等离子点火技术 Microsoft PowerPoint 演示文稿

压缩空气压力：压缩空气压力是影响等离子 发生器启弧的主要参数，在试运中经过反复试验 摸索，确定在启弧前将压缩空气压力调整为 0.015MPa，（等离子发生器前压力表显示值）， 可以保证等离子发生器启弧的稳定性。压缩空气 压力过高会使等离子电弧长度缩短，导致点火效 果变差，煤粉燃烧器出口火焰不稳，所以应注意 控制压缩空气压力在较低值。 冷却水压力：保护并延长阴极、阳级和线圈 的寿命，必须保证足够的冷却水流量。等离子发 生器前的冷却水压力开关的定值为0.15MPa，低于 此值点火器自动断弧，运行中应维持点火器前的 冷却水压力在0.3 MPa以上，冷却水泵出口压力应 在0.6Mpa以上。如果冷却水压力下降，应及时清 理滤网。
五、等离子使用建议





等离子直接点煤粉系统的设计应遵循保证机组安全、可靠， 满足机组升温，升压曲线的要求的原则。 等离子点火装置稳弧功率应控制在80KW—150KW范围内。 等离子燃烧器的热功率选取应与原配置的点火油枪的热功 率基本相当。 等离子燃烧器出口截面积的选取，从提高冷炉点火初期燃 烧效率角度考虑，风粉燃烧膨胀后的火炬喷出速度控制在 35m/s左右为宜。 与等离子燃烧器相匹配的一次风管选取，其截面积与燃烧 器出口截面比应在1:2.4—1:2.6之间。 对等离子燃烧器兼主燃烧器使用的结构设计，除遵循1.4 原则外，还应遵循在等离子停用作主燃烧器使用时，燃烧 器出口速度不低于20m/s（可考虑从等离子燃烧器的气膜 冷却二次风量的设计上来满足）。
一次风粉送入等离子点火煤粉燃烧器经浓淡分离后， 使浓相煤粉进入等离子火炬中心区，在约0.1 s内迅速着火， 并为淡相煤粉提供高温热源，使淡相煤粉也迅速着火，最 终形成稳定的燃烧火炬。燃烧器壁面采用气膜冷却技术， 可冷却燃烧器壁面，防烧损、防结渣，用除盐水对电极及 线圈进行冷却。 等离子引弧装置：阴阳极为银合金，用于产生高温电 弧。 一级燃烧室：浓相煤粉与高温等离子电弧发生强烈的 电化学反应，煤粉裂解，产生大量挥发份并被点燃。 二级燃烧室：挥发份及煤粉燃烧。 周界二次风：冷却二级燃烧室及补充二级燃烧室喷出 的未燃尽固定碳在炉膛内燃烧需要的空气。


等离子点火系统投运后一段时间后，空预器后热 一次风温度即可达到170℃左右，此时A磨入口的 蒸汽暖风器已失去加热作用，运行人员可及时切 断暖风器供汽手动阀，退出暖风器的运行。 等离子点火系统投入运行后，对影响燃烧器着火 性能的一次风速和煤粉浓度进行了调整试验，试 验结果表明，等离子点火煤粉燃烧器对风速、煤 粉浓度等参数的适应范围较宽，运行过程中着火 稳定，燃烧效率较高。等离子燃烧器稳定着火以 后，其对一次风速、煤粉浓度的适应范围较宽， 实际运行风速24～30m/s，煤量20～45t/h范围内均 可保证稳定着火。为测试等离子点火燃烧器运行 期间锅炉的燃烧效率，一般在锅炉尾部电除尘器1 电场的下灰管提取了飞灰进行化验。
一次风速在线监测系统


在等离子点火系统运行期间，为方便运行人员进 行燃烧调整，在#3磨煤机的A层出口的四根一次 风管道上各增加了一套风速在监测系统，其测速 元件为BS-III型测速管，可在主控室的CRT上实时 显示各角的一次风速。 为防止测速管堵塞，在系统中加装了压缩空气反 吹扫系统，当发现测速管堵塞时可手动进行吹扫， 也可以设置为周期性自动吹扫。





等离子点火装置的冷态点火煤粉浓度较好的适用范围在 0.36—0.52kg/kg，最低不得低于0.3kg/kg。 为便于运行操作监控，防止燃烧器烧损和提高燃烧效率， 以及防止堵管，应设计等离子燃烧器壁温侧点，一次风速 在线直观显示。 等离子煤粉燃烧器二次风气膜冷却结构是以套筒方式形成， 设计上应采取防止套筒受热变形，造成周界间隙不均的措 施。 等离子体发生器的供电电源的选取，应避免同段上大型设 备（如给水泵送、吸风机等）启动时，低电压保护动作， 造成断弧，电源应取自负荷小的电源段或从高厂变单独取 等离子点火专用段。用于作等离子体介质的压缩空气应选 用压力稳定，洁净无油、干燥的压缩空气，气源压力在 0.2—0.8Mpa。 用于作等离子体介质的压缩空气应选用压力稳定，洁净无 油、干燥的压缩空气，气源压力在0.2—0.8Mpa。

图像火检系统


为方便观察等离子燃烧器的着火情况，在A层4支 煤粉燃烧器侧面的看火孔上各安装了1支图像火检 探头，探头传回的图像信号通过四画面分割器传 至设在主控室的全炉膛火焰电视上，这样运行人 员就可以在主控室观察到4支等离子点火燃烧器喷 口的燃烧情况。主控室触摸屏上设有切换开关， 运行人员可根据需要在图像火检画面和全炉膛火 焰画面之间进行切换。 由于现场原有的火检冷却风容量有限，现场增加 了2台7.5kw火检冷却风机为4支图像火检探头提供 冷却风。
冷却水系统
为保护等离子装置本身，需用水冷却阴极、阳极 和线圈。为防止冷却水管路内部结垢，冷却水要 求采用除盐化学水，单个燃烧器用水量为8T/H。 现场的冷却水水源一般取自锅炉0m的除盐水补水 箱，在锅炉固定端0m安装2台冷却水泵，冷却水 经母管和支管分别送至炉膛各角的等离子点火器， 再分三路分别送入线圈和阴、阳极。冷却水支管 上安装有压力表、压力开关和手动调节阀，用于 控制冷却水压力，压力满足信号送回主控室内的 PLC。 冷却水回水经母管返回除盐水箱。冷却水系统的 所有管道及阀门均选用不锈钢材料，所以不会对 锅炉除盐水补水箱的水质造成影响。
等离子点火技术及应用
赵 峰 华北电力科学研究院西安分公司
目 录



一、等离子点火技术的基本原理 二、等离子系统设计与简介 三、等离子的试投入 四、等离子的初期着火 五、等离子使用建议
一、等离子点火技术的基本原理
所谓等离子体，就电气技术而言，它指的是一 种拥有离子、电子和核心粒子的不带电的离子化 物质。等离子体包括有，几乎相同数量的自由电 子和阳极电子。在一个等离子中，其中的粒子已 从核心粒子中分离了出来。因此，当一个等离子 包括大量的离子和电子，从而是电的最佳导体， 而且它会受到磁场的影响，当温度高时，电子便 会从核心粒子中分离出来了。 等离子点火技术的基本原理是以大功率电弧 直接点燃煤粉。该点火装置利用直流电流（大于 200 A）在介质气压大于0.01 MPa的条件下通过阴 极和阳极接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率 的直流空气等离子体。其连续可调功率范围为 50～150 kW，中心温度可达6 000 ℃。
四、等离子的初期着火
利用厂用蒸汽将磨煤机入口风温加热到启磨温 度，即磨煤机入口风温能够满足磨煤机干燥出力的 要求。试运期间维持厂用汽压力0.8MPa－1.0MPa 时，投入蒸汽加热器，保证磨煤机入口一次风温可 加热至150℃左右，在磨煤机给煤量20～25t/h时， 磨煤机出口风温可以达到65℃左右，基本能够满足 磨煤机的干燥出力；试运期间维持厂用汽压力 0.8MPa－1.0MPa时，投入蒸汽加热器，A磨煤 机入口一次风温可加热至150℃左右，在A磨煤机给 煤量25～30t/h时，磨煤机出口风温可以达到65℃左 右，基本能够满足磨煤机的干燥出力；
二、等离子系统设计与简介
等离子点火煤粉燃烧器 一般将下层四支煤粉燃烧器改造为等离子点 火煤粉燃烧器，其侧面装有等离子点火器。在锅 炉点火阶段，等离子点火器发出的等离子电弧可 将通过燃烧器的煤粉直接点燃，从而实现不用油 枪引燃而直接点燃煤粉；在锅炉高负荷运行阶段， 此燃烧器可作为普通煤粉燃烧器使用，不会对锅 炉其它性能造成影响。 图1 等离子点火燃烧器结构示意图
等离子点火燃烧器在点火状态下运行时，煤 粉在燃烧器内部就已经开始着火，所以在设计时 必须考虑对燃烧器本体进行充分的冷却，以防止 燃烧器结焦或烧损。本设计方案中燃烧器的内层 套筒是通过外层的一次风进行冷态，同时燃烧器 内的风速较高，使得燃烧器具备了自吹扫功能， 以防止燃烧器本体结焦或烧损。 为了监视点火过程中燃烧器的壁温，在本燃烧 器的中心筒电弧侧和外套筒喷口侧各装有一只K 分度热电偶，点火过程中应详细记录各角的温度 值。
三、等离子的试投入

前期调试工作： 等离子点火系统设备安装完毕，进行暖风器 蒸汽管道吹扫、压缩空气管道吹扫、火检冷却风 管道吹扫、冷却水管道冲洗，同时进行了热工信 号传动及各项联锁保护试验。上述调试工作完成 后，进行了各角等离子点火器的冷态拉弧试验。 磨煤机出口一次风管风速20m/s左右，将磨煤 机出力调整到23~25t/h ，保持磨煤机出口风温 73℃左右，燃烧器喷口大约在1.5min后开始稳定 燃烧。点火初期要化验飞灰含炭量，等离子初期 投入阶段飞灰含碳量在13%左右证明燃烧良好。
与等离子点火系统相关的锅炉FSSS逻辑修改





在FSSS中设计A磨煤机“正常运行模式”与“等离子运行模 式”两种运行模式，并可相互切换，从而实现磨煤机FSSS逻 辑切换功能； “正常运行模式”运行时，#3磨煤机维持原有的FSSS逻辑； “等离子运行模式”运行时，#3磨煤机FSSS启动条件中增加 由等离子装置可编程控制器S7-300送来的等离子发生器工作 正常信号，同时略去点火能量满足的条件； 在主控室光子牌上增加“等离子点火装置故障”信号，任一 角等离子点火装置异常时，S7-300送信号至光字牌发声光报 警； 由S7-300送4个接点信号给锅炉DCS系统，分别代表4个角的 等离子点火器断弧，当A磨在“等离子运行模式”下运行时， 任意两角等离子装置工作故障时，保护停A磨煤机； “等离子运行模式” #3磨运行时，#3磨煤机停运，则等离子 点火器跳闸； 锅炉MFT时，等离子点火器跳闸，并禁启。
冷炉制粉系统
采用直吹式制粉系统的锅炉在安装等离子点 火系统时所要解决的首要问题就是锅炉启动时煤 粉的来源问题。在本设计方案中通过在A磨煤机 入口热风道上增加蒸汽加热器，将磨煤机入口风 温加热至启磨温度（本设计中为170℃），从而使 A磨煤机具备了在锅炉冷态启动初期即可投入运 行的能力。 蒸汽加热器布置在主联络风道至A磨第一道热 风门之间，汽源取自厂用辅助蒸汽联箱，设计的 为蒸汽参数320℃、1.2MPa。
等离子点火器的调整试验
锅炉点火吹管初期，为保证锅炉及等离子系统安全、 正常投运，一般控制阴极头的平均使用时间为25小时，即 等离子电弧连续工作1昼夜后更换四只新阴极头。通过对 点火器各项参数的调整试验，阴极寿命可以达到80～100 小时。 电流、电压、阴阳极间距的调整：在等离子发生器启 动拉弧的过程中，阴极向前推进与阳级接触，启弧后向后 退，自动维持电弧电流在设定值。等离子点火初期，一般 设定电弧功率在100kw即可保证正常点火，相应电流的设 定值在330A左右。电弧运行一段时间后，随着阴极材料的 烧损，阴阳极间距加大，会造成电压上升，此时应及时调 整阴阳极间距，维持电弧电压在310～330V，如果电压超 过350V，则有断弧的危险。

图1 等离子点火燃烧器结构示意图
图2 燃烧器弯头内弯板示意图
热电偶
无弯板时的高浓度煤 粉位置
中心筒点火区
中心筒点火区
最后一级煤粉
最后一级煤粉
有弯板时的高浓度煤 粉位置
一次风
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如上图所示，等离子点火煤粉燃烧器的各项 外形尺寸完全按照锅炉原有的煤粉燃烧器接口尺 寸设计，将原煤粉燃烧器从后部拉出后，可将等 离子点火煤粉燃烧器直接推进就位，燃烧器前端 与锅炉水冷壁平齐，后端与一次风管道弯头及检 修用隔断门通过法兰连接。 等离子点火器是等离子点火系统的核心部件 之一。它的作用是维持给定功率的电弧，并使之 稳定、可靠。等离子点火器的功率调节范围为 50～150kw，采用直流低压空气等离子电弧，以 确保设备及人员的安全。




如上图所示，它由以下三个主要部件组成： 稳弧线圈： 产生合适的磁场，保证空气等离子电 弧的形状及稳定性。 阳极： 空气等离子电弧的一极，同时为空气等离 子电弧形成带电粒子的通道。 电子发射枪： 空气等离子电弧的另一极，它为空 气等离子电弧形成带电粒子的通道，同时也是电 弧启动、控制电弧功率的具体执行部件。