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。