锅炉等离子点火燃烧器的应用

锅炉等离子点火燃烧器的应用吴必科(广州恒运集团有限公司, 广东广州510730)摘要：简单介绍了等离子点火燃烧器的工作原理和系统组成，结合该燃烧器在恒运电厂6号锅炉的成功应用情况，分别从运行方式、运行控制参数、运行控制策略、运行工况等方面分析了该燃烧器的运行特性，对今后推广该技术的应用有借鉴作用。

恒运电厂6号锅炉（DG-680/13.7-20）为超高压、自然循环、单汽包、正压直吹式制粉系统、四角切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、燃烟煤锅炉。

2003年10月，该锅炉投入运行。

锅炉首次整组起动前，将第一层四支主燃烧器改造为等离子点火煤粉燃烧器，并成功地投入运行，这是广东省内火电厂的首次尝试。

煤粉锅炉等离子点火技术在国外已有20多年的历史了，近年来在国内也有研究和应用,并取得了较好的效益［1,2］。

该技术成功地运用在广州恒运电厂6号锅炉，使整组起动节约用油共计两百多吨，点火期间可尽早投运电除尘器，经济效益和环保效益明显。

1等离子点火煤粉燃烧器工作原理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0.01MPa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6000 ℃。

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0.1s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。

等离子点火器本体部分工作原理见图1。

2系统及设备简介2.1制粉系统及燃烧器布置恒运电厂6号炉采用四角切圆布置五层煤燃烧器、二层油燃烧器。

煤质工业分析见表1。

制粉系统为5台ZGM-80G辊式中速磨煤机，每台磨煤机（额定工况下为4台运行、1台备用）制粉后送至一层煤粉燃烧器，其中C磨煤机连接第一层燃烧器。

磨煤机最大出力为29.87t/h，允许磨煤机最低出力为7.47 t/h，额定通风量为12.46 kg/s，最低通风量为9.345 kg/s，密封风量为1.21kg/s，磨机出口温度65～80℃。

改造前，设计使用油燃烧器起停、稳燃。

此次改造将第一层4只煤燃烧器替换为等离子点火燃烧器，同时用作点火燃烧器和主燃烧器。

2.2等离子燃烧系统等离子燃烧系统由点火系统和辅助系统两大部分组成。

点火系统由等离子燃烧器、等离子发生器、电源控制柜、隔离变压器、控制系统等组成；辅助系统由压缩空气系统、冷却水系统、图像火检系统、一次风在线测速系统等组成。

由于受场地限制，在C磨煤机入口的一次风道未加装蒸汽暖风器。

2.3等离子燃烧器结构等离子燃烧器采用内燃方式，为三级送粉，由等离子发生器、风粉管、外套管、喷口、浓淡块、主燃烧器等组成（见图2）。

由于燃烧器的壁面要承受高温，因此加入了气膜冷却风。

3等离子点火燃烧器系统运行方式为保证机组的安全及等离子点火系统的正常运行，在炉膛安全监控系统（FSSS）逻辑中，C磨煤机实现“正常运行模式”和“等离子运行模式”的切换。

在“正常运行模式”时，第一层燃烧器实现主燃烧器功能；在“等离子运行模式”时，对C磨煤机的部分起动条件进行屏蔽，第一层燃烧器实现点火燃烧器功能。

3.1冷态等离子点火运行方式a) 按照运行规程的要求，锅炉上水到点火水位，风机起动，炉膛吹扫程序完成。

b) 全面检查等离子燃烧器的各子系统，确认压缩空气、冷却风、冷却水等各项参数正常，等离子发生器具备起动条件。

c) 锅炉点火，投入一层对角油燃烧器，30 min后，按照锅炉冷态起动曲线增投另一对角油燃烧器。

d) 置C磨煤机在“等离子运行模式”运行，检查制粉系统正常，二次风温达到90～130℃，起动一次风机、密封风机，磨煤机起动条件满足，C制粉系统投入暖磨。

起动捞渣机、碎渣机运行。

e) 将等离子发生器给定电流设置为300 A起弧，稳定5 min后，根据煤种将等离子发生器功率控制在80～120 kW范围内。

f) 调节第一层燃烧器周界风，维持风门开度在15%。

g) 起动C制粉系统。

h) 就地观察等离子燃烧器的燃烧情况，调整一次风量、周界风门开度，确定合理的一次风速及风门开度。

i) 等离子燃烧器燃烧稳定后，逐步减少油燃烧器，直至完全断油运行，并投入电除尘器第四电场运行。

j) 汽机冲转、定速、并网后逐渐增加燃料量。

k) C制粉系统出力达70%，投入上层煤粉燃烧器。

此后按规程要求，升温、升压，并投入其它电除尘电场。

l) 运行负荷带到110 MW，超过锅炉最低稳燃负荷时，置C磨煤机在“正常运行模式”，逐步停用四角等离子发生器，锅炉转入正常运行。

3.2等离子助燃运行方式a) 锅炉在低负荷助燃并所带负荷降到110MW附近时，将“正常运行模式”工作的等离子燃烧器逐支投入等离子发生器。

当四角等离子燃烧器都投入等离子发生器后，根据需要，置C磨煤机在“正常运行模式”或“等离子运行模式”运行。

b) 锅炉在滑停助燃并带负荷降到110 MW附近时，投入等离子发生器，置C磨煤机在“正常运行模式”运行，按规程要求平稳降温、降负荷。

c) 当电负荷降至0，机组解列，等离子燃烧器退出，停运电除尘器，锅炉停炉。

4等离子点火燃烧器系统运行控制参数4.1系统控制参数为保证等离子发生器正常工作，对电源、压缩空气、冷却水、水质等均有控制要求：负荷电流200～375 A，电弧电压250～400V；压缩空气压力0.12～0.3 MPa，压缩空气体积流量60～100 m3/h；冷却水压力0.15～0.40MPa，冷却水体积流量不大于10 m3/h；水质为除盐水，水温不大于40 ℃。

4.2燃烧器控制参数为保证等离子燃烧器在起动点火时及时着火、燃烧稳定，在不同的工况下对一次风速、气膜冷却风速、给煤粉量、电弧功率、二次风等均有不同的要求，见表2。

总之，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、升压曲线的前提下，尽早投入其它燃烧器，尽快提高炉膛温度，有利于提高燃烧效率。

5等离子点火燃烧器系统运行控制策略Array等离子点火燃烧器系统运行控制策略有以下几点：a) 起动C制粉系统前，将C磨煤机的出口分离器挡板角度调整至较小值。

b) 等离子点火燃烧器投入运行的初期，要注意观察火焰的燃烧情况、电源功率的波动情况，做好事故预想，发现异常，及时处理。

c) 起动C制粉系统后，根据各角等离子燃烧器的燃烧情况，调整磨煤机对应的煤粉输送管道上的输粉风（一次风粉）调平衡阀门，保持各煤粉输送管道内风速合适、煤粉浓度一致、煤粉细度一致。

d) 等离子点火燃烧器投入运行的初期，为控制温升，上部二次风门要适当开大，注意观察烟温，防止再热器系统超温。

e) 在锅炉起动的过程中，对锅炉的膨胀加强检查、记录。

f)在等离子点火燃烧器投入前，要根据给煤量与磨煤机入口风压、风量等参数，做好风粉速度、煤粉浓度等重要参数的预想，并在点火的过程中，根据煤粉着火情况，有根据地加以调整。

g)等离子燃烧器投入后，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，并实地观察实际燃烧情况，合理配风组织燃烧。

h) 气膜冷却风控制，冷态一般在等离子燃烧器投入0～30min内开度尽量小，以提高初期燃烧效率，随着炉温升高，逐渐开大风门，防止烧损燃烧器，以燃烧器壁温控制在500～600 ℃为宜。

i) 当C磨煤机在“等离子运行方式”下运行，4支等离子发生器中的1支发生断弧时，光字牌将发出声光报警，此时运行人员应及时投入断弧等离子发生器上层的油枪，同时检查断弧原因，尽快恢复等离子发生器的运行。

j)当C磨煤机在“等离子运行方式”下运行，4支等离子发生器中的2支发生断弧时，保护系统将停止磨煤机的运行，此时应仔细检查断弧原因，待问题解决后再继续运行。

k)当锅炉负荷升至断油负荷以上且等离子发生器在运行状态时，应及时将C磨煤机运行方式切至“正常运行模式”，防止因等离子发生器断弧造成磨煤机跳闸。

6运行情况分析恒运电厂6号锅炉等离子点火燃烧系统经现场安装、调试完善后，于2003年11月2日顺利实现等离子点火起停机组。

现场试验情况如下：11月2日19时53分（点火前），锅炉汽包压力0.38MPa，高温过热器前烟温150 ℃，主蒸汽温度210 ℃，二次风温57℃，投第一层C角油枪；11月2日20时12分投第一层D角油枪，A，B角油枪均因故障未投运；20时33分起动一次风机、密封风机，C制粉系统投入暖磨；20时45分投入等离子发生器；21时05分起动C磨煤机，因C给煤机进出口闸板故障于21时08分停运；故障排除后，21时15分投入等离子发生器；21时32分起动C制粉系统正常；22时07分全退轻油枪，投入电除尘器；11月3日主蒸汽压力3.61MPa，主蒸汽温度403 ℃，再热蒸汽温度385 ℃，汽轮机冲转；0时18分发电机并网，升负荷；7时43分负荷带至111MW，退出等离子发生器。

中参数停机过程（2003年11月1日）：0时28分负荷降到115MW，投入等离子发生器。

按规程要求平稳降温、降负荷；3时05分电负荷降至0，发电机解列，等离子发生器退出，停运电除尘器，锅炉停炉。

从运行情况可以看出：a)由于等离子燃烧器系统投运不久，运行人员对其特性掌握不够，再加上设备的原因，使得C磨煤机起动推迟，延长了投油时间，但是这次机组起、停总油耗量只有5.67t, 与起动同类型锅炉对比，油耗量已大大减少，在6号机整组起动中节约用油共计两百多吨，而且可以尽快投入电除尘器。

b)恒运电厂6号机组属省统调调峰机组，调峰频繁，因此这次开停炉时间间隔很短，对于锅炉本身而言，点火起动的程序和各阶段的起动要求则不受停炉时间的长短（即不论是热炉还是冷炉）而改变，所以6号炉等离子点火燃烧器系统完全可以实现锅炉冷态少油点火。

6号炉等离子点火燃烧器系统由于受场地限制，未在C磨煤机入口的一次风道上加装蒸汽暖风器，可进一步改造，以实现冷态无油点火。

7结论a)从恒运电厂6号炉的运行情况看，在配置正压直吹式制粉系统的燃烟煤锅炉上采用等离子点火燃烧器冷态点火起动，与同类型锅炉对比，起动所需的平均耗油量减少约20～25t；投粉时间可提前约2～3 h，成功实现少投油，早投电除尘器，并满足锅炉升温升压的要求。

b)在低负荷工况下使用等离子点火技术助燃，完全可以实现无油助燃，机组的经济效益和环保效益明显提高。

同时，在等离子燃烧器投用以来，未出现锅炉尾部二次燃烧、烟温升高及燃烧不稳产生灭火打炮现象。