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1、-109-等离子点火装置说明书目录1.概述 1102.等离子燃烧器工作原理 1112.1 点火机理 111 2.2 等离子发生器工作原理 111 2.3 燃烧机理 112 3.等离子点火燃烧系统组成 1133.1 等离子点火燃烧系统 113 3.1.1 燃烧系统 113 3.1.2 风粉系统 114 3.2 等离子点火器系统 115 3.2.1 等离子发生器 115 3.2.2 等离子电气系统 117 3.2.3 等离子载体风系统 119 3.2.4 等离子冷却水系统 119 4.运行 1204.1 操作界面介绍 120 4.1.1 以触摸屏方式操作单角等离子点火的画面 120 4.1.2 以
2、 DCS 方式操作另设等离子点火燃烧器的画面 121 4.2 运行的控制与调节 122 4.3 运行主要参数 123 5.故障处理 124名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 1 页，共 16 页 -110-1.概述大型工业煤粉锅炉的点火和稳燃传统上都是采用燃烧重油或天然气等稀有燃料来实现的，近年来，随着世界性的能源紧张，原油价格不断上涨，火力发电燃油愈来愈受到限制。因此锅炉点火和稳燃用油被作为一项重要的指标来考核，为了减少重油(天然气)的耗量，传统的做法是提高煤粉的磨细度，提高风粉混合物和二次风的预热温度，采用预燃室燃烧器，选用小油枪点火等等。但是，这些都是传统意义上的节油技术，
3、节油效果是有限的，还不能达到最终不用油的目的，若要进一步减少燃油到最终不用油，必须采用与传统上完全不同的全新工艺，这种工艺应既可保证提高燃烧过程的经济性，又可以改善火电厂的生态条件DLZ-200 型等离子煤粉点火装置，采用直流空气等离子体作为点火源，可点燃挥发分较低的贫煤，实现锅炉的冷态启动而不用一滴油，是未来火力发电厂点火和稳燃的首选设备。采用等离子点火装置，点火和稳燃与传统的燃油相比有以下几大优点：经济：采用等离子点火运行和技术维护费仅是使用重油点火时费用的，1520，对于新建电厂，可以节约上千万的初投资和试运行费用；环保：由于点火时不燃用油品，电除尘装置可以在点火初期投入，因此，减少了点
4、火初期排放大量烟尘对环境的污染；另外，电厂采用单一燃料后，减少了油品的运输和储存环节，亦改善了电厂的环境；高效：等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子(C、H、0)、原子团(OH、H2、O2)、离子(O-2、H-2、OH-、O-、H-)和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧；简单：电厂可以单一燃料运行，简化了系统，简化了运行方式；安全：取消炉前燃油系统，也自然避免了经常由于燃油系统造成的各种事故。结论：既然采用等离子技术点燃煤粉锅炉经济、高效、简单、安全、环保，有百利名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 2 页，共 16 页 -111-而无一害，当然是燃煤锅炉的首选设备，是
5、目前燃油系统改造的最佳替代产品。2002年国家电力公司发布了电站锅炉等离子点火技术应用指南，推广等离子点火技术。2.等离子燃烧器工作原理2.1 点火机理本装置利用直流电流(280-350A)在介质气压 5-15kPa的条件下接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成 T5000K 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
6、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、0)、原子团(OH、H2、O2)、离子(O-2、H-2、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2080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。2.2 等离子发生器工作原理本发生器为磁稳空气载体等离子发生器，它由线圈、阴极、阳极组成。其中阴极材料采用高导电率的金属材料或非金属材料制成。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。线圈在高温 2
7、50C 情况下具有抗 2000V 的直流电压击穿能力，电源采用全波整流并具有恒流性能。其拉弧原理为：首先设定输出电流，当阴极 3 前进同阳极 2 接触后，整个系统具有抗短路的能力且电流恒定不变，当阴极缓缓离开阳极时，电弧在线圈磁力的作用下拉出喷管外部。一定压力的空气在电弧的作用下，被电离为名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 3 页，共 16 页 -112-高温等离子体，其能量密度高达105106Wcm2，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。2.3 燃烧机理名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 4 页，共 16 页 -113-根据高温等离子体有限能量不可能同无限的煤粉量及
8、风速相匹配的原则设计了多级燃烧器。它的意义在于应用多级放大的原理，使系统的风粉浓度、气流速度处于一个十分有利于点火的工况条件，从而完成一个持续稳定的点火、燃烧过程。实验证明运用这一原理及设计方法使单个燃烧器的出力可以从2T/H 扩大到 12T/H。在建立一级点火燃烧过程中我们采用了将经过浓缩的煤粉垂直送入等离子火炬中心区，T5000K 的高温等离子体同浓煤粉的汇合及所伴随的物理化学过程使煤粉原挥发份的含量提高了2080，其点火延迟时间不大于1 秒。点火燃烧器的性能决定了整个燃烧器运行的成败，在设计上该燃烧器中心筒出力约为 500800kg/h，其喷口温度不低于1200C。另外我们加设了风粉冷却
9、技术避免了煤粉的贴壁流动及挂焦，同时又解决了燃烧器的烧蚀问题。该区称为第一区。第二区为混合燃烧区，在该区内一般采用“浓点浓”的原则，环形浓淡燃烧器的应用；降淡粉流贴壁而浓粉掺入主点火燃烧器燃烧。这样做的结果既利于混合段的点火，又冷却了混合段的壁面。如果在特大流量条件还可采用多级点火。第三区为强化燃烧区，在一、二区内挥发分基本燃尽，为提高疏松炭的燃尽率采用提前补氧强化燃烧措施，提前补氧的原因在于提高该区的热焓进而提高喷管的初速达到加大火焰长度提高燃尽度的目的，所采用的风粉冷却技术亦达到了避免结焦的目的(1998年获专利)。第四区为燃尽区，疏松碳的燃尽率，决定于火焰的长度。随烟气的温升燃尽率逐渐加
10、大。3.等离子点火燃烧系统组成3.1 等离子点火燃烧系统3.1.1 燃烧系统等离子燃烧器是借助等离子发生器的电弧采点燃煤粉的煤粉燃烧器，与以往的煤粉燃烧器相比，等离子燃烧器在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用等离子弧将煤粉点燃，并将火焰在燃烧器内逐级放大，属内燃型燃烧器，可在炉膛内无火焰名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 5 页，共 16 页 -114-状态下直接点燃煤粉，从而实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。如图 3.1 所示，等离子发生器产生稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的中心筒中形成T5000K 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，
11、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）。除此之外，等离子体有再造挥发份的效应，这对于点燃贫煤强化燃烧有特别的意义。根据有限的点火功率不可能直接点燃无限的煤粉量的问题，等离子燃烧器采用了多级燃烧结构，如图3.1 所示，煤粉首先在中心筒中点燃，进入中心筒的粉量根据燃烧器的不同在500800kg/h之间，这部分煤粉在中心筒中稳定燃烧，并在中心筒的出口处形成稳定的二级煤粉的点火源，并依次逐级放大，最大可
12、点燃12T/H 的粉量。等离子燃烧器的高温部分采用耐热铸钢，其余和煤粉接触部位采用高耐磨铸钢。和现场管路连接时须正确选用焊条型号。3.1.2 风粉系统3.1.2.1给粉机名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 6 页，共 16 页 -115-对于仓储式制粉系统，为满足等离子燃烧器对于煤粉浓度和均匀性的要求并能做主燃烧器使用，与等离子燃烧器相匹配的给粉机选择，应满足做主燃烧器使用时燃烧器的最大出力，100MW 及以下等级的锅炉，与等离子燃烧器匹配的给粉机额定出力以 26t/h 为宜。对 200MW 及以上容量的锅炉，一般选用给粉机的额定出力在 39t/h 为宜。3.1.2.2磨煤机A、
13、对于直吹制粉系统，选定的点火用磨煤机，最低出力应能满足最低投入功率的要求，MPS 中速磨宜采用可变加载型。B、根据磨煤机的型式，调整其出力和细度至最佳状态，例如：适当调整回粉门的开度、调整分离器开度，适当减小一次风量(但风量的调整应满足一次风管的最低流速，中速磨最低风量应保证允许的风环风速)，对于 MPS 中速磨煤机还应适当调整碾磨压力。3.1.2.3暖风器暖风器的作用是加热一次风，用于冷态制粉。暖风器的设计内容包括换热面积，风阻，蒸汽的参数等。暖风器的安装主要应包括暖风器进出口风道的连接方式、支吊架的位置、整体重量、入口蒸汽管道尺寸及连接方式、出口疏水管道尺寸及连接方式。暖风器安装完毕投运前
14、需要进行压力试验。3.2 等离子点火器系统3.2.1 等离子发生器等离子发生器是用来产生高温等离子弧的装置，其主要由阳极组件、阴极组件、线圈组件三大部分组成，还有支撑托架配合现场安装。等离子发生器设计寿命为 58 年。阳极组件与阴极组件包括用来形成电弧的两个金属电极阳极与阴极，在两电极间加稳定的大电流，将电极之间的空气电离形成具有高温导电特性等离子体，线圈通电产生强磁场，将等离子体压缩，并由载体风吹出阳极，形成可以利用的高温电弧。等离子发生器根据长度以及使用炉型分为4 种类型，为 DLZ 200 1 型，DLZ 200II 型，DLZ-200III 型，DLZ-200IV 型。名师资料总结-精
15、品资料欢迎下载-名师精心整理-第 7 页，共 16 页 -116-DLZ-200 I 型和 DLZ-200 II 型用于四角切圆锅炉径向插入燃烧器系统o DLZ-200III 型和 DLZ-200IV 型用于四角切圆锅炉轴向插入燃烧器系统。DLZ-200IV 型也用于前墙以及前后墙对冲锅炉。3.2.1.1阳极组件阳极组件由阳极、冷却水道、载体风通道及壳体等构成。阳极导电面为具有高导电性的金属材料铸成，采用水冷的方式冷却，在设计工况下，连续工作时间不低于 500 小时。为确保电弧能够尽可能多的拉出阳极以外，在阳极上加装压弧套。还可以在在阳极前部使用等离子弧输送技术输送到燃烧器中心筒。3.2.1.
16、2阴极组件阴极组件由阴极头、外套管、内套管、驱动机构、进出水口、导电接头等构成，阴极头导电面以为具有高导电性的金属材料铸成，采用水冷的方式冷却，在设计工况下，连续工作时间不低于50 小时。对于不同型号的发生器，所使用的阴极头型号是不同的，现场使用应当注意。3.2.1.3线圈组件线圈组件由导电管绕成的线圈、绝缘材料、进出水接头、导电接头、壳体等构成。导电管内通水冷却，寿命为5 年。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 8 页，共 16 页 -117-3.2.2 等离子电气系统等离子发生器电源系统是用来产生维持等离子电弧稳定的直流电源装置。其基本原理是通过三相全控桥式晶闸管整流电路将三
17、相交流电源变为稳定的直流电源。其由隔离变压器和电源柜两大部分组成。电源柜内主要有由六组大功率晶闸管组成的三相全控整流桥、大功率直流调速器、直流电抗器、交流接触器、控制 PLC 等。目前普遍使用的直流调速装置有SIEMENS 的 6RA70 系列，SIEMENS 的6RA28 系列和 ABB 的 DCS500系列。3.2.2.1隔离变压器等离子电源系统用隔离变压器参数：额定电压：038036kV 额定电流：304321A 额定功率：200kVA 额定频率：50HZ 相数：三相联结组标号：Dynll 接线方式：Yn 冷却风式：自然冷却绝缘等级：F 绝缘水平：AC33 温升：100K 选用材料：30
18、Q130冷轧有取向硅钢片、环氧树脂真空浇注。隔离变压器的主要作用是隔离。一次绕阻接成三角形，使 3 次谐波能够通过，减少高次谐波的影响；二次绕组接成星型，可得到零线，避免等离子发生器带电。3.2.2.2电源柜(参见电源柜说明书)电源柜选用德国 RITTAL 公司生产的 PS4000型电源柜。电源柜为前后开门结构。前门上方安装有三块表从左到右分别为系统实际电压表、系统实际电流表、系统给定电流表，下方为排气孔。电源柜技术参数如下：名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 9 页，共 16 页 -118-额定输入电压(1)：3AC400(+1 5-20)额定输入电流：332A 额定频率：45
19、-65HZ 额定直流输出电压：485V 额定直流输出电流：400A 过载能力：180额定输出功率：194kW 额定直流电流下的功耗：1328W 电子电路电源额定供电电压：2AC380(-25)460(+1 5)；In=lA 或1ACl90(-25)230(+15)；Dn=2A(-351 分钟)冷却风扇额定电压：3AC400(15)50HZ 额定电流：0.3A 额定流量：570m3h 噪音等级：73dBA 运行环境温度：040C(2)强迫风冷存储和运输温度：-25+70C 安装海拔高度：额定直流电流下 1000m(3)环境等级(DIN IEC 721-3-3)：3K3 防护等级(DIN 4005
20、0 1ECl44)：IP00 说明：(1)电源柜进线电压可低于额定电压，输出电压也相应降低。(2)指定的直流输出电压，在进线电压低于5(额定输入电压)时也能达到。(3)负载系数 K1(直流电流)同冷却温度有关。(4)负载系数 K2 与安装高度有关。(5)总的衰减系数 K=K1*K2。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 10 页，共 16 页 -119-3.2.3 等离子载体风系统载体风是等离子电弧的介质，等离子电弧形成后，通过线圈形成的强磁场的作用压缩成为压缩电弧，需要载体风以一定的流速吹出阳极才能形成可利用的电弧。因此，等离子点火系统的需要配备载体风系统，载体风的要求是洁净的而
21、且压力，流速是稳定的b 各种等离子发生器具体实现方案如下：(1)DLZ-200I 型和 DLZ-200II 型等离子发生器采用高压离心风机或者容积式罗茨风机作为载体风气源。发生器前仪表组件处最佳压力范围为5-8kPa。(2)DLZ-200III型等离子发生器优先采用压缩空气作为载体风气源，也可以采用高压离心风机或者容积式罗茨风机，发生器前仪表组件处最佳压力范围为8-1 2kPa。(3)DLZ-2001V 型等离子发生器采用压缩空气作为载体风气源，发生器前仪表组件处压力为 10-1 5kPa。等离子发生器前的载体风管道上设有压力表和一个压力开关，把压力满足信号送回本燃烧器电源柜，每台等离子装置的
22、载体风流量约为1 0Nm3min15Nm3min。如使用电厂杂用载体风系统，母管需要有滤油，滤水装置。载体风系统中同时设计有备用吹扫空气管路，吹扫空气取自图像火检探头冷却风机出口母管，用于保证在锅炉高负荷运行、等离子点火器停用时点火器不受煤粉污染。3.2.4 等离子冷却水系统等离子电弧形成后，弧柱温度一般在5000K 到 10000K 范围，因此对于形成电弧的等离子发生器的阴极和阳极以及线圈必须通过水冷的方式来进行冷却，否则很快会被烧毁。通过大量实验总结出为保证好的冷却效果，需要冷却水以高的流速冲刷阳极和阴极，因此需要保证等离子发生器前仪表组件处冷却水压差不低于 02MPa 的压力。另外，冷却
23、水温度不能高于40C，否则冷却效果差。为减少冷却水对阳极和阴级的腐蚀，要采用电厂的除盐化学水。具体实现方案如下：(1)冷却水系统采用闭式循环系统，由自制冷却水箱、冷却水泵、换热器及阀门、压力表、管路组成，冷却水泵两台互为备用。系统材质均为不锈钢，回水无压力，冷却水箱、水泵安装保证不振动。换热器根据现场情况安装。(2)冷却水直接取自电厂除盐水箱，附属设备与自制冷却水箱系统相同。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 11 页，共 16 页 -120-(3)冷却水取自电厂闭式循环水系统，回水有压力。冷却水经母管分别送至等离子点火器，单个等离子点火器的冷却水用量约为10TH，冷却水进入等离
24、子装置后再分两路分别送入线圈和阳极，另一路进入阴极，等离子点火器回水经母管流经换热器冷却后返回。等离子装置来水管道上设有手动调节阀，用于调整等离子点火器冷却水流量，同时安装有冷却水压力表，过滤器及压力开关(CCS 或者 SOR 厂家)，压力满足信号送回本等离子电源柜。对于两台炉公用冷却水系统，回水分管道加装截止阀。4.运行4.1 操作界面介绍4.1.1 以触摸屏方式操作单角等离子点火的画面左上角为画面名称，上中为公司名称，右上角为日期、时间。中间部分为过程示意图、必要的操作按钮和状态显示。下部分为画面之间切换热键。名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 12 页，共 16 页 -12
25、1-4.1.2 以 DCS方式操作另设等离子点火燃烧器的画面（1）等离子点火操作主画面（2）等离子点火装置设备状态画面名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 13 页，共 16 页 -122-4.2 运行的控制与调节(1)锅炉具备点火启动条件，引、送风机投入，相应的等离子燃烧器一次风速保持在 2530ms，气膜或周界冷却风少开或不开；(2)等离子发生器拉弧稳定后，根据炉温及所燃煤种的好坏情况，调节电弧的电流及电压，使电弧功率稳定在80120kW 范围内；(3)根据实际情况，将点火)吠态切换到“点火”或“助燃”状态，启动相应的给粉机，迅速调节给粉机的转速，使给粉浓度在035055kgk
26、g 范围内，调节一次风速 1822ms(冷态)或 2428ms(热态)，等离子燃烧器开始燃烧；(4)对于直吹式制粉系统，磨煤机对应的所有煤粉输送管道，应进行冷态输粉风(一次风)调平，煤粉分配器进行初步调整。尽可能保持各煤粉输送管道内风速一致、煤粉浓度一致、煤粉细度一致。根据磨煤机的型式，调整其出力和细度至最佳状态，例如：适当调整回粉门的开度、调整分离器开度，适当减小一次风量(但风量的调整应满足一次风管的最低流速，中速磨最低风量应保证允许的风环风速)，对于中速磨煤机还应适当调整碾磨压力。在等离子点火装置投运期间，磨煤机受最低煤量限制，投入的燃料量可能较大，要注意观察锅炉蒸汽压力升高的速度以及过热
27、器、再热器的温升情况，根据锅炉升压、升温曲线，通过调整机组旁路系统阀门的开度，控制锅炉升压、升温速度。(5)投入等离子燃烧器后，为防止可燃气体沉积在未投燃烧器的邻角，产生爆燃，应适当开启邻角下二次风，使可燃气体及时排出炉膛。(6)加强炉内燃烧状况监视，实地观察炉膛燃烧，火焰应明亮，燃烧充分，火炬长，火焰监视器显示燃烧正常，如发现炉内燃烧恶劣，炉膛负压波动大，应迅速调节一次风速及给粉机转速调整燃烧，若炉膛燃烧仍不好，应立即停止相应的给粉机，必要时停止等离子发生器，经充分通风，查明原因后重新再投；(7)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
28、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、升压曲线的前题下，应尽早投入其他等离子燃烧器，尽快提高炉膛温度，有利于提高燃烧效率；(8)等离子燃烧器都投入后，还需投入其他主燃烧器时，应以先投入等离子名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 14 页，共 16 页 -123-燃烧器相邻上部主燃烧器为原则，并原地观察实际燃烧情况，合理配风组织燃烧；(9)机组并网带负荷后，根据燃烧情况及锅炉运行规程规定，将“点火”状态及时切换到“助燃”状态。4.3 运行主要参数(1)电源：三相电源：380+10%V-5%V 频率：502Hz 最大消耗功率
29、：250kVA 负荷电流工作范围：(200375)2A 电弧电压调节范围：(250-400)5V(2)载体风：最低气压：5kPa 最高气压：1 5kPa 空气压力调节范围：根据点火器型号具体调整。(3)冷却水：最小压力差：02MPa 正常压力差：04MPa 最大压力差：05MPa 最大压力：06MPa 最大流量：loth(4)水质要求：除盐水，温度40C(5)输粉管内风速(一次风)：最低风速：18ms 最高风速：26ms 最低风温：60C(6)气膜冷却风风速：4560ms(7)等离子发生器功率范围正常运行 80120kW(8)阴极寿命设计工况下不低于50h(易更换)名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 15 页，共 16 页 -124-(9)阳极寿命设计工况下不低于500h(易更换)(10)等离子燃烧器出力设计最低出力的 100一 200范围(11)投粉后的着火时间中储式系统：投粉后不大于30 秒直吹式系统：投粉后不大于180 秒(1 2)燃烧器壁温控制温度小于 600C(13)煤粉浓度036052kgkg，最低不得低于 03kgkg 5.故障处理名师资料总结-精品资料欢迎下载-名师精心整理-第 16 页，共 16 页 -