等离子点火技术在６００ＭＷ机组上的应用

摘要:针对燃煤机组启停过程中需要燃烧大量燃油的问题,福建华电可门发电有限公司2台600MW机组应用了等离子点火技术。文章介绍了等离子点火系统的基本组成及工作原理,分析了等离子点火控制逻辑,为同类行机组采用等离子点火技术提供借鉴。

关键词:等离子点火技术;燃烧器;控制逻辑;点火方式

中图分类号:TK227

文献标识码:A

文章编号:1009-2374(2009)19-0051-02

近年来,随着原油价格不断上涨,火力发电厂成本不断上升,面对电力市场竞争日趋激烈,控制成本节约燃油用量越来越受到重视。为了节约能源、减少投资,福建华电可门发电有限公司(简称“可门电厂”)二期工程2台600MW超临界燃煤机组采用等离子点火技术,实现锅炉冷态启动不用油,特别是在新机组试运期间可节约大量燃油,是目前一种比较理想的点火方式。

一、设备概述

可门电厂二期工程2×600MW超临界机组锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉,单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、Π型露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构。锅炉配备了一套燃油系统以及一套等离子点火系统,锅炉的燃油系统的燃用油种为0号轻柴油,从一期引接,作为等离子点火系统的备用系统,点火方式为二级点火,即高能点火器点燃轻油,轻油点燃煤粉。设计煤种为神府东胜煤。炉后尾部布置两台转子直径为φ13492mm的三分仓容克式空气预热器。

二、等离子点火工作原理

(一)等离子点火系统的构成

本机组锅炉采用的XPS-2型等离子点火装置包括等离子点火燃烧器4台,由A磨供粉。等离子发生器4台,安装在等离子燃烧器上。整流柜4个,隔离变压器4台,为等离子发生器提供直流电源。等离子载体风用的是仪用压缩空气。图像火检4个,安装在燃烧器上面,用来观察各角的燃烧状况,火检冷却风由图象火检风机(一用一备)提供。等离子冷却水来自闭式水系统,经加压水泵增压(一用一备)。系统还配置了1台暖风器,可以将一次冷风加热到170℃,以满足启动需要。

(二)等离子点火机理

XPS-2型等离子点火装置使用压缩空气作为产生等离子体的介质,在电流250～400A的情况下,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E(E等=1/6E油)。

等离子体内含有大量化学活性的粒子,如原子(C、H、O)、原子团(OH、H2、O2)、离子(O2-、H2-、OH-、O-、H+)和电子等,可加速热化学转换,促进燃料完全燃烧,除此之外,等离子体对于煤粉的作用,可比通常情况下提高20%～80%的挥发份,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。

(三)等离子发生器工作原理

本发生器为压缩空气载体等离子发生器,它由阴极、阳极前腔进气环,后腔进气环等组成。其中阴极材料采用高导电率的金属材料制成。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。电源采用全波整流并具有恒流性能。其拉弧原理为:首先建立空载电压,设定好输出电流,启动后,高频引弧器工作,将阴极和阳极之间的间隙击穿,由于有空载电压,电弧就建立起来了,形成等离子体,等离子体的能量密度高达105～106W/cm2,为点燃不同的煤种创造了良好的条件。

三、等离子点火控制逻辑

可门电厂锅炉点火系统采用燃油和等离子点火两套方案,一旦等离子点火失败就运用燃油点火,这样能保证机组的正常运作。下面对等离子点火系统相关控制逻辑(以1号角为例)进行介绍,可供同类机组参考。

1.#1角等离子点火系统满足以下所有条件,允许启动:

等离子点火系统冷却水母管压力低信号无;

MFT动作信号无;

煤层点火允许;

任意一次风机运行;

#1角等离子发生器前腔气压正常;

#1角等离子发生器后腔气压正常;

#1角等离子点火系统冷却水压正常;

#1角等离子点火系统允许远操;

#1角等离子点火系统控制器正常;

#1角等离子点火系统冷却水流量正常。

2.#1角等离子点火系统满足以下条件,允许停止;

常允许。

3.#1角等离子点火系统在备用位且满足以下任一条件,自动停止

MFT动作;

磨煤机A跳闸;

#1角等离子点火系统控制器正常信号消失,延时1S;

等离子点火系统压缩空气母管压力低于5KPa,延时3S;

等离子点火系统冷却水母管压力低于0.2MPa,延时3S。

4.等离子点火系统冷却风机A满足以下所有条件,允许启动

等离子点火系统冷却风机A在远方位置;

等离子点火系统冷却风机A控制回路故障信号无。

5.等离子点火系统冷却风机A满足以下任一条件,允许停止

等离子点火系统冷却风机B运行且风机出口母管压力低信号无;

等离子点火系统未在选择模式。

6.等离子点火系统冷却风机A在备用位且满足以下任一条件,自动启动

等离子点火系统冷却风机B跳闸;

等离子点火系统冷却风机B运行且风机出口母管压力低信号出现,延时3s。

7.等离子点火系统冷却水泵A满足以下所有条件,允许启动

等离子点火系统冷却水泵A在远方位置;

等离子点火系统冷却水泵A故障信号无;

8.等离子点火系统冷却水泵A满足以下任一条件,允许停止

以下条件或关系(等离子点火系统冷却水泵B运行条件下);

等离子点火系统冷却水母管压力不低于0.8MPa;

等离子点火系统冷却水母管压力低信号无;

等离子点火系统未在选择模式。

9.等离子点火系统冷却水泵A在备用位且满足以下任一条件,自动启动

等离子点火系统冷却水泵B跳闸;

以下条件或关系(等离子点火系统冷却水泵B运行条件下);

等离子点火系统冷却水母管压力低于0.8 MPa,延时5s;

等离子点火系统冷却水母管压力低信号出现,延时5s。

以上是冷却水泵A和冷却风机A控制逻辑,冷却水泵B和冷却风机B控制逻辑类同。

四、结语

可门电厂二期工程2台600MW机组从点火、冲转至168小时试运结束,采用了全程无油点火,达到了为电厂降低运行成本和环保的目的,并降低了因燃油带来的冒黑烟和污染物排放量的问题。建议采用等离子点火系统的电厂对等离子点火设备应纳入日常维护和管理,派专人负责,定期进行试验,特别是容易烧坏的阴、阳极头,应结合燃用煤种情况定期检查,确保设备的可靠性。

作者简介:陈伟伟(1982-),男,江西人,广州临海水务有限公司助理工程师,研究方向:控制。

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