電站鍋爐點(diǎn)火裝置改造

杜域超

（湛江中粵能源有限公司，廣東湛江 524099）

電站鍋爐點(diǎn)火裝置改造

杜域超

（湛江中粵能源有限公司，廣東湛江 524099）

針對原有鍋爐A層等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行中的問題，進(jìn)行了總結(jié)歸納和分析，提出在原有一層等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再加一層等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，設(shè)計(jì)更優(yōu)化，使系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)性能更優(yōu)。結(jié)果表明，改造后的等離子系統(tǒng)有效保證了鍋爐啟動(dòng)的可靠性，并且等離子點(diǎn)火系統(tǒng)性能更可靠，維護(hù)更簡單，顯著地提高了設(shè)備和系統(tǒng)的可利用率。

鍋爐點(diǎn)火改造；等離子；穩(wěn)燃

0 引言

湛江中粵能源有限公司＃1，＃2鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司設(shè)計(jì)制造的DG-2030/17.5-Ⅱ8型，亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒方式、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)干式排渣、尾部雙煙道、全鋼構(gòu)架的∏型燃煤汽包爐。油改煤工程后，＃1，＃2機(jī)組分別于2011年8月和10月建成投產(chǎn)。

＃1，＃2鍋爐燃燒器的點(diǎn)火方式主要采用等離子點(diǎn)火技術(shù)，每臺(tái)爐A層共5臺(tái)燃燒器，并配5套等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，鍋爐燃燒器布置如圖1所示。目前該廠備用點(diǎn)火油槍無法使用，燃燒器點(diǎn)火及穩(wěn)燃只剩下1套A層燃燒器等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，無備用點(diǎn)火系統(tǒng)。當(dāng)A層磨煤機(jī)出現(xiàn)故障或者A層磨煤機(jī)大修，機(jī)組將沒有備用的點(diǎn)火措施，機(jī)組出現(xiàn)異常情況時(shí)將無法保證機(jī)組的正常運(yùn)行。因此本次改造，計(jì)劃在＃1，＃2鍋爐D層燃燒器各增加1套等離子點(diǎn)火系統(tǒng)。在增加1層等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)后，單臺(tái)鍋爐A層和D層共計(jì)10只等離子體火炬及配套電源控制系統(tǒng)。

1 存在的問題及原因分析

1.1 存在的問題

原等離子點(diǎn)火系統(tǒng)在運(yùn)行過程中主要存在以下問題。

（1）等離子系統(tǒng)無備用。該電廠采用1套等離子點(diǎn)火系統(tǒng)為1臺(tái)鍋爐A層提供點(diǎn)火能量。在A層對應(yīng)磨煤機(jī)出現(xiàn)問題的時(shí)候，由于沒有油點(diǎn)火系統(tǒng)，鍋爐不能啟動(dòng)，并且低負(fù)荷工況下無法進(jìn)行穩(wěn)燃運(yùn)行，系統(tǒng)的可利用率和可靠性低。

（2）系統(tǒng)故障排查困難。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)涉及熱控、電氣一次、電氣二次、機(jī)務(wù)等多方面的設(shè)備，系統(tǒng)集成程度較高。系統(tǒng)問題的產(chǎn)生可能會(huì)出現(xiàn)耦合，故障原因判定困難，系統(tǒng)故障處理的時(shí)間長。

（3）等離子體火炬維護(hù)時(shí)間較長。在檢修維護(hù)過程中對等離子體火炬進(jìn)行拆解和回裝過程非常困難，需要多人同時(shí)在現(xiàn)場進(jìn)行配合，工作時(shí)間長，并且維護(hù)效率低下?，F(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)表明，單角等離子體火炬的故障處理時(shí)間長達(dá)1.5 h。

（4）部分設(shè)備可靠性差。在A層等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行過程中，等離子體火炬、整流裝置和高頻引弧裝置故障率較高。等離子體火炬的故障主要表現(xiàn)為電極的不正常損毀、漏水、間隙調(diào)整不合理等。整流裝置在運(yùn)行中容易出現(xiàn)燒毀、無法正常運(yùn)行等故障。高頻引弧裝置在使用一定次數(shù)后，會(huì)出現(xiàn)無法可靠工作而導(dǎo)致等離子體火炬無法啟動(dòng)等問題。

1.2 原因分析

對現(xiàn)場的運(yùn)行狀況和運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，上述問題的主要原因如下。

（1）等離子體火炬質(zhì)量大。等離子體火炬質(zhì)量達(dá)到130 kg以上。在維護(hù)過程中對等離子體火炬進(jìn)行拆卸和回裝，受限于現(xiàn)場燃燒器平臺(tái)處的安裝維護(hù)空間，維護(hù)操作困難。

（2）等離子體火炬檢修滑道設(shè)計(jì)不合理。由于等離子體火炬質(zhì)量大，在燃燒器彎頭上焊接安裝了檢修滑道。等離子體火炬尾部小車在檢修滑道上滑動(dòng)，用于輔助等離子體火炬的拆卸。檢修滑道為彎折形，彎折鉸鏈和銷扣均突出于滑道上，在兩側(cè)有外凸。在發(fā)生器抽拔過程中，等離子體火炬的電纜、水管和氣管容易與這些突出部分磕碰。

同時(shí)檢修滑道距離地面較小，而連接用的電纜和橡膠金屬管彎曲半徑較大，容易與地面摩擦，產(chǎn)生巨大的摩擦力，使得移動(dòng)起來困難。

圖1 鍋爐燃燒器布置圖

（3）整流裝置運(yùn)行不合理且環(huán)境惡劣。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)采用可編程控制器控制整流裝置，進(jìn)而脫扣進(jìn)線接觸器。通常情況下，脫扣動(dòng)作帶載運(yùn)行，使得整流裝置在停止過程中存在一定的沖擊負(fù)荷［1-2］。

由于整流柜內(nèi)存在發(fā)熱嚴(yán)重的功率器件，使得運(yùn)行過程中，整流柜內(nèi)的溫度居高不下，嚴(yán)重影響整流裝置的功率器件和控制器件的壽命和可靠性［3］。

（4）高頻引弧裝置沖擊過大。該項(xiàng)目使用高頻引弧裝置，通過理論分析和仿真計(jì)算，振蕩電路的電容器10μs的瞬時(shí)沖擊功達(dá)18 J。微秒級的時(shí)間范圍內(nèi)產(chǎn)生如此大的熱量，會(huì)造成薄膜電容器的金屬膜氣化，使得器件迅速損耗直至損毀［4-5］。

（5）等離子體火炬密封墊性能不穩(wěn)定和陰陽極間隙難調(diào)整。在對等離子體火炬本體內(nèi)的發(fā)生器陰陽極進(jìn)行維護(hù)時(shí)，會(huì)對陽極進(jìn)行反復(fù)拆卸。為了保證可靠的密封和耐壓效果，通常對密封墊進(jìn)行一個(gè)裕量的加厚。由于等離子體火炬冷卻水溫控制不嚴(yán)，在回水溫度達(dá)到60℃以上時(shí)，容易造成密封墊的永久性失去彈性［6］。若不進(jìn)行更換，則會(huì)造成陰陽極間漏水。

同時(shí)由于陽極和本體之間采用非剛性接觸，拆卸次數(shù)的不同，密封墊的壓縮量也會(huì)有一定的差異。等離子體火炬電極間的間隙為0.8～1.0mm，很難測量。陰陽極間隙不合理將導(dǎo)致無法起弧［7-8］。

（6）無人機(jī)交互和故障診斷系統(tǒng)。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)除了運(yùn)行電流、電壓和氣流信息，其余信息均無法獲取，使得整個(gè)等離子點(diǎn)火系統(tǒng)成為一個(gè)黑盒子系統(tǒng)，無法實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)的順序控制、強(qiáng)電回路的故障信息等，沒有采入控制系統(tǒng)，無法對故障進(jìn)行自動(dòng)診斷，必須根據(jù)維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判定。

2 改進(jìn)的措施

針對1.2存在的各項(xiàng)問題，本次改造主要從以下幾個(gè)方面入手。

（1）單獨(dú)增設(shè)1套等離子點(diǎn)火系統(tǒng)。在鍋爐D層增設(shè)1套等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，使得2層等離子點(diǎn)火相互獨(dú)立，2套系統(tǒng)均能保證鍋爐的正常啟動(dòng)。

（2）更換等離子體火炬型號(hào)。采用新型的等離子體火炬，質(zhì)量由原來的130 kg降低至現(xiàn)在的不大于80 kg。更換等離子體火炬密封墊的型號(hào)，使得陰極直接可靠固定在發(fā)生器本體上，不需要進(jìn)行陰陽極間隙的調(diào)整，通過尺寸鏈的配合使得等離子體火炬的電極間隙維持在可靠的范圍內(nèi)。

（3）優(yōu)化檢修滑道的結(jié)構(gòu)并增設(shè)檢修支架。優(yōu)化就地電纜和水氣管路，增設(shè)檢修支架，防止電纜和水氣管路與檢修平臺(tái)之間的干涉。檢修滑道采用卡槽配合卡軌方式，將滑道外部可能會(huì)磕碰電纜和水氣管路的結(jié)構(gòu)全部去掉，保證在發(fā)生器抽拔過程中不會(huì)發(fā)生干涉。

（4）優(yōu)化等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行控制程序。改變等離子點(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的順序控制邏輯，在整流裝置負(fù)荷降低后才對回路進(jìn)行脫扣，降低對功率器件的負(fù)載沖擊。

（5）優(yōu)化柜體內(nèi)的發(fā)熱和散熱。去掉柜內(nèi)發(fā)熱嚴(yán)重但對系統(tǒng)性能無明顯影響的3個(gè)電阻器件，將柜內(nèi)的熱負(fù)荷降低至原來的一半以下。同時(shí)，優(yōu)化柜體的散熱設(shè)計(jì)，使柜體內(nèi)的通風(fēng)量提高一倍，并且通過流體優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得熱空氣不在柜體內(nèi)形成內(nèi)循環(huán)和死區(qū)，保證柜體內(nèi)熱量及時(shí)有效的排放至柜體外。

（6）優(yōu)化高頻引弧裝置。優(yōu)化后，高頻引弧裝置的充放電時(shí)間降為6μs，沖擊電流降至20 A左右，瞬時(shí)沖擊功降至1.1 J，使得高頻引弧裝置的可靠性和壽命呈幾何數(shù)量的增加。

（7）增加人機(jī)交互和智能故障診斷系統(tǒng)。在直流電源柜上增設(shè)一塊彩色液晶觸摸屏作為人機(jī)交互界面，將與系統(tǒng)性能相關(guān)的關(guān)鍵性參數(shù)、狀態(tài)等在界面上顯示。

同時(shí)，增加人工智能，對系統(tǒng)故障、事件、運(yùn)行統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析、歸納和顯示，故障進(jìn)行預(yù)判和甄別，配合使用手冊，極大地提高了整個(gè)系統(tǒng)故障處理的速度和效率。

3 改造后的效果

3.1 運(yùn)行效果

啟爐階段和穩(wěn)燃性能考核階段總計(jì)運(yùn)行130 h。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：

（1）平均運(yùn)行斷弧頻次大于90 h/次，遠(yuǎn)超A層26 h/次的運(yùn)行斷弧頻次；

（2）啟弧成功率高于90%，略高于A層82%的啟弧成功率；

（3）等離子體火炬的單角維護(hù)時(shí)間降低至30 min，縮減為原來的1/3；

（4）新增D層等離子點(diǎn)火系統(tǒng)在鍋爐啟爐、穩(wěn)燃需要點(diǎn)火裝置投用時(shí)，增加了設(shè)備選擇性，提高了鍋爐的安全性。

4 結(jié)語

等離子點(diǎn)火系統(tǒng)雖然只是一個(gè)很小的系統(tǒng)，但是其穩(wěn)定、安全、可靠的運(yùn)行卻對鍋爐起著至關(guān)重要的作用。

通過對該電廠鍋爐的增設(shè)1套等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃的可靠性得到了明顯提高，同時(shí)也極大地降低了點(diǎn)火系統(tǒng)的檢修維護(hù)工作量和工作強(qiáng)度，系統(tǒng)使用更加智能化，優(yōu)越性明顯。

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（本文責(zé)編：劉炳鋒）

TK 223.3

B

1674-1951（2016）11-0042-03

杜域超（1984—），男，江西九江人，工程師，從事火電廠節(jié)能技術(shù)方面的工作（E-mail：85748165＠qq.com）。

2016-06-02；

2016-10-21