等离子点火技术讲座
等离子点火系统简介
等离子点火系统简介
等离子点火系统简介
目前大唐电力有限公司、内蒙电力有限公司、国电集团公司、中电投等各大电力公司都以下文、捆绑投标等形式要求采用等离子点火技术。
目前大唐电力有限公司、内蒙电力有限公司、国电集团公司、中电投等各大电力公司都以下文、捆绑投标等形式要求采用等离子点火技术。
摘要：目前，等离子点火系统在各个电厂的应用刚刚起步，从安装该系统的兄弟电厂反馈来的信息来看，该系统运行稳定、维护方便、较大幅度的节省燃油，具有较好的经济性。但是该系统在我厂的应用是一个崭新的事务，在运行初期必将会给相关技术人员带来一些困扰。作者在四期生产准备学习期间到相关电厂调研，搜集到相关资料，结合自己的学习心得，撰写此文。本文从等离子点火系统的结构入手，阐述机理，介绍系统参数、点火过程、运行注意事项及故障处理，希望可以为我厂等离子系统的稳定运行略尽绵薄之力。
关键词：等离子点火燃烧系统、等离子发生器、等离子空气系统、等离子冷却水系统、运行、事故处理
一、等离子点火燃烧系统组成
系统分为三大部分：等离子点火燃烧系统、等离子点火器系统、辅助设备。（一）等离子点火燃烧系统包括：燃烧系统、风粉系统（磨煤机、一次风系统、气膜风系统）。
等离子燃烧器是借助等离子发生器的电弧来点燃煤粉的煤粉燃烧器，与以往的煤粉燃烧器相比，等离子燃烧器在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用等离子弧将煤粉点燃，并将火焰在燃烧器内逐级放大，属内燃型燃烧器，可在炉膛内无火焰状态下直接点燃煤粉，从而实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。
如图1所示，等离子发生器产生稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的中心筒中形成T ＞5000K 的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10-3秒内迅速释放出挥发物，并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，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量E 。除此之外，等离子体有再造挥发份的效应，这对于点燃贫煤强化燃烧有特别的意义。
二、等离子燃烧器工作原理
（一）点火机理：本装置利用直流电流（280～350A ）在介质气压0.01～0.03MPa 的条件下接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T ＞5000K 的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10-3秒内迅速释放出挥发物，并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，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。等离子体内含有大量化学活性的粒子，即等离子体有再造挥发份的效应，这对于点燃低挥发份煤粉强化燃烧有特别的意义。
（二）等离子发生器工作原理：本发生器为磁稳空气载体等离子发生器，它由线圈、阴极、阳极组成。其中阴极材料采用高导电率的金属材料或非金属材料制成。阳极由高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成，它们均采用水冷方式，以承受电弧高温冲击。线圈在高温250℃情况下具有抗2000V 的直流电压击穿能力，电源采用全波整流并具有恒流性能。其拉弧原理为：首先设定输出电流，当阴极3前进同阳极2接触后，整个系统具有抗短路的能力且电流恒定不变，当阴极缓缓离开阳极时，电弧在线圈磁力的作用下拉出喷管外部。一定压力的空气在电弧的作用下，被电离为高温等离子体，其能量密度高达105～106W/cm2，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。
运行的控制与调节
（1）锅炉具备点火启动条件，引、送风机投入，相应的等离子燃烧器一次风速保持在18—20m/s，周界冷却风开15％；
（2）等离子发生器拉弧稳定后，根据炉温及所燃煤种的好坏情况，调节电弧的电流及电压，使电弧功率稳定在90—110KW 范围内(实际为85-90KW) ；要防止投入功率的节跃，应采取：扩大等离子燃烧器的出力范围，使其既能适应低负荷的要求，又能适应最大出力的要求。等离子燃烧器达到最大负荷后再投入第二台磨煤机, 并及时将第一台磨煤机出力降低。
（3）根据磨煤机的型式，调整其出力和细度至最佳状态，降低中速磨煤机出力的措施：降低碾磨压力；调整分离器开度；适当减小一次风量，但风量的调整应满足一次风管的最低流速，中速磨最低风量应保证允许的风环风速，同时要注意磨煤机的振动情况。在等离子点火装置投运期间，磨煤机受最低煤量限制，投入的燃料量可能较大，要注意观察炉水和蒸汽压力升高的速度以及过热器、再热器的温升情况，根据锅炉升压、升温曲线，通过调整机组旁路系统阀门的开度，控制锅炉升压、升温速度，同时要防止锅炉壁温差超限及过热器、再热器在干烧阶段超温。防止再热器超温的措施：适当加大上部燃烧器投入二次风量；炉膛出口烟温维持在430－470 ℃，要低于RH 干烧温度538 ℃。
（4）加强炉内燃烧状况监视，实地观察炉膛燃烧，火焰应明亮，燃烧充分，火炬长，火焰监视器显示燃烧
正常，如发现炉内燃烧恶劣，炉膛负压波动大，应迅速调节一次风速及给煤机转速，若炉膛燃烧仍不好，应停止等离子发生器，经充分通风，查明原因后重新再投；
（5）调整等离子燃烧器燃烧的原则为：既要保证着火稳定，减少不完全燃烧损失，提高燃尽率，又要随炉温和风温的升高尽可能开大气膜或周界冷却风，提高一次风速，控制燃烧器壁温测点不超温，燃烧器不结焦，在满足升温、升压曲线的前题下，尽快提高炉膛温度，有利于提高燃烧效率；
（6）等离子燃烧器都投入后，还需投入其他主燃烧器时，应以先投入等离子燃烧器相邻上部主燃烧器为原则，观察实际燃烧情况，合理配风组织燃烧；
（7）机组并网带负荷后，根据燃烧情况及锅炉运行规程规定，将“点火”状态及时切换到“助燃”状态，一般到锅炉额定负荷的40%以上可退出等离子助燃。
（8）要防止等离子燃烧器结渣和烧损，方法有：
·调整点火功率可调。
·调整风速。
·降低煤粉浓度。
·开大气膜风，而且气膜风的气源应采用冷风。
·加强壁温有在线监视，若壁温过高应分析原因及时处理。
（9）磨煤机增加出力后应随时观察燃烧工况的变化，对于煤质较好的煤种要防止燃烧器超温、结渣，对于煤质较差的煤种（灰分过高或水分较高）应防止燃烧恶化。
（10）在启停等离子电源所在母线上的大型设备时，要注意等离子不能断弧。
（11）注意按时更换阴极头。
结语：综上所述，掌握等离子点火系统的工作原理对于分析和解决实际工作中设备出现的问题大有裨益，能够做到“有的放矢”地做好设备的运行与维护，保障设备的安全和稳定运行。
等离子点火系统在各个电厂的应用产生了可观的经济效益。以等离子点火装置在平凉发电厂4号300MW 机组的应用为例，它大大减少基建调试期间机组的点火用油和替代稳燃用油，从锅炉首次点火到168小时试运结束，A 磨煤机投等离子消耗燃煤4108吨。较无等离子点火装置投运的情况比较，节约柴油约1958吨，折合人民币约472.5万元，具有较好的经济性。
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目前大唐电力有限公司、内蒙电力有限公司、国电集团公司、中电投等各大电力公司都以下文、捆绑投标等形式要求采用等离子点火技术。
摘要：目前，等离子点火系统在各个电厂的应用刚刚起步，从安装该系统的兄弟电厂反馈来的信息来看，该系统运行稳定、维护方便、较大幅度的节省燃油，具有较好的经济性。但是该系统在我厂的应用是一个崭新的事务，在运行初期必将会给相关技术人员带来一些困扰。作者在四期生产准备学习期间到相关电厂调研，搜集到相关资料，结合自己的学习心得，撰写此文。本文从等离子点火系统的结构入手，阐述机理，介绍系统参数、点火过程、运行注意事项及故障处理，希望可以为我厂等离子系统的稳定运行略尽绵薄之力。
关键词：等离子点火燃烧系统、等离子发生器、等离子空气系统、等离子冷却水系统、运行、事故处理
一、等离子点火燃烧系统组成
系统分为三大部分：等离子点火燃烧系统、等离子点火器系统、辅助设备。（一）等离子点火燃烧系统包括：燃烧系统、风粉系统（磨煤机、一次风系统、气膜风系统）。
等离子燃烧器是借助等离子发生器的电弧来点燃煤粉的煤粉燃烧器，与以往的煤粉燃烧器相比，等离子燃烧器在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用等离子弧将煤粉点燃，并将火焰在燃烧器内逐级放大，属内燃型燃烧器，可在炉膛内无火焰状态下直接点燃煤粉，从而实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。
如图1所示，等离子发生器产生稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的中心筒中形成T ＞5000K 的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10-3秒内迅速释放出挥发物，并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，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量E 。除此之外，等离子体有再造挥发份的效应，这对于点燃贫煤强化燃烧有特别的意义。
二、等离子燃烧器工作原理
（一）点火机理：本装置利用直流电流（280～350A ）在介质气压0.01～0.03MPa 的条件下接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T ＞5000K 的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10-3秒内迅速释放出挥发物，并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，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。等离子体内含有大量化学活性的粒子，即等离子体有再造挥发份的效应，这对于点燃低挥发份煤粉强化燃烧有特别的意义。
（二）等离子发生器工作原理：本发生器为磁稳空气载体等离子发生器，它由线圈、阴极、阳极组成。其中阴极材料采用高导电率的金属材料或非金属材料制成。阳极由高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成，它们均采用水冷方式，以承受电弧高温冲击。线圈在高温250℃情况下具有抗2000V 的直流电压击穿能力，电源采用全波整流并具有恒流性能。其拉弧原理为：首先设定输出电流，当阴极3前进同阳极2接触后，整个系统具有抗短路的能力且电流恒定不变，当阴极缓缓离开阳极时，电弧在线圈磁力的作用下拉出喷管外部。一定压力的空气在电弧的作用下，被电离为高温等离子体，其能量密度高达105～106W/cm2，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。
运行的控制与调节
（1）锅炉具备点火启动条件，引、送风机投入，相应的等离子燃烧器一次风速保持在18—20m/s，周界冷却风开15％；
（2）等离子发生器拉弧稳定后，根据炉温及所燃煤种的好坏情况，调节电弧的电流及电压，使电弧功率稳定在90—110KW 范围内(实际为85-90KW) ；要防止投入功率的节跃，应采取：扩大等离子燃烧器的出力范围，使其既能适应低负荷的要求，又能适应最大出力的要求。等离子燃烧器达到最大负荷后再投入第二台磨煤机, 并及时将第一台磨煤机出力降低。
（3）根据磨煤机的型式，调整其出力和细度至最佳状态，降低中速磨煤机出力的措施：降低碾磨压力；调整分离器开度；适当减小一次风量，但风量的调整应满足一次风管的最低流速，中速磨最低风量应保证允许的风环风速，同时要注意磨煤机的振动情况。在等离子点火装置投运期间，磨煤机受最低煤量限制，投入的燃料量可能较大，要注意观察炉水和蒸汽压力升高的速度以及过热器、再热器的温升情况，根据锅炉升压、升温曲线，通过调整机组旁路系统阀门的开度，控制锅炉升压、升温速度，同时要防止锅炉壁温差超限及过热器、再热器在干烧阶段超温。防止再热器超温的措施：适当加大上部燃烧器投入二次风量；炉膛出口烟温维持在430－470 ℃，要低于RH 干烧温度538 ℃。
（4）加强炉内燃烧状况监视，实地观察炉膛燃烧，火焰应明亮，燃烧充分，火炬长，火焰监视器显示燃烧
正常，如发现炉内燃烧恶劣，炉膛负压波动大，应迅速调节一次风速及给煤机转速，若炉膛燃烧仍不好，应停止等离子发生器，经充分通风，查明原因后重新再投；
（5）调整等离子燃烧器燃烧的原则为：既要保证着火稳定，减少不完全燃烧损失，提高燃尽率，又要随炉温和风温的升高尽可能开大气膜或周界冷却风，提高一次风速，控制燃烧器壁温测点不超温，燃烧器不结焦，在满足升温、升压曲线的前题下，尽快提高炉膛温度，有利于提高燃烧效率；
（6）等离子燃烧器都投入后，还需投入其他主燃烧器时，应以先投入等离子燃烧器相邻上部主燃烧器为原则，观察实际燃烧情况，合理配风组织燃烧；
（7）机组并网带负荷后，根据燃烧情况及锅炉运行规程规定，将“点火”状态及时切换到“助燃”状态，一般到锅炉额定负荷的40%以上可退出等离子助燃。
（8）要防止等离子燃烧器结渣和烧损，方法有：
·调整点火功率可调。
·调整风速。
·降低煤粉浓度。
·开大气膜风，而且气膜风的气源应采用冷风。
·加强壁温有在线监视，若壁温过高应分析原因及时处理。
（9）磨煤机增加出力后应随时观察燃烧工况的变化，对于煤质较好的煤种要防止燃烧器超温、结渣，对于煤质较差的煤种（灰分过高或水分较高）应防止燃烧恶化。
（10）在启停等离子电源所在母线上的大型设备时，要注意等离子不能断弧。
（11）注意按时更换阴极头。
结语：综上所述，掌握等离子点火系统的工作原理对于分析和解决实际工作中设备出现的问题大有裨益，能够做到“有的放矢”地做好设备的运行与维护，保障设备的安全和稳定运行。
等离子点火系统在各个电厂的应用产生了可观的经济效益。以等离子点火装置在平凉发电厂4号300MW 机组的应用为例，它大大减少基建调试期间机组的点火用油和替代稳燃用油，从锅炉首次点火到168小时试运结束，A 磨煤机投等离子消耗燃煤4108吨。较无等离子点火装置投运的情况比较，节约柴油约1958吨，折合人民币约472.5万元，具有较好的经济性。