1000MW超超臨界鍋爐新型等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

王小龍，陳宜陽(yáng)

(廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽(yáng) 515223)

0 引言

目前，國(guó)際能源緊缺，原油價(jià)格持續(xù)上漲，給電力企業(yè)帶來(lái)了很大的壓力。而目前我國(guó)電力企業(yè)大部分機(jī)組依然使用大油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃技術(shù)，機(jī)組在啟、停及低負(fù)荷穩(wěn)燃階段需消耗大量的石油資源，年耗油量占我國(guó)整個(gè)燃油量的很大比例，其中鍋爐點(diǎn)火啟動(dòng)及穩(wěn)燃用要消耗大量的燃油［1］。而等離子點(diǎn)火技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了在煤粉鍋爐點(diǎn)火過(guò)程中以煤代油，具有良好的節(jié)油性能，1 000 MW機(jī)組在基建試運(yùn)行期間如果能投入等離子煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)，可使整個(gè)試運(yùn)行期間的燃油消耗量控制在500 t以內(nèi)，甚至不消耗燃油。這不僅節(jié)約了寶貴的石油資源，而且在收回設(shè)備投資的前提下還可節(jié)約上千萬(wàn)元資金［2］。基于此，廣東粵電靖海發(fā)電有限公司1000MW超超臨界鍋爐采用了武漢天和技術(shù)股份公司研制的新型(THP－1000－1型)等離子煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)。

由于新型等離子點(diǎn)火系統(tǒng)在1 000MW超超臨界鍋爐上的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)較少，在等離子點(diǎn)火過(guò)程中，還存在很多需要優(yōu)化和改造的地方，如拉弧時(shí)不能正常起弧、運(yùn)行中頻繁斷弧等，這些問(wèn)題將嚴(yán)重影響鍋爐啟、停過(guò)程的安全。因此，分析總結(jié)等離子點(diǎn)火系統(tǒng)在試運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，應(yīng)率先研究該等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化方案，有效控制和減少鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的斷弧現(xiàn)象，確保鍋爐在啟、停及正常運(yùn)行中的安全、穩(wěn)定性。

1 系統(tǒng)介紹

1．1 鍋爐設(shè)備概況

廣東粵電靖海發(fā)電有限公司#4機(jī)組鍋爐為東方鍋爐廠制造的DG 3000/26．25－Ⅱ1型1 000MW超超臨界參數(shù)變壓直流爐，前后墻對(duì)沖燃燒、固態(tài)排渣、單爐膛、一次中間再熱、采用煙氣擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、平衡通風(fēng)、露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、Π形布置。設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煙煤，校核煤種為山西晉北煙煤。

鍋爐制粉系統(tǒng)采用冷一次風(fēng)機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)。每臺(tái)鍋爐配置6臺(tái)上海重型機(jī)器廠有限公司生產(chǎn)的HP1163/Dyn型磨煤機(jī)，磨煤機(jī)配有旋轉(zhuǎn)分離器，采用彈簧自動(dòng)變加載裝置。每臺(tái)磨煤機(jī)有4個(gè)送粉管出口，每根送粉管通過(guò)煤粉分配器在爐前一分為二，連接鍋爐48個(gè)煤粉燃燒器。每臺(tái)磨煤機(jī)配置1臺(tái)HD－BSC36型電子稱重皮帶式給煤機(jī)。

1．2 等離子點(diǎn)火原理及穩(wěn)燃系統(tǒng)設(shè)備概況

THP－1000－1型等離子點(diǎn)火發(fā)生器的工作原理如圖1所示，其結(jié)構(gòu)和原理與原已投運(yùn)的#1～#3鍋爐的等離子點(diǎn)火裝置(煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司產(chǎn)品)的主要區(qū)別是:使用壓縮空氣作為載體風(fēng)來(lái)產(chǎn)生高溫等離子體，采用同軸雙氣室結(jié)構(gòu)，等離子弧采用空氣壓縮形式，陽(yáng)極和陰極在工作時(shí)固定不動(dòng)，其間距保持恒定。在陰、陽(yáng)電極間加穩(wěn)定的大電流，將電極空心筒體中的壓縮空氣電離成具有高溫導(dǎo)電特性的等離子體。前進(jìn)氣室進(jìn)來(lái)的壓縮空氣將等離子體壓縮，由后進(jìn)氣室進(jìn)來(lái)的壓縮空氣將等離子體吹出陽(yáng)極筒體，形成連續(xù)、穩(wěn)定的高溫等離子體流，可直接點(diǎn)燃煤粉［3－4］。

該等離子煤粉點(diǎn)火及穩(wěn)燃裝置具有以下技術(shù)特點(diǎn)［5］:

圖1 THP－1000－1型離子發(fā)生器工作原理

(1)根據(jù)煤種變化要求，功率可在100～250 kW連續(xù)任意調(diào)節(jié)。

(2)結(jié)構(gòu)優(yōu)良，點(diǎn)燃效果好;沒(méi)有導(dǎo)引弧管，4000～5000℃的高溫等離子體電弧直接置于煤粉點(diǎn)火位置，可點(diǎn)燃可燃基揮發(fā)分為20%左右和收到基水分大于20%的較差煙煤。

(3)等離子發(fā)生器與燃燒器配合簡(jiǎn)單，除等離子體弧以外沒(méi)有其他熱源，燃燒器溫度容易控制，通常在300℃以下。等離子發(fā)生器與燃燒器配合示意圖如圖2所示。

圖2 等離子燃燒器與燃燒器配合示意圖

該等離子煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)由等離子點(diǎn)火設(shè)備及其輔助系統(tǒng)組成。等離子點(diǎn)火設(shè)備主要包括等離子發(fā)生器、等離子燃燒器、電源控制柜、隔離變壓器等;輔助系統(tǒng)主要有等離子發(fā)生器冷卻水系統(tǒng)、等離子載體風(fēng)系統(tǒng)、冷爐制粉系統(tǒng)、圖像火檢系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)(除分散控制系統(tǒng))、等離子燃燒器壁溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、等離子一次風(fēng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)基本構(gòu)成如圖 3 所示［4］。

2 優(yōu)化分析

2．1 運(yùn)行狀況

廣東粵電靖海發(fā)電有限公司#4鍋爐是國(guó)內(nèi)第1臺(tái)使用該型號(hào)等離子煤粉點(diǎn)火穩(wěn)燃裝置的1 000 MW機(jī)組，沒(méi)有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可以參考。在#4鍋爐點(diǎn)火試運(yùn)行期間，經(jīng)常出現(xiàn)斷弧，影響鍋爐的正常點(diǎn)火及穩(wěn)燃，而一斷弧就經(jīng)常要更換陰極頭，造成經(jīng)濟(jì)上的損失。在#4鍋爐點(diǎn)火試運(yùn)行期間，共出現(xiàn)斷弧51次，其中2次造成鍋爐主燃料跳閘(MFT)。同時(shí)，增壓水泵及火檢風(fēng)機(jī)的控制電源回路設(shè)計(jì)也存在缺陷，控制電源取自就地控制柜電源開(kāi)關(guān)(交流接觸器)的下側(cè)，#1，#2泵控制電源互為備用且采用斷電切換方式，在一臺(tái)泵檢修需斷開(kāi)電源開(kāi)關(guān)時(shí)，會(huì)使2臺(tái)泵的控制電源短暫消失，引起運(yùn)行泵的跳閘，造成等離子全部斷弧，導(dǎo)致鍋爐MFT。

2．2 優(yōu)化方案

針對(duì)該型號(hào)等離子點(diǎn)火裝置采用雙氣室的技術(shù)特點(diǎn)及在試運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)在運(yùn)行實(shí)踐中的不斷調(diào)整，摸索出了一套保證等離子點(diǎn)火裝置穩(wěn)定拉弧的運(yùn)行參數(shù);同時(shí)，廠家對(duì)增壓水泵及火檢風(fēng)機(jī)的電氣控制回路進(jìn)行優(yōu)化，解決了上述問(wèn)題，保證了#4鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

(1)等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的穩(wěn)定拉弧運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化方案。該型號(hào)等離子點(diǎn)火裝置為同軸雙氣室結(jié)構(gòu)，其前、后室氣流的壓力(即氣流1、氣流2的壓力)變化將影響等離子弧的穩(wěn)定。針對(duì)上述技術(shù)特點(diǎn)，優(yōu)化了氣流1、氣流2的拉弧初始值及運(yùn)行值的參數(shù)設(shè)定。

圖3 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)基本構(gòu)成

1)拉弧初始值參數(shù)設(shè)定。正常時(shí)按表1中的A組參數(shù)組合設(shè)定;若A組參數(shù)不能正常起弧，則選用表1中B組參數(shù)組合設(shè)定再次拉弧2次。通過(guò)上述操作還不能成功拉弧則停止拉弧，按故障處理步驟另行查找原因。

表1 拉弧初始值參數(shù)設(shè)定

2)運(yùn)行值參數(shù)設(shè)定。若煤質(zhì)較好(揮發(fā)分＞30%)，采用表2中的A組參數(shù)組合設(shè)定;若煤質(zhì)較差(揮發(fā)分≤30%)，需要提高其功率，則采用表2中B組參數(shù)組合設(shè)定;當(dāng)出現(xiàn)頻繁斷弧時(shí)，則在短時(shí)間內(nèi)適當(dāng)增大運(yùn)行電流，采用表2中C組參數(shù)組合設(shè)定。

表2 運(yùn)行值參數(shù)設(shè)定

3)在運(yùn)行時(shí)，任何情況下氣流1、氣流2壓力都不能小于0．08MPa，電流不能小于380A。

4)等離子點(diǎn)火裝置應(yīng)保證在拉弧成功后30 s內(nèi)投入自動(dòng)運(yùn)行。

5)若在特殊情況下需要退出自動(dòng)運(yùn)行，必須遵守以下原則:退出自動(dòng)運(yùn)行時(shí)間不得超過(guò)2 h;每隔30min調(diào)整設(shè)定1次，參數(shù)調(diào)整組合見(jiàn)表3。

表3 特殊情況下運(yùn)行值參數(shù)設(shè)定

(2)優(yōu)化增壓水泵及火檢風(fēng)機(jī)的電氣控制回路。將#1，#2增壓水泵(火檢風(fēng)機(jī))的控制電源改為獨(dú)立回路，分別取自各動(dòng)力電源開(kāi)關(guān)下側(cè)，從而避免了原控制回路存在的缺陷。

2．3 分析總結(jié)

(1)針對(duì)THP－1000－1型等離子點(diǎn)火裝置前、后室氣流的壓力(即氣流1、氣流2的壓力)變化會(huì)影響等離子弧穩(wěn)定的技術(shù)特點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化拉弧初始值及運(yùn)行值(電流、氣流1壓力、氣流2壓力)的參數(shù)設(shè)定，提高了拉弧成功率及穩(wěn)定性。

(2)針對(duì)不同煤質(zhì)及陰、陽(yáng)極使用時(shí)間的長(zhǎng)短，通過(guò)優(yōu)化等離子弧運(yùn)行值(電流、氣流1壓力、氣流2壓力)的參數(shù)設(shè)定，提高了等離子弧的穩(wěn)定性，保證鍋爐燃燒穩(wěn)定，延長(zhǎng)了陰極、陽(yáng)極的使用壽命。

(3)針對(duì)原增壓水泵及火檢風(fēng)機(jī)電氣控制回路設(shè)計(jì)不合理的問(wèn)題，通過(guò)電氣控制回路改造，解決了當(dāng)一臺(tái)增壓水泵(或火檢風(fēng)機(jī))原來(lái)存在的動(dòng)力電源斷開(kāi)時(shí)會(huì)引起另一臺(tái)增壓水泵(或火檢風(fēng)機(jī))跳閘的安全隱患。

(4)經(jīng)過(guò)對(duì)等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整及系統(tǒng)改造，廣東粵電靖海發(fā)電有限公司1 000 MW超超臨界鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)斷弧現(xiàn)象得到了有效控制。從2011年9月11日至2011年10月18日，在#4機(jī)組整個(gè)啟、停及運(yùn)行中的穩(wěn)燃過(guò)程中，僅出現(xiàn)3次斷弧，大大提高了鍋爐運(yùn)行的安全性。

(5)等離子點(diǎn)火系統(tǒng)斷弧現(xiàn)象減少后，按機(jī)組每年啟動(dòng)1次計(jì)算，可節(jié)約因鍋爐滅火延長(zhǎng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間及更換等離子陰、陽(yáng)極所產(chǎn)生的費(fèi)用約100萬(wàn)元，大大提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié)束語(yǔ)

從廣東粵電靖海發(fā)電有限公司#4機(jī)組鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行的情況來(lái)看，通過(guò)對(duì)1 000MW超超臨界鍋爐新型等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化，解決了鍋爐啟、停過(guò)程中因等離子頻繁斷弧引起鍋爐燃燒不穩(wěn)及滅火的問(wèn)題，提高了鍋爐啟、停過(guò)程的安全、可靠性，延長(zhǎng)了等離子陰、陽(yáng)極的使用壽命，具有較好的安全效益和經(jīng)濟(jì)效益。作為國(guó)內(nèi)第1臺(tái)使用

THP－1000－1型等離子煤粉點(diǎn)火穩(wěn)燃裝置的

1000MW超超臨界鍋爐機(jī)組，其應(yīng)用成果及優(yōu)化方案對(duì)后續(xù)使用該型號(hào)等離子煤粉點(diǎn)火穩(wěn)燃裝置的大型鍋爐機(jī)組具有參考意義。

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