燃煤机组等离子点火的特性研究.pdf

华北电力大学（保定） 硕士学位论文 燃煤机组等离子点火的特性研究 姓名张锋 申请学位级别硕士 专业动力工程 指导教师阎维平;战中年 20081215 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 等离子燃烧器是利用等离子电弧作为点火源点燃煤粉的，是一种高效、 稳定的锅炉启动点火方式，使用等离子点火技术可以大大减少机组启动时用 油，具有显著的经济效益。 本课题主要研究等离子点火技术的应用及现在运行存在的问题，对等离 子点火原理、运行机理进行了详细分析，以目前灵武电厂两台6 0 万千瓦空冷 机组为主要的研究对象，实时跟踪电厂正常及非正常工况下的运行状况，对 每次停运、开机时等离子点火状态进行计算、分析，然后对存在的问题进行 了研究，提出解决问题的方法。对于提高锅炉启动效率，节能方面提出了建 议。 关键词燃煤机组，等离子点火，特性研究 A B S T R A C T T l l i st o p i cm a i l lr e s e a r c hp l a S m ai 嘶t i o nt e c l l l l o l o g y ’s 印p l i c a t i o na n dt h ep r e s e n t m o v e s Ⅱl ee x i S t e r l c eq u e s t i o 玛t h ec 0 0 r d i I l a t I e di o ni g n i t i o np d I l c i p l e ，m em o v e m e n t m e c k m i s ml l a V ec 秭e do n 也em u l t i 锄a l y s i s ，t a k et l l ep r e s e n tL i n g 、Ⅳup o w e rp l a n tt w o 6 0 0 ，0 0 0l d l o w 撒面rc 0 0 l e du l l i 招嬲m a i n 删e c to fs t I l d y ，陀a l 缸t r a c kp ‘ w 髓p l 缸t ∞m l a la n dl m d e rm m s u a l 哪嘲咖m o d cm 0 、嘲删c o n d i 吐。玛t 0 融缸e 跚印a l d s s l l i p m e n t ，也e 删吨t i I l l ep l 嬲m a 丘r e d 蛐t 0c a n yo n 也ec 吸l p u t a t i o n ，也ea I l a l y s i s ， t 1 1 e nh 舔c o n d u c t e d 也er e s e a r c ht 0t l l ee x i s t e n c eq l l e S t i o 玛p r o p o s e d 妇∞l v e st l l e q u e s t i o nm e n l o d ．R e g a r d i I 唱e n h a n c e dn l eb o i l e rt 0 s t a r tm ee 伍c i e n c y ，t t l ee n e r g y c o n s e r v 砸o na S p e c tp u tf o r w a 们t l l ep r o p 0 S a l ，t 0i t se 伍c i e n tb e n e f i c i a ls u p p l e m e n t ． T h e p l a s I I l ab l l n 】【e I ’i st d k e st l l ei g I l i t i o n ∞u r c ei g I l i t i o np o w d e r e dc o a lu s i I 培m e p l 鲴n ae l e c 仃i ca r c ，i so n e 虹n dl l i g l l l ye 虢c t i v e ，n l es 汕l eb o i l e rS t a n Sm ei 嘶t i o n 靴吼 t h eu S ep l a u s m ai g I l i t i o nt e c h r I o l o g ym a yr e d u c 君W h e ng r e a t l yt h e1 1 I l i ts t a r tn l eo i lu s e d ． Z h a l l g f ．e n g P o w e r E n g i n e e 咖g D i r e c t e r e d b yp r o f ．Y a I lW e i - P i n g Z h a nZ h o n g ．N i a I l K E Y W o R D S c o a I - n r i n gu n i t ，p l a s m ai g n i t i o n ，c h a r a c t e r i s t i c 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 等离子燃烧器是利用等离子电弧作为点火源点燃煤粉的，是一种高效、 稳定的锅炉启动点火方式，使用等离子点火技术可以大大减少机组启动时用 油，具有显著的经济效益。 本课题主要研究等离子点火技术的应用及现在运行存在的问题，对等离 子点火原理、运行机理进行了详细分析，以目前灵武电厂两台6 0 万千瓦空冷 机组为主要的研究对象，实时跟踪电厂正常及非正常工况下的运行状况，对 每次停运、开机时等离子点火状态进行计算、分析，然后对存在的问题进行 了研究，提出解决问题的方法。对于提高锅炉启动效率，节能方面提出了建 议。 关键词燃煤机组，等离子点火，特性研究 A B S T R A C T T l l i st o p i cm a i l lr e s e a r c hp l a S m ai 嘶t i o nt e c l l l l o l o g y ’s 印p l i c a t i o na n dt h ep r e s e n t m o v e s Ⅱl ee x i S t e r l c eq u e s t i o 玛t h ec 0 0 r d i I l a t I e di o ni g n i t i o np d I l c i p l e ，m em o v e m e n t m e c k m i s ml l a V ec 秭e do n 也em u l t i 锄a l y s i s ，t a k et l l ep r e s e n tL i n g 、Ⅳup o w e rp l a n tt w o 6 0 0 ，0 0 0l d l o w 撒面rc 0 0 l e du l l i 招嬲m a i n 删e c to fs t I l d y ，陀a l 缸t r a c kp ‘ w 髓p l 缸t ∞m l a la n dl m d e rm m s u a l 哪嘲咖m o d cm 0 、嘲删c o n d i 吐。玛t 0 融缸e 跚印a l d s s l l i p m e n t ，也e 删吨t i I l l ep l 嬲m a 丘r e d 蛐t 0c a n yo n 也ec 吸l p u t a t i o n ，也ea I l a l y s i s ， t 1 1 e nh 舔c o n d u c t e d 也er e s e a r c ht 0t l l ee x i s t e n c eq l l e S t i o 玛p r o p o s e d 妇∞l v e st l l e q u e s t i o nm e n l o d ．R e g a r d i I 唱e n h a n c e dn l eb o i l e rt 0 s t a r tm ee 伍c i e n c y ，t t l ee n e r g y c o n s e r v 砸o na S p e c tp u tf o r w a 们t l l ep r o p 0 S a l ，t 0i t se 伍c i e n tb e n e f i c i a ls u p p l e m e n t ． T h e p l a s I I l ab l l n 】【e I ’i st d k e st l l ei g I l i t i o n ∞u r c ei g I l i t i o np o w d e r e dc o a lu s i I 培m e p l 鲴n ae l e c 仃i ca r c ，i so n e 虹n dl l i g l l l ye 虢c t i v e ，n l es 汕l eb o i l e rS t a n Sm ei 嘶t i o n 靴吼 t h eu S ep l a u s m ai g I l i t i o nt e c h r I o l o g ym a yr e d u c 君W h e ng r e a t l yt h e1 1 I l i ts t a r tn l eo i lu s e d ． Z h a l l g f ．e n g P o w e r E n g i n e e 咖g D i r e c t e r e d b yp r o f ．Y a I lW e i - P i n g Z h a nZ h o n g ．N i a I l K E Y W o R D S c o a I - n r i n gu n i t ，p l a s m ai g n i t i o n ，c h a r a c t e r i s t i c 声明尸明 本人郑重声明此处所提交的硕士学位论文燃煤机组等离子点火的特性研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即①学校有权 保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或 其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校 可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤同意学校可以用不同方式在不 同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 涉密的学位论文在解密后遵守此规定 作者签名 日期 导师签名 日期 华北电力大学工程硕士学位论文 1 ．1 前言 第一章概述 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做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，这些方法已到 了尽头，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 - D L Z ．2 0 0 型等离子煤粉点火燃烧器，采用直流空气等离子体做为点火源，可点 燃挥发份较低的 1 0 ％ 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，采用等离子点火燃烧器，点火和稳燃与传统的燃油相 比有以下几大优点 1 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 1 5 ％～2 0 ％，对于新建电厂，可以节约上千万的初投资和试运行费用 2 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； 3 高效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 伽、日，、q 、离子 D 2 。、日，一、鲫一、D 一、日 【1 】和电子等，可加速热化 学转换，促进燃料完全燃烧； 4 简单电厂可以单一燃料运行，简化了系统，简化了运行方式； 5 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。 综上所述，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， 有百利而无一害，当然是燃煤锅炉的首选设备，是目前燃油系统改造的最佳替代产 品。在当前燃油价格飞涨，燃油供应日趋紧张的情况下，进行电站锅炉等离子冷炉 无油直接点火的研究和应用具有很大的意义。根据电厂实际运行状况，进行一些技 术改造和运行的优化，可以满足锅炉的启动、升温升压等要求，同时节约了数量可 观的燃油，具有很大的经济效益和社会效益。 1 ．2 等离子燃烧器工作原理 1 华北电力大学工程硕士学位论文 1 ．2 ．1点火机理 等离子点火利用直流电流 2 8 0 ～3 5 0 A 在介质气压O ．0 1 ～0 ．0 3 M P a 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T 5 0 0 0 K 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1 0 ’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，经过测算所需能量仅为燃油的l ／6 【2 】。 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 伽、日，、 D 2 、离子 q 一、日一、伽一、D 一、日 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2 0 ％～8 0 ％ 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。 1 ．2 ．2 等离子发生器工作原理 23 图卜1 等离子发生器工作原理图 发生器为磁稳空气载体等离子发生器，如图1 ．1 所示它由线圈、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 5 0 ℃情况下具有抗2 0 0 0 V 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s 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，被电离为高温等离 2 华北电力大学工程硕士学位论文 子体，其能量密度高达1 0 5 ～1 0 6 W ／c m 2 ，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。 1 ．2 ．3 燃烧机理 根据高温等离子体有限能量不可能同无限的煤粉量及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。 如图1 ．2 所示燃烧器结构，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2 t ／h 扩达到l O t ／l l 。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，l 0 0 0 0 ℃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8 0 ％，其点火延迟时间不大于1 秒。 丑 偌 V I 玎 Ⅲ 烈 | W V ， A A 图卜2 等离子燃烧器的机构 Ⅳ 点火燃烧器的性能决定了整个燃烧器运行的成败，在设计上该燃烧器出力约为 5 0 0 8 0 0 k g ／h ，其喷口温度不低于1 2 0 0 ℃。另外加设了第一级气膜冷却技术避免了 煤粉的贴壁流动及挂焦，同时又解决了燃烧器的烧蚀问题【3 J 。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 应用将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，所采用的气膜冷却技术亦达到了避免结 焦的目的。 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 3 华北电力大学工程硕士学位论文 逐渐加大。 1 ．3 等离子点火燃烧系统组成 1 ．3 ．1 等离子点火燃烧系统 1 ．3 ．1 ．1 等离子燃烧器 等离子燃烧器是借助等离子发生器的电弧来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。 图卜3 等离子燃烧器燃烧原理示意图 如图1 ．3 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T 5 0 0 0 K 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l O 。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 。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。 4 华北电力大学工程硕士学位论文 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，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5 0 0 ～8 0 0 k g ／l l 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，并以次逐级放大，最大可点燃1 2 t ／1 1 的粉量。 为了扩大燃烧器对一次风速的适应范围，等离子燃烧器的最后一级煤粉可不在 燃烧室内燃烧而直接进入炉膛，因为煤粉燃烧后的热量使得空气体积迅速膨胀，．受 燃烧器内空间的限制，燃烧室内的风速会成倍提高，造成火焰扩散的速度小于煤粉 的传播速度而使燃烧不稳，当采取前面所述措施后，有利于减小燃烧室内的风速， 使燃烧稳定。实际的运行实践证明采用最后一级煤粉进入炉膛内燃烧的结构，燃 烧的稳定度大大提高，对风速的要求降低了3 0 ％，煤粉的然尽度也大大提高。如图 1 ．3 所示等离子燃烧器即为灵武电厂撑l 锅炉使用燃烧器的示意图。 煤粉的浓度影响煤粉的着火温度，在点火区适当提高煤粉浓度有利于点火。等 离子燃烧器内通过采用撞击式浓缩块获得点火区的相对较高浓度。对于现场燃烧器 前有弯头的锅炉，因弯头的离心浓淡作用及现场安装位置的限制，有可能会造成中 心筒点火区的浓度降低，为了解决这个问题同时减小改造工作量，可在弯头内加入 弯板或扭转板，改变进入点火区的煤粉浓度分布【4 】，如图1 ．4 所示。 热电偶无弯板时的高 图卜4 有弯头的燃烧器示意图 由于等离子燃烧器采用内燃方式，燃烧器的壁面要承受高温，因此加入了气膜 冷却风，避免了火焰和壁面的直接接触，同时也避免了煤粉的贴壁流动及挂焦。 5 华北电力大学工程硕士学位论文 为了减小燃烧器的尺寸，也可采取用一次风直接冷却的办法但须在燃烧器壁面上增 加壁温测点，以防止燃烧器因超温而被烧蚀。对温度的测量采用K 分度凯装热电偶， 热电偶的外径3 m m ，具有很好的挠性，可直接从伸到炉外热电偶导管插入到测点， 再用螺母固定到导管上，具有良好的可更换性。热电偶的测温范围为0 ～8 0 0 ℃，燃 烧器的长期壁温应控制在6 0 0 ℃以内，如果超温，可采取提高一次风速和降低一次 风浓度的手段进行降温。图1 ．5 为灵武电厂群1 机组等离子燃烧器壁温监测曲线。 图卜5 灵武电厂{ } 1 机组等离子燃烧器壁温曲线 等离子燃烧器的高温部分采用高耐热铸钢，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。 等离子燃烧器按功能可分为两类 1 仅作为点火燃烧器使用，这种等离子燃 烧器用于代替原油燃烧器，起到启动锅炉和在低负荷助燃的作用。采用该种燃烧器 需为其附加给粉系统，包括一次风管路及给粉机； 2 既作为点火燃烧器又作为主 燃烧器使用，这种等离子燃烧器具有和 1 所述同样的功能，在锅炉正常运行时 又可作为主燃烧器投入。采用此种方式不需单独铺设给粉系统。等离子燃烧器和一 次风管路的连接方式做成和原燃烧器相同，改造工作量小。 1 ．3 ．1 ．2 风粉系统 等离子点火系统的风粉系统在原系统的基础上，主要增加了增压风机、暖风器、 燃油空气加热器、一次风速在线监测装置等。 6 华北电力大学工程硕士学位论文 通过增压风机将从一次风机出口的冷风增压后送入暖风器 蒸汽加热器 ，以 蒸汽为热源的暖风器 蒸汽加热器 将冷风加热后，进入燃油空气加热器，六只颜 氏油燃烧器将温风加热，供A 磨煤机制备煤粉。 鉴于等离子燃烧器对煤粉浓度、一次风速度等有一定的要求，为了确保等离子 点火装置尽早投运。需要对A 磨煤机四角的一次风管煤粉浓度和一次风速度进行调 平实验。因此增加了调试期间使用的一次风速在线监测装置。 1 ．3 ．2 等离子发生器系统 1 ．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电弧的装置，如图1 ．6 等离子发生器外形 图，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5 ～8 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，其中带正电的离子流向电源负极形成电弧的阴 极，带负电的离子及电子流向电源的正极形成电弧的阳极．线圈通电产生强磁场， 将等离子体压缩，并由压缩空气吹出阳极，形成可以利用的高温电弧。 1 阳极组件 图卜6 等离子点火器外形图 7 华北电力大学工程硕士学位论文 阳极组件由阳极、冷却水道、压缩空气通道及壳体等构成。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，连续工作时间大于5 0 0 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。 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， 阴极为旋转结构的等离子发生器还需要加装一套旋转驱动机构。阴极头导电面为具 有高导电性的金属材料铸成，采用水冷的方式冷却，连续工作时间大于5 0 小时。 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。 1 ．3 ．2 ．2 等离子空气系统 压缩空气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，需要压缩空气以一定的流速吹出阳极才能形成可利用的电 弧，如图1 ．7 所示。因此，等离子点火装置配备了压缩空气系统，为装置提供压力 稳定的洁净空气。概况如下 1 压缩空气由空压机经过滤装置储气罐出口母管的管道分别送到等离子点 火装置。 2 等离子点火装置上的压缩空气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整流柜。 3 每台等离子装置的压缩空气流量约为在气压O ．1M P a 下最小用气量 9 0m 3 ／h ，最大用气量1 5 0m 3 ／h 。 4 压缩空气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。 5 仪用压缩空气母管压力O ．4 ～O ．8 M P a ，经母管分别送至各角，发生器前有 载体风仪表组件，组件上安装手动阀、压力表和压力开关用来控制载体风压力，经 过仪表组件后，进入等离子发生器的压缩空气压力为1 0 ～2 0 k P a ，压力满足信号送 到控制系统，单台发生器 单角 压缩空气流量为1 2 0 N m 3 ／I l 。 6 等离子发生器停止工作后，可在D C S 中操作切换到火检冷却风进行吹扫 和冷却，不再消耗仪用压缩空气。冷却风压力为4 k P a ，单台发生器冷却风耗量为 8 华北电力大学工程硕士学位论文 1 0 0 m 3 ／l l ，单台炉等离子发生器总冷却风量为8 0 0 m 3 ／l l 。 图卜7 压缩空气系统图 1 ．3 ．2 ．3 等离子冷却水系统 等离子电弧形成后，弧柱温度一般在5 0 0 0 K 到3 0 0 0 0 K 范围，因此对于形成电 弧的等离子发生器的阴极和阳极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，因此需要保证冷却水不低于0 ．3 M P a 的压力。另外，冷却水温度不能高于4 0 ℃， 否则冷却效果差。为减少冷却水对阳极和阴极的腐蚀，要采用电厂的除盐化学水。 具体方案如下 冷却水采用闭式循环水，从闭式水膨胀水箱引水，回水回至闭式水膨胀水箱。 水质为除盐水，水温g O ℃，最大流量1 0 t ／l l 。冷却水系统在第一次与点火器联接前， 必须用蒸汽吹扫干净后，方可连接。如图1 ．8 所示冷却水系统图。 冷却水经母管分别送至就地点火发生器内，再分三路分别送入线圈和阴、阳极。 就地安装压力表和压力开关和手动调节阀，压力满足信号送回控制系统。 9 华北电力大学工程硕士学位论文 图卜8 冷却水系统图 1 ．3 ．2 ．4 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6 R A 7 0 、直流电抗器、交流接触器、控制P L C 在盘 守o 1 ．3 ．3 监控系统 1 ．3 ．3 ．1 壁温测量 1 壁温测量 为了确保等离子燃烧器的安全运行，在燃烧器的相应位置安装了监视壁面温度 的热电偶。热电偶的安装位置是根据数台等离子燃烧器的工业应用情况和燃烧器工 作状态下的温度场确定的。安装位置如图1 ．9 所示。热电偶的型号主要为K 分度或 铠装热电偶。 电偶的型号主要为K 分度或铠装热电偶。 1 0 华北电力大学工程硕士学位论文 图卜9 燃烧器对应位置壁温测量 热电偶的安装在等离子燃烧器的设计图中有明确要求，其基本原则是牢固、防 磨、耐用、拆卸更换方便。 2 风粉在线检测 为了在等离子燃烧器运行时能够监测一次风速，控制一次风速在设计范围，在 一次风管加装一次风速测量系统。 一次风在线测速装置的组成如图1 ．1 0 所示。 图卜1 0 。一次风在线测速装置的组成 。群勰枷 华北电力大学工程硕士学位论文 1 ．3 ．3 ．2 图像火焰监视 将煤粉燃烧器的火焰直观的显示给运行人员将对锅炉的安全运行及燃烧调整 有极大的帮助。在D L z ．2 0 0 等离子点火系统中为每个等离子点火燃烧器配置了一支 高清晰图像火检探头。该探头采用军用C C D 直接摄取煤粉燃烧的火焰图像，图像 清晰，不失真。为使C C D 避开炉内高温，每只探头均采用长工作距监测镜头。探 头外层加装了隔热机构，有效组断二次风传导热及炉膛辐射热。探头前部采用特种 耐温玻璃能抗1 5 0 0 ℃熔融灰渣对镜面的冲刷，镜面长期光滑无损。每只探头均需通 入冷却风，一方面冷却C C D 和镜头，另一方面冷却风通过探头前端3 通道风3 组 合弧形冷却风喷射机构，可避免飞灰、焦块污染镜头。 1 ．3 ．4 等离子点火理论 点火阶段是是膛内压力波形成的重要因素之一，不适当的点火结构，点火能量 以及点火条件，可能导致压力波的增强，颗粒床破碎甚至发生爆炸。譬如，点火激 发能量过小，装药最初的点火区域太窄，装药较远的部分虽然也能受到加热，但不 能进行有效点火，这样就会产生不完全燃烧，生成大量的燃烧中间产物。这些中间 产物聚集起来，可能发生爆炸性着火。结果是膛内不时地产生压力波。而当点火激 发的能量过大或过分集中时，也会引起点火或压力的不均匀增长，进而导致高的压 力波。大量实验表明，能量适中、迅速而分散的点火有利于降低压力波。 精确地组织点火过程也是极为重要的，它要求必须保证点火装置点燃的对象在 各种可能条件下都能安全可靠的燃烧，并在预计内使发动机进入平稳的工作状态， 这既要防止由于点火能量不足而点不着或产生过度的点火延迟，又要避免由于过大 的点火能量而形成过大的初始压力峰值，因此，考虑点火有着重要的实际的意义。 对点火的研究过程中，相应的产生了种种描述点火过程的点火理论，等离子体点火 理论的研究发展首先建立于常规点火理论研究之上。 1 ．3 ．4 ．1 固相点火理论 F r a z i e r 和H i c k s 曾提出固相点火理论。该理论认为周围环境的外部热通量和固 相内部亚表面反应所释放的热量，或者两者之一所释放的热量促成了固相表面温度 的升高，由于只考虑固相内部的热传导和放热效应，所以点火延迟只与外界热流以 及含能颗粒导热有关。A ．Q M e r z h a I l o v l 5 1 与A ．E ．A v e r s o n 网给出相应数学模型。 控制方程 只c l 詈 乞窘 够e 啾一寺 1 一1 只q 百2 t 万 必e 硪一面 【l 。1 初始条件 r O ，x 瓦 1 - 2 1 2 华北电力大学工程硕士学位论文 边界条件 表面温度恒定 丁 f ，O c D 凇， 1 3 或者表面热流恒定 一t 娶g o c o 瑚f 1 ．4 无穷远处条件 娶o 1 ．5 等离子体点火时，在惰性加热时间比混合反应时间长的多的情况下，该种点火 理论对过程的描述比较准确。 1 ．3 ．4 ．2 气相点火理论 气相点火理论认为热的氧化剂环境使得固体推进剂表面温度升高，当其达到临 界值时，便开始热解。这时，从推进剂表面产生的气相燃料和从远方扩散而来的高 温氧化剂气流产生化学反应，反映释放热一方面加热气相区，另一方面又通过气体 的对流与导热加热固体含能颗粒表面。由于主要反应发生在气相区，故而该理论称 为气相点火理论。H e m a n e e 【7 1 给出如下的数学模型。 固相 詈 q 害 ∽6 ， 0 ， ‘，∞ x O 丁【 o 乃 孔。 乃 五矧r 蚂一乃 1 - 7 气相 詈 口窘 去‘码。巳。州一寺 1 _ 8 口 ． 二- Z ‘，，乙一- e X p I 一J LI _ 5 夕 a缸2p ．c ． ’“ 1 、R r ’ 等 。等嵋q e x p 一寺 1 ．9 等 。等一戤州一寺 1 - l o 劣a妒 “ 一R r f l ， 毛，∞ x O 工 o ，r z ，q 口 一加i } o ， 2 0 0 0 0 K e _ 3 ．5 衬板 h ≥2 5 0 0 0 K e 3 ．5 1 8石子煤排放量t ／I l三田．0 3 41 ；0 ．0 3 5 1 9 煤粉分离器 型式静态离心式 寿命h1 0 0 0 0 0 材质1 6 M n 尺寸容积m 3 1 1 ．8 6 2 3 华北电力大学工程硕士学位论文 编号 项目单位 设计煤种校核煤种 2 0煤粉分配器 2 l材质 Q 2 3 5 一A 2 2寿命h 1 0 0 0 0 0 2 3尺寸容积m 33 ．8 2 2 4一次风入口尺寸 内壁 n l m 2 4 5 0 7 2 0 2 5 中心落煤管尺寸 外径 m m ①6 1 0 1 0 2 6 煤粉管道接口尺寸 外径 m m 4 一①6 0 0 l O 2 7 惰性气体管道接口尺寸 外径 m mD N l 0 0 2 8磨煤机入口一次风温 B M C R 设计煤种 ℃ 2 4 5 ．3 磨煤机布置位置为锅炉房零米，给煤机层高度是1 3 ．7m 。 2 4 华北电力大学工程硕士学位论文 3 ．1 概述 第三章等离子点火系统操作 灵武电厂D L Z ．2 0 0 型等离子煤粉点火燃烧器，是有烟台龙源电力技术有限公司 生产制造。撑1 机组2 0 0 7 年6 月8 日投入运行，撑2 机组2 0 0 7 年9 月2 2 日投入运行 锅炉安装的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、等离子点火器、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、一次风蒸汽加热系统、增压风 机系统等组成。 锅炉安装的等离子点火系统共设计有四套等离子点火装置，其中四支等离子燃 烧器分别装在锅炉A 层四支主燃烧器位置，替换锅炉原有的煤粉燃烧器，等离子点 火器安装在燃烧器尾部，四套电源控制柜和隔离变压器安装在锅炉1 7 m 平台，系统 控制是通过与D C S 通讯联系方式，进行等离子点火系统的控制。 3 ．2 等离子点火系统启动阶段 等离子燃烧器的启动试运分为两个阶段进行 厂J 3 ．2 ．1 冷态和热态运行 进行等离子燃烧器的冷态和热态启动试验，验证该燃烧器的点火和稳燃能力、不同 煤粉量下的燃烧火焰温度测定、采用等离子燃烧器进行机组冷态启动试验。 3 ．2 ．2 低负荷运行 进行等离子燃烧器在锅炉不同负荷下的投入试验，作为低负荷稳燃用途时由等离子 燃烧器单独或与相邻磨煤机支持机组低负荷运行的能力试验，锅炉正常运行时，作为一 般煤粉燃烧器使用情况下，等离子燃烧器的投切试验等。 3 ．3 等离子点火系统启停操作过程 3 ．3 ．1 等离子点火装置投入前的准备低负荷运行 在准备投入等离子点火系统之前，必须调配煤种，保证A 原煤仓煤质及发热量。 按系统检查卡要求对等离子点火系统的冷却水系统、载体风系统、一二次风加热系 统、A 磨一次风蒸汽加热系统、A 磨图像火检系统进行检查恢复。 2 5 华北电力大学工程硕士学位论文 启动等离子载体风机，投入A 磨煤机图像火检冷却风。投入等离子点火器载体 风，并调整好压力6 ～1 0 k P a 。启动等离子冷却水泵，投入等离子点火器阴极线圈的 冷却水，调整好压力在O ．4 0 ．5 M P a 之间，温度S 3 8 ℃1 1 4 】。 在启动送引风机后进行炉膛吹扫，投入二次风暖风器运行，调整空预器出口二 次风温在4 5 5 0 ℃范围内。在A 、B 一次风机启动后投入一次风暖风器运行，调整 暖风器出口风温在4 5 5 0 ℃范围内。在调整暖风器出口温度时应尽可能的提高其出 口风温。 将A 磨煤机切换至“等离子运行方式”。将A 磨煤机出口分离器挡板调整至4 5 ％，以提高煤粉细度。调