田增魁

摘要 大型火電廠鍋爐的點(diǎn)火和穩(wěn)燃大多都是采用燃燒重油來實(shí)現(xiàn)的。隨著油價(jià)的不斷升高，火力發(fā)電燃油成本也越來越高。為了減少油耗，引進(jìn)等離子點(diǎn)火技術(shù)，利用直流電將以壓縮空氣為介質(zhì)的氣體電離，產(chǎn)生功率穩(wěn)定、定向流動(dòng)的直流空氣等離子體。該等離子體在燃燒器的一次燃燒筒中形成局部高溫區(qū)，并使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。本文著重介紹等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理，以及電氣設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)。

【關(guān)鍵詞】等離子點(diǎn)火器 等離子燃燒器 變壓器控制柜電弧

大型火電廠鍋爐的點(diǎn)火和穩(wěn)燃大多都是采用燃燒重油來實(shí)現(xiàn)的。近年來，原油價(jià)格不斷上漲，火力發(fā)電燃油成本也越來越高。電廠為了更好地保證自身競爭力，必須要設(shè)法減少燃油損耗，降低運(yùn)營成本。而等離子點(diǎn)火技術(shù)則有效地解決了這一問題。河北華電石家莊鹿華熱電有限公司（以下簡稱“鹿華熱電”）采用了武漢天和技術(shù)股份有限公司生產(chǎn)的THPI-300/600-01型等離子點(diǎn)火裝置，利用儀用壓縮空氣等離子體作為熱源，實(shí)現(xiàn)助燃，達(dá)到節(jié)油降本目的。

1 等離子點(diǎn)火系統(tǒng)主要構(gòu)成

等離子點(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)備由等離子發(fā)生器、等離子點(diǎn)火燃燒器組成，輔助系統(tǒng)主要由壓縮空氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)（含隔離變壓器、等離子電源柜、電抗器等）、圖像火檢系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、冷爐制粉系統(tǒng)等組成。

2 等離子點(diǎn)火技術(shù)介紹

2.1 點(diǎn)火機(jī)理

等離子體內(nèi)含有大量化學(xué)活性的粒子，如原子、原子團(tuán)、離子、電子等，可加速熱化學(xué)轉(zhuǎn)換，促進(jìn)燃料完全燃燒。除此之外，等離子體還有再造揮發(fā)份的效應(yīng)，可使煤粉揮發(fā)份析出量比通常情況下提高20%～80%，這對(duì)于點(diǎn)燃低揮發(fā)份煤粉、強(qiáng)化燃燒有特別的意義。

THPI-300/600-01型裝置利用直流電將以壓縮空氣為介質(zhì)的氣體電離，產(chǎn)生功率穩(wěn)定、定向流動(dòng)的直流空氣等離子體，該等離子體在燃燒器的一級(jí)燃燒筒中形成溫度大于4000K、梯度極大的局部高溫區(qū)，煤粉顆粒通過該等離子體“火核”受到高溫作用，能在10-3秒內(nèi)迅速釋放出大量揮發(fā)份，同時(shí)也使煤粉顆粒破裂粉碎。揮發(fā)份迅速燃燒釋放熱量，從而點(diǎn)燃煤粉碳顆粒。

2.2 工作原理

THPI-300/600-01型等離子發(fā)生器使用雙路載體風(fēng)來產(chǎn)生高溫等離子體，它由陰極、陽極、前進(jìn)氣室、后進(jìn)氣室、引弧裝置、開關(guān)電源、冷卻水腔等部分組成。等離子發(fā)生器采用同軸雙氣室結(jié)構(gòu)，等離子體弧采用空氣壓縮形式，陽極和陰極在工作時(shí)固定不動(dòng)，間距保持恒定。在陰、陽極之間加穩(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。等離子體被前進(jìn)氣室進(jìn)來的壓縮空氣壓縮，并由后進(jìn)氣室進(jìn)來的壓縮空氣吹出陽極筒體，形成連續(xù)穩(wěn)定的高溫等離子體流。THPI-300/600-01型等離子發(fā)生器功率在160-350KW范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，其工作原理如圖1所示。

與傳統(tǒng)的煤粉燃燒器不同，等離子體點(diǎn)火燃燒器是借助等離子體發(fā)生器產(chǎn)生的高溫等離子體來點(diǎn)燃煤粉的，屬內(nèi)燃型燃燒器。等離子體點(diǎn)火燃燒器在煤粉進(jìn)入燃燒器的初始階段就用高溫等離子體將煤粉點(diǎn)燃：在建立一級(jí)點(diǎn)火燃燒過程中，將經(jīng)過濃縮的煤粉送入等離子體高溫火核中心區(qū)域，高溫等離子體同濃煤粉混合，伴隨著熱化學(xué)反應(yīng)，提高煤粉的揮發(fā)份含量，強(qiáng)化燃燒過程;后續(xù)的煤粉在燃燒器內(nèi)被分級(jí)點(diǎn)燃、火焰逐級(jí)放大，可在燃燒器噴嘴處形成3-5米長的火焰。

3 電氣系統(tǒng)

等離子點(diǎn)火裝置的電氣系統(tǒng)主要由6kV高壓開關(guān)柜、等離子主變壓器、低壓開關(guān)柜、等離子隔離變、直流電源控制柜、電抗器等部分組成。

供電系統(tǒng)取自6kVIA段的一面高壓開關(guān)柜，接至等離子主變壓器，通過等離子低壓開關(guān)柜接至等離子隔離變壓器，再接至直流柜，輸出的直流電送至就地等離子體發(fā)生器為產(chǎn)生等離子體電弧提供電源。

6kV三相交流電源經(jīng)主變壓器轉(zhuǎn)換為690V交流電，主變壓器原邊接成三角型，副邊接成星型中性點(diǎn)接地，安裝在變壓器柜內(nèi)。

690V三相交流電經(jīng)隔離變壓器隔離后引入直流電源控制柜，隔離變壓器原邊接成星型，副邊接成三角型且中性點(diǎn)不接地，從而減少諧波對(duì)電源的污染。

直流電源控制柜為等離子體發(fā)生器提供直流電源及點(diǎn)火控制。采用西門子6RA80系列整流裝置，將三相交流電源變?yōu)榉€(wěn)定的直流電源?？刂葡到y(tǒng)采用西門子200的PLC模塊，配備觸摸屏便于故障查詢。

平波電抗器產(chǎn)生足夠的感抗，保證在等離子體發(fā)生器工作特別是啟動(dòng)過程中，電流的平穩(wěn)。

4 電氣設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)

4.1 定期試驗(yàn)

等離子點(diǎn)火裝置一般是在熱備用狀態(tài)，每月應(yīng)進(jìn)行一次試?yán)。看纬掷m(xù)時(shí)間為60s即可。

4.2 日常巡檢

加強(qiáng)日常巡檢力度，注意控制柜顯示屏是否有報(bào)警以及主變壓器、隔離變壓器、控制柜的溫度是否正常。

4.3 設(shè)備檢修

結(jié)合機(jī)組檢修，做好高低壓開關(guān)的綜保校驗(yàn)、絕緣測試、直阻測試，變壓器實(shí)驗(yàn)以及長電纜的檢查工作。

4.4 常見故障及處理方法

如表1所示，偶爾報(bào)401、402故障時(shí)，重新試?yán)?-5次即可。若是頻繁報(bào)警，則需對(duì)陰陽極面進(jìn)行清掃、打磨，并注意其使用時(shí)間。在陰極使用150h，陽極使用500h后，進(jìn)行更換。

5 結(jié)語

等離子系統(tǒng)在火電廠鍋爐點(diǎn)火中的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)意義上的點(diǎn)火，以鹿華熱電一臺(tái)330MW機(jī)組鍋爐為例，裝設(shè)一層等離子燃燒器，安裝4臺(tái)等離子點(diǎn)火器，實(shí)現(xiàn)了等離子助燃點(diǎn)火，每次啟爐可節(jié)約燃油20t左右。此外，在出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定的情況時(shí)，等離子點(diǎn)火系統(tǒng)還可以進(jìn)行穩(wěn)燃，并且與傳統(tǒng)的燃油助燃相比效果明顯，維護(hù)簡單，成本低廉。可見，利用等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，能產(chǎn)生非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益，宜進(jìn)行推廣。

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