褐煤锅炉采用等离子点火运行的可靠性分析

摘要：燃用褐煤电站锅炉等离子点火具有效率高、安全、环保、经济等多项优势，但是在实际运行中，也伴随着诸如燃烧不完全、无法持续稳燃、灭火现象等问题，要从等离子点火系统特性入手研究有效控制途径。本文以辽宁大唐国际阜新煤制天然气项目#1、#2锅炉等离子点火为例，结合等离子点火问题实例从等离子点火系统构成角度探讨了采用等离子点火的褐煤锅炉稳定运行及安全性。

关键词：等离子点火；褐煤；稳燃；可靠性

1.项目及煤质情况介绍

辽宁大唐国际阜新煤制天然气项目自备电站一期拟新建2×50MW国产高压、抽凝式直接空冷汽轮机组和1×30MW国产高压、抽背式汽轮机组，配置4×470t/h国产、无中间再热褐煤锅炉，并预留扩建的可能性。一期4台锅炉为哈尔滨锅炉厂生产，是全钢构架的∏型汽包炉，采用自然循环、四角切向燃烧方式、单炉膛平衡通风、固态排渣、紧身封闭模式。布置方式四角切向燃烧，空气预热器型式为三分仓回转式空预器。采用中速磨冷一次风机正压直吹式制粉系统，设4台中速磨煤机，燃用设计煤种时，3台运行，1台备用。燃用校核煤种时，4台运行。锅炉设计煤种煤粉细度R90=35%。

煤质：本项目燃煤采用锡林浩特胜利煤田的胜利原煤。

项 目 符号 单位 设计煤种 校核煤种I

工

业

分

析 全水分 Mt.ar % 30 33

空气干燥基水分 Mad % 14.9 15.2

干燥无灰基挥发分 Vdaf % 45.7 44.8

收到基灰分 Aar % 17.97 18.45

灰

熔

性 变形温度 DT ℃ 1110 1100

软化温度 ST ℃ 1140 1140

流动温度 FT ℃ 1220 1200

2.阜新项目锅炉等离子点火的初步分析

2.1煤质燃尽特性

通过试验可以看出本工程设计煤、校核煤都属极易燃尽的褐煤，对于该煤质，只要控制好燃烧器的出力及适当的风粉浓度，即使在冷态点火，也可以保证良好的燃烧效率。

2.2布置

等离子体燃烧器安装在锅炉A、B磨煤机对应的最下两层（A、B层）（共2层，8只主燃烧器）的位置，在锅炉点火和稳燃期间，等离子体燃烧器具有点火和稳燃功能，在锅炉正常运行过程中，该二层等离子体燃烧器具有主燃烧器功能。

2.3 冷风加热系统

采用直吹式制粉系统的锅炉在安装等离子体点火及稳燃系统时所要解决的首要问题就是在锅炉冷态启动条件下使磨煤机具备启动条件。本项目采用临炉热风加热方案，利用临炉高温热一风作为本炉冷炉制粉热风，并在每台锅炉A磨煤机热一次风旁路风道加装蒸汽加热器，在无临炉热风时，利用冷风蒸汽加热器，以满足锅炉冷炉制粉的热风要求。

2.4冷却水系统

冷却水采用除盐水，水温

等离子体点火系统冷却水由电厂闭式冷却水系统提供，从闭式冷却水供水母管上引出，设2台互为备用的管道增压泵，保证冷却水流量和压力符合等离子体发生器要求，回水接回到闭式冷却水回水母管中。

3.采用等离子点火风险分析

本自备电站主要为化工区提供蒸汽和电源，化工设备年利用小时数要求达到8000h以上，因此对自备电站的设备可靠性要求也较高，从以下几个方面分析：

3.1全厂四台炉全停

当四台炉全停时，有两种情况并可采取相应措施：

（1）四台炉全停，故障排除所需时间较短，此时锅炉余热较大，启动一次风机后，空预器后热一次风温大于150℃，投入等离子体发生器、磨煤机可以直接启动，锅炉点火。

（2）四台炉全停，故障排除所需时间较长，机组启动的关键时能够提供冷炉制粉所需要的蒸汽。此时辅助蒸汽系统由启动锅炉提供蒸汽，即可实现全厂无油冷态启动。

3.2磨煤机故障

（1）从国内中速磨煤机运行统计，其年可用小时数超过8000小时，磨煤机故障低。

（2）从现在电厂检修管理情况分析，大多可以做到在机组运行工况下，对备用磨煤机实施检修或部分设备的更换，两台磨煤机同时存在故障无法启动的概率极低。

（3）在机组运行情况下，即便两台都故障，机组负荷仍可维持在40%以上，大于30%锅炉最低稳燃负荷，等离子体点火系统无必要投入。

（4）在点火前或点火中，两台磨煤机同时故障，需停止点火，查明原因。

（5）可以从磨煤机热工保护及联锁等热工内容入手，在设备投运前，对其进行逻辑审查、优化，减少热工问题而引起的磨煤机设备故障。

3.3等离子体燃烧器结渣及烧损的预防措施

设计采用电磁线圈磁压缩作用的长距离输送等离子体发生器，并沿燃烧器轴向布置，这样，在燃烧器的内部结构设计上避免了一次风、等离子体流可能形成的回流区，从实际工程分析，是避免结渣的主要措施。

在等离子体燃烧器设计中，以燃烧器的出力为主要参数，借鉴已经投运的大量工程，适当降低燃烧器的点火出力，从而降低燃烧器内的热负荷，防止结渣发生。

等离子体点火过程中，煤粉在燃烧内被点燃，火焰向炉膛传播，因此该燃烧器属内燃式燃烧器，在燃烧器内温度梯度很大，体积急剧膨胀，流速在50～60m/s左右，其本身具有自吹扫及缓解结渣能力。

增加监测手段，在每台等离子体燃烧器热负荷较高的区域，设置2个燃烧器壁温测点，并在逻辑上增加“燃烧器壁温高声光报警”，运行中发生“燃烧器壁温高声光报警”时，及时调整给煤量、一次风量，可以很快消除结渣的隐患。

3.4等离子体点火系统热备用

（1）电源考虑从两段取。

（2）冷却水系统采用电厂闭式水，可靠性有保障，可以随时投入。

从等离子体发生器启动程序可以保证其快速投运，时间5s内。

3.5炉膛爆燃的风险分析

从理论分析，等离子体发生器工作后，等离子体温度在4000～10000℃左右，煤粉燃烧机理是高温下煤粉颗粒被多次破碎，发生强烈的物理化学反应，裂解出大量的挥发分，挥发分在一、二级燃烧室内基本完全燃尽，并点燃煤粉中的固定碳。从已应用的工程测试分析，燃烧器喷口的火焰温度为1000～1100℃，火焰向炉膛传播的过程中，吸收二次风及炉膛空气中的氧量，大部分继续燃烧，仅剩下少量可燃物。

对于本工程的锅炉燃用设计为挥发分较高的褐煤，从以往的工程经验，在锅炉冷态也可以保证煤粉较高的燃烧效率。而且，随着点火时间的推移，炉膛温度逐步提高，其燃烧效率也会逐渐增加，这样采用等离子体点火系统进行锅炉冷态启动时，大量煤粉已被点燃，锅炉爆燃的可能性极小。

另外，在等离子体发生器拉弧的工况下，对于本工程锅炉燃用的挥发分较高的烟煤，启动给煤机后60s内即可以在燃烧器喷口建立稳定的煤粉火焰，而且刚启动磨煤机时，给煤量、风量都较低，不会对炉膛安全构成威胁。

3.6二次燃烧的风险控制

空预器吹灰装置在锅炉点火前必须具备投入条件，空预器消防装置必须具备投入条件，空预器入口烟气侧有烟温测点，并设置温升梯度报警。在锅炉点火的过程中，要保证空预器吹灰蒸汽参数及吹灰频率。

每次锅炉点火前，应对锅炉省煤器落灰斗、空预器落灰斗等进行清理，保证畅通。每次停炉后及时完成落灰斗清理。

机组并网后，要控制机组升负荷速率，逐步增加炉膛通风量，防止烟温的突然升高。

3.7等离子体发生器故障时的技术措施

等离子体燃烧器在正常运行中有发生故障导致未燃煤粉直接喷入炉膛的隐患，威胁炉膛安全。可以通过热工保护，避免上述现象的发生。即设置等离子体发生器发生故障时，保护联关磨煤机相应出口门。当同层中的2个以上等离子体发生器发生故障，联跳相应磨煤机。对于A 、B磨煤机出口截断风门，设计设置风门单独控制， 并在调试措施中制定8管启动方案。

4.结论

从目前#1、#2锅炉运行状况分析，安装等离子体点火系统彻底取消燃油系统后，在机组基建调试试运期间节油效果显著，经济效益明显，同时极大的保证机组运行的稳定性和安全性。

参考文献：

[1]殷立宝，崔振东，余岳溪，温智勇，王力.等离子无油点火技术应用中存在的问题及应对措施[J].热力发电，2007（01）.

[2]李云，张燕平，罗德柱.等离子点火技术在600MW超临界机组的应用[J].陕西电力，2011（06）.

[3]项目自备电站锅炉取消燃油系统可行性研究报告.烟台龙源电力技术股份有限公司，2011年8月

[4]项目动力车间工程初步设计.华北电力设计院工程有限公司，2011年4月