等離子點火燃燒系統(tǒng)在電廠鍋爐上的應(yīng)用

等離子點火燃燒系統(tǒng)在電廠鍋爐上的應(yīng)用

0空氣等離子體的工作原理離子燃燒技術(shù)是一種新型的燃燒技術(shù)。其原理是利用一定的壓力將空氣用作介質(zhì)，并在輸出和強磁場的控制下獲得穩(wěn)定的流動空氣噪聲。當這些因素通過點火燃燒時，它們會形成局部高溫，當碳粉通過時，它們會迅速燃燒，并將其噴入爐室。廣州恒運電廠6號鍋爐在廣東省內(nèi)首次采用等離子點火燃燒系統(tǒng),在機組啟動、滑停和低負荷穩(wěn)燃時,燃燒穩(wěn)定,節(jié)油顯著。1等離子點火燃燒系統(tǒng)廣州恒運電廠6號爐為油改煤的DG680/13.7-20型自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、固態(tài)排渣、燃煤汽包爐,配210MW機組。該爐采用5層四角切圓布置水平濃淡燃燒器,2層油燃燒器,燃油采用0號輕柴油。制粉系統(tǒng)為正壓直吹式,配5臺ZGM80G型中速輥式磨煤機,4用1備,每臺磨煤機帶1層煤燃燒器。鍋爐設(shè)計燃料為山西大同煙煤。4支等離子燃燒器分別裝在鍋爐A層4支主燃燒器位置。等離子點火器安裝在燃燒器側(cè)面,可以通過DCS或觸摸屏進行控制。單套等離子設(shè)備的基本參數(shù)如下:a.電源三相電源:380+10%?5%-5%+10%V頻率:50±2%Hz最大消耗功率:200kV·A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%Vb.壓縮空氣最低/高氣壓:0.1/0.4MPa調(diào)節(jié)閥后空氣壓力調(diào)節(jié)范圍:0.08～0.2MPa最小/大消耗量:60/100m3/hc.冷卻水最小/大壓力:0.15/0.4MPa正常壓力:0.20MPa最大流量:10t/hd.水質(zhì)要求除鹽水,溫度≤40℃e.點火器電功率最低輸出功率:60～150kW額定輸出功率:110kWf.一次風(fēng)最低/高風(fēng)速:18/30m/s最低風(fēng)溫:65℃g.二次風(fēng)風(fēng)速50m/s等離子點火燃燒系統(tǒng)包括點火系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)2大部分。點火系統(tǒng)由等離子燃燒器、等離子點火器、電源控制柜、隔離變壓器、控制系統(tǒng)等組成;輔助系統(tǒng)由壓縮空氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)等組成。2等離子點火點火器在機組啟動之前的運行情況6號爐采用直吹式制粉系統(tǒng),由于暫未設(shè)計用蒸汽制熱風(fēng)或從鄰爐引入熱風(fēng)系統(tǒng),因而要先按常規(guī)投入不超過4支油槍暖爐約1h左右,以產(chǎn)生制粉用熱風(fēng),而后才能投用等離子點火系統(tǒng)。調(diào)節(jié)磨煤機入口風(fēng)量,維持磨煤機出口一次風(fēng)風(fēng)速在20～24m/s左右。調(diào)節(jié)A層燃燒器周界風(fēng),維持此層周界風(fēng)門在15%開度。按順序啟動1～4號等離子發(fā)生器,調(diào)節(jié)電弧功率在100kW左右。將磨煤機的運行模式切換到“等離子運行方式”,滿足啟動條件后啟動制粉系統(tǒng)。磨煤機最小出力為7.47t/h,實際上可以比該值小一些,在鍋爐冷態(tài)啟動之初,這樣的給煤量點燃噴入爐膛,會造成鍋爐升溫、升壓速率的較難控制、水冷壁受熱不均等問題。這就要求給煤量不能增加太快,給煤機啟動后要保持在最低轉(zhuǎn)速,逐步增加到給煤量14～17t/h,達到等離子點火合適的一次風(fēng)煤粉濃度,同時注意維持磨煤機出口溫度80～85℃。等離子點火燃燒器投入運行的初期,要注意觀察火焰的燃燒情況、電源功率的波動情況,發(fā)現(xiàn)異常及時處理。點火正常后在保證安全的條件下應(yīng)盡快退出運行的油槍,注意進行上層二次風(fēng)的調(diào)整,防止鍋爐升溫、升壓速率過快、水冷壁受熱不均、再熱器系統(tǒng)超溫等問題。若等離子點火器發(fā)生斷弧時,運行人員應(yīng)及時投入斷弧點火器上層的油槍,同時應(yīng)認真檢查斷弧原因,待問題解決后再繼續(xù)投入。當鍋爐負荷升至最低穩(wěn)燃負荷以上且等離子點火器在運行狀態(tài)時,應(yīng)及時將磨煤機運行方式切至正常運行方式,防止因等離子點火器斷弧造成磨煤機跳閘。圖1為2003年10月23日23時24分機組啟動過程中等離子點火燃燒器投用后主蒸汽升溫升壓及爐膛負壓波動曲線。圖中第0min等離子點火器開始拉弧,拉弧前共4只油槍運行;第4min啟動磨煤機;第10min退出2只油槍;第16min退出第3只油槍;第26min退出最后1只油槍全燒煤粉。從圖中可以看出C磨(對應(yīng)A層等離子燃燒器)啟動后主蒸汽溫度升高很快,隨著油槍及時退出運行,主汽升溫、升壓速率得到控制;爐膛負壓波動在正常范圍。該爐可以在等離子點火裝置投入運行時,僅C磨運行、C給煤機給煤量為14～17t/h,通過燃燒調(diào)整鍋爐可斷油全燒煤粉,煤粉著火正常,燃燒穩(wěn)定,爐膛負壓穩(wěn)定,金屬壁溫正常,鍋爐升溫升壓速率可滿足冷態(tài)啟動曲線的要求。3經(jīng)濟效益比較分析3.1測試費用該廠7號機組和6號機組是同類型機組,鍋爐型號和制粉系統(tǒng)完全相同,2002年8月投產(chǎn)。7號爐未安裝等離子點火系統(tǒng),低負荷穩(wěn)燃用油每天約10t,全年按150d計算。200MW機組試運期間燃油消耗的標準定量為1500t,而如果在試運期間投入等離子點火系統(tǒng),可以將整個試運期間的燃油消耗控制在500t以內(nèi)。以下計算取:燃油價格為0.4萬元/t,燃油的低位發(fā)熱量為4.145×104kJ/kg,設(shè)計煤種低位發(fā)熱量為20315kJ/kg,原煤價格為0.028萬元/t,廠用電價格為0.3元/kW·h。7號爐按常規(guī)方法試運及投產(chǎn)當年運行所需燃油耗費計算:試運燃油消耗:1000t低負荷穩(wěn)燃用油:10×150=1500t燃油耗費:0.4×(1000+1500)=1000萬元6號爐安裝等離子點火系統(tǒng)進行試運和投產(chǎn)當年所需費用計算:a.燃油耗費:試運燃油消耗:500t,耗費:0.4×500=200萬元b.原煤耗費:比7號爐節(jié)約燃油數(shù)量為2000t,則按發(fā)熱量相等的原則所需的原煤費用為:(4.145×104×2000)×0.028/20315=114.26萬元c.耗電費用:原煤消耗:(4.145×104×2000)/20315=4080.7t。制粉單耗取7號爐性能試驗結(jié)果:8.0kW·h/t。等離子燃燒器耗電:20kW·h/t,費用:4080.7×(20+8.0)×0.3=3.43萬元d.等離子點火系統(tǒng)購買、安裝、調(diào)試費:360萬元e.全年陰、陽極消耗、維護費用約:25萬元在試運期間及投產(chǎn)當年6號爐比7號爐節(jié)約投資:1000-200-114.26-3.43-360-25=297.31萬元從以上計算分析可以看出如果是大容量機組或調(diào)峰機組,經(jīng)濟效益將更為可觀,但對非調(diào)峰的小機組的經(jīng)濟性尚需另行分析。3.2電除塵器按照常規(guī),鍋爐純燒油或油煤混燒時,尾部二次燃燒的可能性較大,同時為避免未燃盡的油滴粘污電極,鍋爐電除塵器無法正常投入,大量煙塵直接排放到大氣中,給環(huán)境帶來嚴重的污染,煙氣中的粉塵會對鍋爐受熱面和引風(fēng)機葉片造成磨損。采用等離子點火燃燒系統(tǒng),電除塵器可以在鍋爐點火初期正常投入,大大減少粉塵的排放量,避免了環(huán)境污染,同時由于無油助燃鍋爐尾部二次燃燒的可能性大大減小,帶來了顯著的環(huán)保效益和經(jīng)濟效益。4故障點時的備用問題該廠6號爐不能實現(xiàn)機組無油點火啟動,仍需保留1層油槍,主要是考慮制粉熱風(fēng)來源問題和等離子點火燃燒系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的備用問題。等離子燃燒器電流、電壓波動較大、陰極使用期僅50h,系統(tǒng)任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題就無法進行點火,這降低了系統(tǒng)的可靠性。5對電廠運行的影響5.1該廠6號爐安裝等離子點火系統(tǒng)后,可以實現(xiàn)1臺磨煤機低負荷斷油穩(wěn)燃運行,調(diào)試時最低斷油穩(wěn)燃負荷30MW,鍋爐著火正常,燃燒穩(wěn)定,爐膛負壓穩(wěn)定,金屬壁溫正常,鍋爐升溫升壓速率可滿足啟動曲線的要求。5.2采用等離子點火系統(tǒng)經(jīng)濟效益顯著,在基建調(diào)試階段采用效益更好,能為電廠節(jié)