托电#6机组C层等离子系统改造

【摘 要】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。通过引入等离子点火系统，能实现无油点火，不但保证提高燃烧过程的经济性，而且可以改善火电厂的生态条件，达到真正意义上的经济、环保、高效。

【关键词】等离子；PLC；燃烧

1.前言

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，每年电厂煤粉锅炉启动点火、低负荷稳燃和新机组调试用油量非常大。因此锅炉点火和稳燃用油被作为一项重要的指标来考核。随着电力技术的发展，在确保机组安全运行的前提下，最大限度地降低发电成本是市场经济对发电厂提出的现实要求。

2.机组简介

内蒙古大唐托克托发电有限责任公司三期工程2×600MW汽轮发电机组，炉膛燃烧方式为正压直吹前后墙对冲燃烧，共配有30只由三井・巴布科克设计、东方锅炉（集团）股份有限公司制造的LNASB低NOx轴向旋流式煤粉燃烧器，分三层分别布置在锅炉前后墙水冷壁上，每层各有5只LNASB燃烧器，燃烧器上部布置有燃尽风调风器，10只燃尽风风口分别布置在前后墙上，每面墙各五个，布置成一排，能有效地降低NOX生成。

3.等离子系统介绍

为做到进一步减少燃油到最终不用油，实现无油点火，我厂对#6机组原C层燃烧器进行了等离子改造，这样前后墙A、C层等离子在冷态启机时可以同时拉弧，确保了机组顺利点火；在低负荷时也可以对A、C层进行拉弧，对锅炉进行稳燃，确保机组的安全稳定。

等离子系统工作原理：

等离子体发生器为磁稳空气载体等离子体发生器，它由线圈、阴极、阳极等组成。其中阴极材料采用高导电率的金属材料制成。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250℃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，阴阳极间产生电弧，载体工质（空气）被电弧电离为高温等离子体，从阳极喷口喷出，其温度达到3000K以上，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。

离子点火燃烧器优点：

（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15%～20%，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（OH、H2、O2）、离子（O2-、H2-、OH-、O-、H+）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。

4.等离子系统组成

等离子系统主要包括：电气系统、冷却水系统、载体风系统、监视系统、冷却风系统、冷炉制粉系统、控制系统。

4.1 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。等离子体点火电源系统由隔离变压器、LYZKG-500整流柜组成。

・LYZKG-500整流柜采用台湾WeinView MT500系列人机界面，控制器选用西门子S7-200系列PLC，实现电源系统控制和通讯功能。电源系统有统一的接口，方便以通讯方式或硬接线方式接入上级控制系统，如DCS或其他控制系统。

・每台锅炉配有5套等离子整流柜、5台隔离变压柜，集中安装在锅炉17.5m平台，需要现场提供380VAC动力电源和220VAC控制电源。

・隔离变压器主要为系统提供交流输入与直流输出间电气隔离，保证电气安全性，目前主要选用干式树脂浇注隔离变压器。

工作参数：

（1）等离子点火装置的恒定动力电源DC300V、DC300A

（2）电机控制电源DC24V

4.2 冷却水系统

冷却水系统采用闭式循环系统，由冷却水泵、换热器及阀门、压力表、管路组成，冷却水泵两台互为备用。水泵出口母管分别供A、C层等离子用，主要是通过水冷的方式对形成电弧的等离子发生器的阴极和阳极进行冷却。冷却水泵的控制系统由触摸屏进行。

4.3 载体风系统

・载体工质是等离子体电弧的介质，等离子体电弧形成后，通过线圈形成的强磁场的作用压缩成为压缩电弧，需要载体工质以一定的流速吹出阳极才能形成可利用的电弧。因此，等离子体点火系统的需要配备载体工质系统，载体工质的要求是洁净的而且压力，流速是稳定的。

・我们所采用的载体工质为仪用压缩空气，在17.5m处仪用压缩空气母管上取样，通过手动门，气动闸阀及减压阀后提供给A层及C层等离子系统。 气动闸阀的控制在C层等离子触屏上进行操作。在无需等离子系统工作时，可将阀门关闭。

・等离子体发生器前的载体工质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，每台等离子体装置的载体工质流量约为60Nm3/h。

4.4 监视系统

监视系统由图象火检探头、工业电视、九画面分割器组成，主要是对炉膛等离子燃烧情况的监视。图像火焰监视探头主要由外套管、内套管、长工作距监测镜头等部件组成。 安装时一般要求探头端面缩入二次风口50～80mm，前端再与偏正支架焊接。安装探头时注意探头下方、前方不可有障碍物遮挡。

4.5 冷却风系统

图像火焰监视探头因其需深入燃烧器内部对火焰进行检测，温度极高，故需对探头进行及时的冷却，原A层等离子风机因容量小，无法对A层和C层同时进行冷却，我们对风机进行增容，风机出口母管分开同时送至A、C两层，满足火焰监视探头的需要。

图象火检探头冷却风是由两台互为备用的冷却风机提供的，风机控制为DCS或就地控制，通过风机出口风压检测开关自动实现联启（需要把未启风机置备用状态）。

4.6冷炉制粉系统

当机组处于冷态启动时，磨制粉系统需要热一次风送粉，所以对C磨进行了冷炉制粉改造。

首先从高辅至空预器吹灰的管路上焊接管路至C磨暖风器，高辅蒸汽压力控制在较高值（0.8MPa左右），投入暖风器 。其次通过电动热风调门来调整风量，20℃左右的冷风通过冷风蒸汽加热器后变成热风，进入磨煤机内。 最后暖风器内所形成的疏水通过疏水管路排入疏水扩容器内。

改造新增加的气动插板门及热风调门全部接入DCS系统，通过DCS组态，实现对阀门的远方控制。

4.7 控制系统

等离子控制系统由等离子控制柜和触摸屏组成，柜内PLC采用SIEMENS S7-300系列的可编程控制器完成。该CPU模块中的Profibus接口，可简单地与多个点火控制器相连，以通过网络对所有点火装置进行集中控制。由Digtal公司生产的GP触摸面板作为操作界面，为现场操作提供了简洁的操作模式、完整的信息显示。

4.8等离子控制柜与整流柜通讯的调试

整流柜控制采用了SIEMENS S7-200系列可编程控制器完成。其提供的Profibus接口模块是为连接上级PLC与操作界面而设置的，用以满足锅炉点火控制的需要。网络连接完成后，必须进行网络地址的设定。

等离子通讯模块拨码地址设置：

・C层PLC为01，触摸屏为02

・1号整流柜为03

・2号整流柜为04

・3号整流柜为05

・4号整流柜为06

・5号整流柜为07

网络调试完毕，我们就可以逐个对其他系统进行实验，远方水泵的启停、风机的控制、阴极电机的的实验进退、火焰监视系统的测试以及整流柜送电拉弧实验。

5.结论

采用等离子点火运行和技术维护费用低，对于新建电厂，可以节约上千万的初投资和试运行费用；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。采用等离子技术点燃煤粉锅炉经济、高效、简单、安全、环保，是目前燃油系统改造的最佳替代产品。