3/3溫升：100K選用材料：30Q130冷軋有取向硅鋼片、環(huán)氧樹脂真空澆注.隔離變壓器的主要作用是隔離。一次繞阻接成三角形，使3次諧波能夠通過，減少高次諧波的影響；二次繞組接成星型，可得到零線，避免等離子發(fā)生器帶電。三、等離子空氣系統(tǒng)壓縮空氣是等離子電弧的介質(zhì)，等離子電弧形成后，通過線圈形成的強磁場的作用壓縮成為壓縮電弧，需要壓縮空氣以一定的流速吹出陽極才能形成可利用的電弧。因此，等離子點火系統(tǒng)需要配備壓縮空氣系統(tǒng)，壓縮空氣的要求是潔凈的而且是壓力穩(wěn)定的。壓縮空氣由空壓機經(jīng)過濾裝置儲氣罐出口母管的管道分別送到等離子點火裝置，等離子點火裝置上的壓縮空氣管道上設(shè)有壓力表和一個壓力開關(guān)，把壓力滿足信號送回本燃燒器整流柜，入口的壓縮空氣壓力要求不大于0.02MPa，每臺等離子裝置的壓縮空氣流量約為1.0Nm3/min-1.5Nm3/min。壓縮空氣系統(tǒng)中同時設(shè)計有備用吹掃空氣管路，吹掃空氣取自圖像火檢探頭冷卻風機出口母管，用于保證在鍋爐高負荷運行、等離子點火器停用時點火器不受煤粉污染。圖5-3-2壓縮空氣系統(tǒng)圖四、等離子冷卻水系統(tǒng)等離子電弧形成后，弧柱溫度一般在5000K到30000K范圍，因此對于形成電弧的等離子發(fā)生器的陰極和陽極必須通過水冷的方式來進行冷卻，否則很快會被燒毀。為了保證良好的冷卻效果，需要保證冷卻水壓力不低于0.3MPa，冷卻水溫度不能高于30℃。為減少冷卻水對陽極和陰極的腐蝕，采用除鹽化學水作為冷卻水。冷卻水經(jīng)母管分別送至等離子點火器，單個等離子點火器的冷卻水用量約為10t/h，冷卻水進入等離子裝置后再分兩路分別送入線圈和陽極，另一路進入陰極?；厮捎脽o壓回水，等離子點火器回水經(jīng)母管流經(jīng)換熱器冷卻后返回冷卻水箱。等離子裝置來水管道上設(shè)有手動調(diào)節(jié)閥，用于調(diào)整等離子點火器冷卻水流量，同時安裝有冷卻水壓力表、過濾器及壓力開關(guān)，壓力滿足信號送回等離子整流柜。每臺發(fā)生器來水管路裝有壓力開關(guān)，壓力滿足信號送至控制系統(tǒng)PLC，保證等離子點火燃燒器投入時冷卻水不間斷。圖5-3-3冷卻水系統(tǒng)圖五、監(jiān)控系統(tǒng)為了確保等離子燃燒器的安全運行，在燃燒器的相應(yīng)位置安裝了監(jiān)視壁面溫度的熱電偶。安裝位置如圖5-3-4所示。熱電偶的型號主要為K分度或鎧裝熱電偶。圖5-3-4壁溫測量為了在等離子燃燒器運行時能夠監(jiān)測一次風速，控制一次風速在設(shè)計范圍，在一次風管加裝一次風速測量系統(tǒng)。六、圖像火焰監(jiān)視在DLZ-200等離子點火系統(tǒng)中為每個等離子點火燃燒器配置了一支高清晰圖像火檢探頭。該探頭采用軍用CCD直接攝取煤粉燃燒的火焰圖像，圖像清晰，不失真。為使CCD避開爐內(nèi)高溫，每只探頭均采用長工作距監(jiān)測鏡頭，探頭外層加裝了隔熱機構(gòu)，有效阻斷二次風傳導熱及爐膛輻射熱。探頭前部采用特種耐溫玻璃，能抗1500℃熔融灰渣對鏡面的沖刷，鏡面長期光滑無損。每只探頭均需通入冷卻風，一方面冷卻CCD和鏡頭，另一方面冷卻風通過探頭前端3通道風3組合弧形冷卻風噴射機構(gòu)，可避免飛灰、焦塊污染鏡頭。技術(shù)參數(shù)：①探頭風阻：進口風質(zhì)P1=2000Pa時，冷卻風風管Q=64Nm3/h②探頭外徑：φ69mm③CCD工作電壓：U=12V/DC④輸出信號：標準Pal制式視頻信號⑤在冷卻風正常工作情況下耐溫1200℃1、等離子體點火器的運行啟動前的主要冷態(tài)調(diào)整試驗項目：(1)等離子燃燒器對應(yīng)的一次風管流速標定；(2)上述一次風管預調(diào)平；(3)冷風蒸汽加熱器蒸汽壓力、溫度、流量、風量、風側(cè)阻力及出入口風溫的調(diào)整試驗；(4)等離子點火器拉弧試驗。2、首次鍋爐冷態(tài)點火啟動（以A制粉系統(tǒng)為例）在第一次冷態(tài)點火啟動時，投運等離子燃燒器無油點火并進行膨脹檢查、熱緊螺栓和吹管。在等離子燃燒器投入過程記錄每一只等離子燃燒器從投煤到點燃的時間間隔，進行煤粉細度調(diào)整，確認煤粉細度和分離器擋板開度及一次風速的關(guān)系。其具體步驟如下：(1)啟動一臺一次風機，投入A磨暖風器，A磨煤機暖磨，待磨煤機出口風溫至50℃；(2)投A磨給煤機，A磨布煤；(3)順序啟動4臺等離子點火器，并調(diào)整電壓、電流至最佳值；(4)啟動A磨煤機，給煤量維持在最低出力下等離子燃燒器投入運行，根據(jù)著火情況，記錄每一只等離子燃燒器從投煤到點燃的時間間隔；(5)進行制粉細度調(diào)整，確認磨煤機的最低出力，以及在最低出力下煤粉細度和分離器擋板開度及一次風速的關(guān)系等試驗，調(diào)整各參數(shù)至最佳值；(6)逐漸使鍋爐升壓至0.5MPa，在此過程完成膨脹檢查、熱緊螺栓等工作；(7)根據(jù)鍋爐升溫、升壓曲線，調(diào)整磨煤機的給煤量，完成不同出力下等離子燃燒器的性能調(diào)整試驗。3、鍋爐冷態(tài)啟動（以A磨煤機為例）(1)啟動引風機、送風機、一臺一次風機；(2)投A磨給煤機，A磨布煤；(3)投入A磨暖風器，A磨煤機暖磨，待磨出口風溫升至50℃；(4)順序啟動4臺等離子點火器，并調(diào)整電壓、電流至最佳值；(5)啟動A磨煤機，給煤量維持最低出力，等離子燃燒器投入運行，根據(jù)著火情況，調(diào)整各參數(shù)至最佳值，著火穩(wěn)定后，調(diào)整給煤量至適當出力運行；(6)根據(jù)鍋爐升溫、升壓曲線，逐漸調(diào)整磨煤機的給煤量，觀察爐膛出口煙溫和爐內(nèi)燃燒情況,如燃燒穩(wěn)定,可繼續(xù)增加出力,觀察爐出口煙溫是否超限(5380C),適當調(diào)整上層燃燒器噴入的的冷風量,完成汽輪機沖轉(zhuǎn)、定速，發(fā)電機并網(wǎng)等工作；(7)逐漸調(diào)整磨煤機給煤量，機組升負荷至12%BMCR；(8)依順序投運其他各層燃燒器、磨煤機，升負荷；(9)根據(jù)規(guī)程規(guī)定，投運等離子燃燒器以外的每只燃燒器之前，應(yīng)先投對應(yīng)的小油槍。待煤粉點燃著火燃燒穩(wěn)定后立即將小油槍退出運行；(10)在鍋爐達到50%負荷并且燃燒穩(wěn)定時，依順序?qū)⒌入x子點火器退出運行。4、機組滑停過程中等離子燃燒器的投入和停運（以A制粉系統(tǒng)為例）(1)機組降負荷至50％，維持三臺磨煤機運行；(2)維持A磨煤機給煤量32t/h，按順序啟動1～4號等離子點火器，調(diào)節(jié)電弧功率在110KW左右；(3)根據(jù)汽溫要求，逐步降低其它給煤機給煤量至最小，停磨；(4)根據(jù)汽溫要求，逐步降A(chǔ)給煤機給煤量，發(fā)電機解列，汽輪機打閘，停A磨，鍋爐熄火。5、等離子運行調(diào)節(jié)注意事項:(1)鍋爐具備點火啟動條件，引、送風機投入，相應(yīng)的等離子燃燒器一次風速保持在18—20m/s；(2）等離子發(fā)生器拉弧穩(wěn)定后，根據(jù)爐溫及所燃煤種的好壞情況，調(diào)節(jié)電弧的電流及電壓，使電弧功率穩(wěn)定在90—110KW范圍內(nèi)(實際為85-90KW)；要防止投入功率的節(jié)躍，應(yīng)采?。簲U大等離子燃燒器的出力范圍，使其既能適應(yīng)低負荷的要求，又能適應(yīng)最大出力的要求。等離子燃燒器達到最大負荷后再投入第二臺磨煤機,并及時將第一臺磨煤機出力降低；(3）調(diào)整磨煤機出力和細度至最佳狀態(tài)。降低中速磨煤機出力的措施：降低碾磨壓力；調(diào)整分離器開度；適當減小一次風量，但風量的調(diào)整應(yīng)滿足一次風管的最低流速，中速磨最低風量應(yīng)保證允許的風速，同時要注意磨煤機的振動情況。在等離子點火裝置投運期間，磨煤機受最低煤量限制，投入的燃料量可能較大，要注意觀察爐水和蒸汽壓力升高的速度以及過熱器、再熱器的溫升情況，根據(jù)鍋爐升壓、升溫曲線，通過調(diào)整機組旁路系統(tǒng)閥門的開度，控制鍋爐升壓、升溫速度，同時要防止鍋爐壁溫差超限及過熱器、再熱器在干燒階段超溫(4）加強爐內(nèi)燃燒狀況監(jiān)視，實地觀察爐膛燃燒，火焰應(yīng)明亮，燃燒充分，火炬長，火焰監(jiān)視器顯示燃燒正常，如發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)燃燒惡劣，爐膛負壓波動大，應(yīng)迅速調(diào)節(jié)一次風速及給煤機轉(zhuǎn)速，若爐膛燃燒仍不好，應(yīng)停止等離子發(fā)生器，經(jīng)充分通風，查明原因后重新再投；(5）調(diào)整等離子燃燒器燃燒的原則為：既要保證著火穩(wěn)定，減少不完全燃燒損失，提高燃盡率，又要隨爐溫和風溫的升高盡可能開大氣膜或周界冷卻風，提高一次風速，控制燃燒器壁溫測點不超溫，燃燒器不結(jié)焦，在滿足升溫、升壓曲線的前題下，盡快提高爐膛溫度，有利于提高燃燒效率；(6）等離子燃燒器都投入后，還需投入其他主燃燒器時，應(yīng)以先投入等離子燃燒器相鄰上部主燃燒器為原則，觀察實際燃燒情況，合理配風組織燃燒；(7）機組并網(wǎng)帶負荷后，根據(jù)燃燒情況及鍋爐運行規(guī)程規(guī)定，將“點火”狀態(tài)及時切換到“助燃”狀態(tài)，一般到鍋爐額定負荷的40%以上可退出等離子助燃；(8）要防止等離子燃燒器結(jié)渣和燒損，方法有：a.調(diào)整點火功率可調(diào)；b.調(diào)整風速；c.降低煤粉濃度；d.開大氣膜風，而且氣膜風的氣源應(yīng)采用冷風；e.加強壁溫在線監(jiān)視，若壁溫過高應(yīng)分析原因及時處理；(9）磨煤機增加出力后應(yīng)隨時觀察燃燒工況的變化，對于煤質(zhì)較好的煤種要防止燃燒器超溫、結(jié)渣，對于煤質(zhì)較差的煤種（灰分過高或水分較高）應(yīng)防止燃燒惡化；(10）在啟停等離子電源所在母線上的大型設(shè)備時，要注意等離子不能斷?。?11）注意按時更換陰極頭。6、等離子體點火助燃系統(tǒng)運行中的主要參數(shù)1）電源：三相電源380V頻率：50±2%Hz最大消耗功率：250kVA負荷電流工作范圍：（200~375）±2%A電弧電壓調(diào)節(jié)范圍：（250~400）±5%V2）壓縮空氣：最低氣壓：0.1MPa最高氣壓：0.4MPa空氣壓力調(diào)節(jié)范圍：0.12~0.3MPa最小消耗量：60m3/h最大消耗量：100m3/h3）冷卻水：最小壓力：0.15MPa正常壓力：0.20MPa最大壓力：0.4MPa最大流量：10t/h4）水質(zhì)要求：除鹽水，溫度≤40℃5）輸粉管內(nèi)風速（一次風）：最低風速：18m/s最高風速：26m/s最低風溫：60℃6）等離子發(fā)生器功率范圍正常運行80—120kW7）陰極壽命設(shè)計工況下不低于50h(易更換)8）陽極壽命設(shè)計工況下不低于1000h9）等離子燃燒器出力設(shè)計最低出力的100%—200%范圍10）投粉后的著火時間中儲式系統(tǒng)：投粉后不大于30秒直吹式系統(tǒng)：投粉后不大于180秒11）燃燒器壁溫控制溫度小于600℃12）煤粉濃度0.36—0.52kg/kg，最低不得低于0.3kg/kg六、火焰檢測系統(tǒng)火焰檢測器是鍋爐燃燒器裝置中的重要部件之一，它的作用是對火焰進行檢測和監(jiān)視。在鍋爐點火、低負荷運行或有異常情況時防止鍋爐滅火和爐內(nèi)爆炸事故，確保鍋爐安全運行。火焰檢測系統(tǒng)的核心配置是火焰監(jiān)測器即火焰檢測開關(guān)。常見的火焰監(jiān)測器有火焰棒，紫外線檢測器和紅外線監(jiān)測器。火焰棒是利用火焰使空氣電離導電的原理工作。將能耐高溫的硅碳棒電極伸到火焰的根部，檢測該點空氣的電導。在沒有火焰時，空氣的電導率很低。但是在有火焰時，由于火焰能使空氣電離，導電率變高。用電極測得這個導電率的變化值，就可以取得有無火焰的開關(guān)量信息。由于火焰棒必須直接伸入火焰，而且煤種的變化和燃燒方式的變化都會影響火焰棒的工作，因此該種火焰檢測方式目前僅用于點火器上，用于檢測點火器的火焰。紅外線火焰檢測器的敏感元件通常是光敏電阻或光電池。它們都對可見光和紅外線敏感。由于紅外線監(jiān)測器會受到高溫爐墻輻射的影響，不能直接利用火焰產(chǎn)生的紅外線變化來區(qū)別火焰的有無，因此大多用檢測火焰閃爍頻率的方法來檢測火焰?；鹧嫒紵龝r會發(fā)出不斷閃爍的可見光，而且閃爍的頻率在150HZ以上，用光電元件檢測出火焰閃爍的頻率，就可以根據(jù)轉(zhuǎn)換后的電信息的頻率變化得到火焰有無的開關(guān)量信息。紫外線火焰檢測器的敏感元件是一個充滿氣體的放電管，火焰根部的紫外線能使放電管內(nèi)氣體電離而導通，根據(jù)放電管是否導通，就可以取得火焰有無的開關(guān)量信息。紫外線監(jiān)測器能準確檢測到火焰根部的紫外線輻射量而不會受紫外線輻射的影響，然而煤灰對于紫外線都有強烈的吸收能力，因此紫外線監(jiān)測器在燃氣的鍋爐上使用的較多。圖5-3-5油、煤粉、煤氣、1650℃黑體的輻射強度光譜分布圖火焰檢測系統(tǒng)（以FORNEY為例）根據(jù)上海鍋爐有限公司鍋爐的技術(shù)特點，提供的一套完整的美國FORNEY公司RM-DR6101E火焰檢測系統(tǒng)，每個煤燃燒器(單臺爐共24只)都分別裝設(shè)火焰檢測掃描器IDD-IIU，以辨別煤燃燒器火焰，實現(xiàn)“一對一”檢測。FORNEY公司新型的智能火焰檢測器由繞性光纖組件（含外導管、內(nèi)導管、安裝管組件）、火檢掃描器IDD-IIU、電纜組件和火檢放大器RM-DR6101E組成。外導管組件固定在二次風箱內(nèi)，該組件由金屬軟管、硬導管、冷卻風進氣管等組成。內(nèi)導管組件在使用時插入外導管組件中，由光導纖維、金屬軟管、導管、螺母等組成?；饳z內(nèi)導管組件采用多種隔熱措施，內(nèi)導管組件極端耐高溫達400℃。在冷卻風系統(tǒng)正常運行的情況下，火檢內(nèi)導管組件溫度為50℃。圖5-3-6火檢結(jié)構(gòu)圖火檢掃描器IDD-IIU將光信號轉(zhuǎn)換成電信號,并進行預處理，通過4芯屏蔽電纜將火焰信號輸出到火檢放大器。RM-DR6101E火檢放大器是一種可固定式雙通道放大器，它由微處理器（CPU），存儲器，模擬電路，串行通訊口，信號處理線路，電源控制回路構(gòu)成。放大器將由火檢掃描器來的火焰信號進行放大并加以處理。編程器與火檢放大器的微處理器直接進行通訊，配有FORNEY公司自主開發(fā)的編程軟件包以支持火檢系統(tǒng)的診斷和調(diào)節(jié)參數(shù)。在解決火檢“偷看”問題的主要技術(shù)措施從兩方面進行考慮：首先通過精確的理論計算來提供最佳的火檢安裝位置，以便火檢以最佳的方位進行看火；其次可通過設(shè)定煤的不同有火/無火門檻值及選擇不同的增益來調(diào)整，以達到區(qū)分煤的不同火焰。FORNEY公司RM-DR6101E火焰檢測系統(tǒng)具有正確監(jiān)視各種火焰狀態(tài)（如火焰頻率、強度等），不發(fā)出錯誤信息，對燃燒器火焰檢測回路有足夠的靈敏度，對工況變化能進行有效的跟蹤，具有根據(jù)工況變化選擇不同參數(shù)設(shè)置功能，可對低光度有足夠的響應(yīng)，對各種干擾可進行可靠的邏輯處理，以達到正確識別的目的?；鹧鏅z測器的安裝位置使其相鄰的、對面爐膛反射的或相鄰火焰的背景干擾處于最小。火焰檢測器具有全電子自檢系統(tǒng),提供直觀的火焰信號，系統(tǒng)故障時能發(fā)出火檢系統(tǒng)故障信號，防止保護系統(tǒng)拒動或誤動?；饳z故障開關(guān)量信號由放大器輸出至DCS系統(tǒng)。燃燒器的火焰檢測器有輸出4～20mA信號,以表示火焰的強度。并有“有火焰”和“無火焰”的無源干接點信號及自檢和故障信號輸出。RM-DR6101E火焰檢測系統(tǒng)火焰檢測系統(tǒng)為檢測器IDD-IIU與智能處理器RM-DR6101E是分體式產(chǎn)品，以保證含有CPU處理器的設(shè)備遠離鍋爐，確?；鹧鏅z測系統(tǒng)長期、可靠運行。具體檢測原理如下圖：圖5-3-7火檢檢測原理信號處理器RM-DR6101E集中安裝于放大器柜中(布置在電子設(shè)備間內(nèi))。放大器機柜