Abstract

Abstract: Coal-fired power plant boilers are the most fuel consuming in the initial start-up, so coal-fired power plant boilers are as much as possible to reduce the number of stop operation and restart, but periodic maintenance, business decisions and other factors will lead to boiler stop operation or restart, which should pay attention to the control of ignition costs. Plasma ignition technology is a new boiler ignition technology of coal-fired power plant developed to reduce the ignition cost. The technology can directly use the plasma to ignite the pulverized coal, get rid of the fuel ignition and preheating stage, thus improving the ignition efficiency, and can effectively stabilize the combustion situation and reduce the ignition cost, greatly improving the overall benefit of the power plant. This paper discusses the principle of plasma structure based on the operation of plasma ignition system of 660WM ultra-supercritical unit in Shenhua Shengli Power Plant

一、前言

随着煤电一体化建设形成，电力能源的转型。内蒙古地区是富含煤炭最多的地区随之成为最多的坑口火电基地，同时也成为“电力能源输送基地”。但是在内蒙古东部地区褐煤（全水分大于35%）是主要煤炭，为了响应节能减排的方针神华胜利发电厂2X660MW机组设计采用等离子点火。由于设计煤种褐煤水分大故平常等离子无法点燃，只能采用大功率等离子进行点火。大功率等离子点火能否实行稳燃点火还带验证。

一、等离子的工作原理及组成

1.等离子在660WM锅炉的配置

神华胜利发电厂2X660MW机组锅炉是由哈尔滨锅炉厂有限公司制造的超超临界直流锅炉，锅炉的型号是HG-2145/29.3-HM15,型式为变压运行直流炉、一次中间再热、单炉膛平衡通风、紧身封闭、固态干式排渣、全钢结构、全悬吊结构、Π型炉、四角切圆燃烧方式。设计煤种:褐煤（全水分大于35%），锅炉在燃用设计煤种时不投等离子最低稳燃负荷35%BMCR。锅炉所配制粉系统为吉林长春中速磨正压直吹式系统，每台炉配置7台MPS245-HP-2型正压直吹式磨煤机，每台磨煤机带一层燃烧器，锅炉采用大功率等离子点火，A、C层为等离子体燃烧器，不设油枪点火。

2. 工作原理

 等离子点火燃烧器是利用在强磁场控制下的直流接触引弧放电，并在介质气 压 0．004—0．03 MPa的条件下获得稳定功率的直流空气等离子体 。该等离子体内含有大量活性粒子 ，这些粒子 其内部有着上万摄氏度的高温。将该等离子体射 流在专 门设计的燃器 的中心燃烧筒中 ，形成温度 T>5000K的梯度极大的局部高温区(即等离 子“火核”)，煤粉颗粒通过该等离子“火核”时由于受到超高温的强烈作用，并在 10～s内迅速放出挥发分，并被破碎而再析出挥发分 ，从而迅速燃烧

3. 发生器结构

DLZ-350 等离子体发生器主要由阳极支架组件、起弧阳极组件、过渡阳极组

件、阴极枪、拉弧机构及主阳极等组成，如图 2.2 所示。

1.阴极枪，2. 拉弧机构，3 外罩，4. 阳极支架组件，5. 过渡阳极组件，6. 过

渡阳极组件，7. 主阳极

图 2.2 DLZ-350 等离子体发生器结构图

4等离子点火系统组成

4.1 等离子电气

等离子体电源是专为电站(厂)等离子体点火及稳燃系统开发设计的配套电源装置，其中整流部分采用数字式三相桥式全控整流技术及专用等离子体点火电源控制技术，设计合理、维护方便。电源系统主要由隔离变压器或多脉波变压器、LYZKG-7-300 整流柜、电抗器柜组成。LYZKG-7-300 整流柜配置触摸屏及 PLC控制系统，界面直观，操作简便，可提供全面的在线模拟量和开关量数据信息，具有完善的保护告警功能以及远程数据传输和通讯接口功能，可方便地实现就地操作和远方控制及监视。本产品适用于 DLZ-350 系列等离子体发生器点火及稳燃系统

4.2等离子载体工质 （空气）供应系统

4.2.1从空压机而来的压缩空气必须进行过滤、去油、干燥等净化处理，再经

发生器供气母管减压阀减压、稳压后，分别送到等离子体发生器附近。

4.2.2每根压缩空气管道分成两路，分别提供发生器所需的一、二级载体工质。

两路的压缩空气管道上均设有压力表和压力电磁阀。如气压参数到达正常值，压力开关信号则将压力满足信号送到电源柜。

4.2.3载体工质管路同时设计有备用吹扫管路，用于保证在等离子体发生器停

用时其内部不被粉尘污染

4.3等离子冷却水 

等离子体发生器运行时，弧柱温度一般可达到 5000K 到 30000K 的范围，因此对于产生电弧的阴极头和阳极头必须进行冷却。

1）冷却水采用辅机闭式循环水，

2）冷却水经等离子冷却水泵分别送至发生器，单台等离子发生器的冷却水最大流量为 10t/h；

3）等离子体发生器进水管道上设有手动调节阀，用于调整等离子体发生器

冷却水流量，同时安装有压力表、过滤器，回水管道上装有流量开关；

4.4冷炉制粉系统 

利用 A/C磨煤机设备等离子点火所需的煤粉 ，采用冷一次风蒸汽加热方式 (暖风器 )提供热一次风外加了一个风道燃油加热器，每侧风道布置四跟微油枪，风道燃烧器采用微油加热冷一次风可使冷一次风温度加热到200摄氏度， 风道燃烧器分别布置在A/C磨煤机热一次风入口处实现冷炉制粉，热一次风温度高可有效的烘干煤中所携带的水分使煤粉进入炉膛内能快速的燃烧，这样对于机组冷态启动有很大的帮助，季提高了磨煤机出口温度使磨煤机启动初期可以承载更多的煤，也有效的缩短了机组冷态启动的时间，

4.5等离子图像火检系统 

为监视等离子点火燃烧器的火焰情况 ，方便运行人员进行燃烧调整 ，在A/C 层共 8支等离子燃烧器上分别安装 l套图像火检装置。等离子图像火检探头的冷却风由另设 2台火检冷却风机提供。该风机同时提供等离子发生器的吹扫冷却风(等离子发生器停用时)。

4.6壁温监测系统 

在等离子燃烧器内设有等离子壁温监测系统 ，在线监测燃烧器壁温 ，以防止等离子燃烧器超温。

二、等离子体点火系统运行说明

1  启动前应具备的条件

1.1  等离子体点火系统安装后初次启动，确认等离子体点火系统冷态调试的所有工作已完成。

1.2  确认电源、监测控制、载体工质（空气）和冷却水系统的各参数满足等离子体点火系统的启动条件。

1.3  具备锅炉运行规程要求的启动条件，特别是燃煤的煤质，以及输煤、制粉、除灰、除尘和吹灰系统满足要求。

2  直吹式制粉系统锅炉等离子体点火系统的冷态启动与运行

2.1  按照锅炉运行规程要求，锅炉上水，启动送、引风机，完成炉膛吹扫等程序。

2.2  全面检查等离子体点火系统的各子系统已启动。

2.3  确认等离子体点火系统各项参数正常，具备启动条件。

2.4  检查要投入的磨煤机具备投运条件后，将其出口离心分离器挡板开度或旋转分离器转速调至满足等离子体点火要求设定值。

2.5  启动单侧一次风机。调节磨煤机入口风量，保持磨煤机出口风速在设定范围内。

2.6  确认冷风蒸汽加热器（或冷风燃油加热器）的各项参数满足启动工况的要求，进行暖磨。

2.7  暖磨完成后，将运行方式切换至“等离子体点火模式”，按设计工况要求，投运等离子体发生器。

2.8  启动对应等离子体燃烧器的磨煤机。

2.9  观察图像火焰监视器，等离子体燃烧器在投煤粉后180s内应达到稳定着火。否则应立即停止给粉，查明原因后，重新投运。

2.10  等离子体燃烧器稳定着火后，根据机组升温、升压曲线要求，在等离子体燃烧器不超温的前提下，将其出力加到最大（在等离子体发生器投运的情况下，等离子体燃烧器最大出力一般为正常运行主燃烧器额定出力的80％），再投运第二台磨煤机。

3 等离子体点火系统的稳燃运行方式

当锅炉需要投运等离子体燃烧器进行稳燃时，将等离子体燃烧器调整至适应等离子体点火的工况，投运等离子体发生器，此时等离子体燃烧器处于“等离子体稳燃模式”。

4 停炉过程等离子体燃烧器的运行方式

 将等离子体燃烧器调整至适应等离子体点火的工况后，切换至“等离子体稳燃模式”；根据停炉的参数要求，依次停运主燃烧器；当仅剩等离子体燃烧器运行时，切换至“等离子体点火模式”停止等离子体燃烧器的给粉，然后停运等离子体发生器。

  5等离子运行参数

1.冷却水参数 ：进水压力：0.8～1.0MPa

2.等离子体发生器工作的状态表

图  整流柜触摸屏启动画面

DLZ-350 等离子体发生器工作的最小功率为 200kW，最大功率可达 310kW。

可以根据点火的要求，在启动成功后通过适当调整等离子体发生器的工作电流并

相应调整工作气的流量来改变发生器的功率，以适应不同煤粉的点火要求。 

三、分析与结论

1.1等离子点火在褐煤上能否实现点火并且运行稳定

从目前等离子点火技术及装置本身来说，能在锅炉冷态下直接点燃设计煤种全水分＞35%的褐煤，且出力连续可调，是具备无油点火启动性能的。神华胜利发电厂2X660MW机组锅炉是由哈尔滨锅炉厂设计建造的，通过不同环境下对等离子点火进行多次点火操作，得出结论煤种在3200大卡的褐煤在环境零下-20℃在投入暖风器及风道燃油加热系统或是临机加热下将热一次风温度提高到200℃-250℃之间投入A/C任意等离子，且等离子拉弧正常并形成稳定弧光，随着投入A或C磨煤机运行，给煤机初始煤量20t/h。增加等离子电流火焰变成黑红色（煤粉燃烧不充分的表现），随着炉膛温度升高，火焰由黑红色转变成红色使煤粉得到充分燃烧，投入另外一套制粉系统。

1.2等离子点火在褐煤上能否实现长时间运行稳定

在实际应用中等离子因为长时间运行等离子本体喷嘴处出现大量结焦现象并伴随着等离子本体温度过高＞652℃导致等离子温度过高发生跳闸显现或出现等离子阴极头、阳极头烧损现象，期间运行人员通过减少等离子电流（减小等离子出力进而缓解等离子本体温度上升趋势），但是并无法得到有效控制，随着等离子本体喷嘴处结焦现象的严重会导致等离子出现灭弧现象。通过与等离子厂家进行沟同改造燃烧器使结焦现象得到缓解、并由冷一次风处引出一路接到等离子本体处进行冷却使等离子本体温度等到有效控制。

结论

随着等离子技术日渐成熟，在实际应用中等离子能点燃热值的褐煤，并建立连续、稳定的火焰。在机组冷态启动初期可把省去大量燃油，使机组摆脱了燃油点火和预热阶段，从而提高了点火效率，并能够有效稳定燃烧情况减少点火成本，使火电厂摆脱对燃油的依赖，极大有效提高了电厂的整体效益，同时也响应节能减排的方针。

参考文献

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[2] 张卓 澄．大 型电站凝 汽器 [M]．机械工业出版社 ，1993

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