330 MW热电联产机组汽包锅炉等离子点火系统技术改造

张斌，李春建

(1.广州永兴环保能源有限公司，广东广州510070；

2.广州中电荔新电力实业有限公司，广东广州511340)

330 MW热电联产机组汽包锅炉等离子点火系统技术改造

张斌1，李春建2

(1.广州永兴环保能源有限公司，广东广州510070；

2.广州中电荔新电力实业有限公司，广东广州511340)

针对某330 MW热电联产电厂原有等离子点火系统存在启不了弧或拉弧运行过程中易断弧等一系列问题进行深入分析研究，结合现场实际对等离子发生器、工艺管道系统、DCS组态及电气控制系统进行优化改造，实践表明改造后的等离子运行可靠性得到了较大的提高，缩短了机组启动并网时间，经济效益显著。

330 MW；热电联产机组；等离子；点火系统；发生器

近年来中国工业的快速增长，引发煤、石油及天然气等不可再生能源消耗的不断增大及其价格的不断上涨，火力发电燃油成本越来越高。为了降低火力发电燃油成本，大型燃煤电站锅炉点火方式在选型上已逐步由传统的采用重油或轻油点火与稳燃向运用等离子点火及稳燃转变〔1－5〕或者由燃油点火系统改造为等离子点火系统〔6－8〕。燃煤锅炉等离子点火及稳燃技术是一种新型的锅炉启停与低负荷稳燃技术，可实现燃煤锅炉无油点火和低负荷稳燃，节省燃油资源，并大大降低锅炉启停及低负荷运行费用，经济效益与社会效益显著〔9〕。以某330 MW热电联产电厂1号机组锅炉等离子点火系统设备为研究对象，系统分析原有等离子点火设备易出现启不了弧或拉弧运行过程中易断弧等一系列问题的原因，结合现场实际对等离子点火系统进行优化改造，改造后的等离子设备运行可靠性得到了较大的提高，彻底解决了机组点火过程中易出现断弧或启不了弧这一问题。

1 设备概况

1.1 设备概况

某330 MW热电联产电厂1号机组锅炉型式为亚临界参数、汽包自然循环、四角切圆燃烧、直吹式制粉系统、一次中间再热、摆动燃烧器调温、平衡通风、单炉膛“∏”布置、全钢架全悬吊结构、紧身炉闭、炉顶带金属防雨罩、固态排渣煤粉炉。东方锅炉厂制造，锅炉最大连续蒸发量为1 080 t/h。

锅炉采用百叶窗式水平浓淡喷口摆动式直流燃烧器、四角布置、切圆燃烧方式，直流燃烧器A、B两层布置8只等离子体点火装置。原有的等离子点火系统主要由等离子体煤粉燃烧器、等离子体发生器、压缩空气系统、氮气保护系统、冷却水系统、仪表及控制系统、等离子电源系统几个部分组成。等离子体煤粉燃烧器是等离子点火用的专用煤粉燃烧器，其核心技术为使用“等离子体火焰”点燃专用煤粉燃烧器的一级导筒中的煤粉、再逐级引燃专用煤粉燃烧器中的全部煤粉，分级放大的火焰喷射进入炉膛内。等离子体发生器由阴极、一阳极、二阳极、三阳极及线圈组成，它作为等离子点火系统核心部件极其重要，其结构如图1所示。压缩空气作为等离子体的载体，它将等离子发生器阴阳极形成的电弧吹出阳极，形成等离子火焰点燃煤粉。冷却水系统作为等离子点火系统的一个辅助系统，主要是用来冷却阴极、阳极及线圈。氮气作为等离子发生器的保护气，具有延长阴极使用寿命的作用。仪表及控制系统由8台就地仪表柜、8台就地开关电源柜、1台就地热工电源箱、1台冷却水泵就地控制箱组成。就地设备通过通讯和DCS系统组成一套完整的控制系统，可实现就地和远方DCS控制。等离子体电源系统由8台等离子体电源柜组成，为8台等离子体发生器提供直流电源。电源系统主要由整流单元、高压触发回路、主控系统、拓扑结构等系统组成。

图1 原有等离子体发生器内部结构

1.2 原有等离子点火拉弧原理

利用高压、高频率的脉冲电流将阴阳极之间的工作介质(如空气)击穿、电离形成具有高温导电作用的等离子体，带正电的离子流向阴极，带负电的离子流向阳极，形成电弧，经由强磁场压缩后，电弧被压缩空气吹出，形成高温白炽火焰即等离子体火焰点燃煤粉。

2 存在问题及原因分析

2.1 存在问题

该锅炉等离子点火装置安装于A，B层煤粉燃烧器内，原有的等离子发生器从机组投运使用至改造前存在的主要问题为:1)等离子发生器内部阴阳极接头易漏水；2)等离子空压机易跳闸；3)等离子拉弧过程中易烧坏电气IGBT设备；4)等离子启弧易失败及拉弧过程中易断弧；5)等离子拉弧过程中易损坏载体风流量计。

2.2 原因分析

原有等离子发生器内部阴阳极接头易漏水的主要原因为等离子发生器内部阴阳极接头采用的festo快插接头的密封性较差。等离子空压机易跳闸的主要原因为等离子空压机设计参数与电动机功率不匹配且传动皮带已老化断裂。等离子拉弧过程中易烧坏电气IGBT设备是由于等离子发生器内部阴阳极接头漏水引发等离子发生器阴阳极内部短路所致。等离子启弧易失败及拉弧过程中易断弧的主要原因有:1)阴极与一阳极、二阳极及三阳极之间的间距不合理；2)等离子空压机运行不稳定引起载体风风压波动；3)等离子发生器内部阴阳极接头漏水引发等离子发生器阴阳极内部短路；4)高压接触电阻或IGBT等电气设备损坏。载体风流量计损坏的主要原因为等离子空压机疏水不畅使得载体风含水较严重。

3 改造方案

根据该锅炉原有等离子点火系统安装、实际运行情况及存在的问题，采用的等离子点火系统升级优化改造总体方案为:现有等离子煤粉燃烧器不做更换；将等离子发生器全部更换为二代等离子发生器；取消等离子电源高压触发回路，修改等离子电源程序；简化或优化工艺管道系统和电气控制系统；修改DCS逻辑组态及画面。

3.1 等离子煤粉燃烧器改进

等离子煤粉燃烧器本体不做更换，仅拆除水夹套、延长枪，为防止煤粉气流直接冲刷等离子发生器，需增加等离子发生器安装导管，该导管外壁镶嵌陶瓷，可延长导管使用寿命，同时导管也起到连接等离子发生器和煤粉燃烧器的作用，另外，切除或改造原等离子发生器延长枪安装三角支架，以及更换等离子发生器检修托架，优化等离子发生器检修平台等。改进后的等离子煤粉燃烧器结构如图2所示。

图2 改进后的等离子煤粉燃烧器结构

3.2 新型等离子发生器

新型等离子发生器相比于原有等离子发生器，取消了一阳极、二阳极、三阳极及延长枪及氮气保护系统，内部只有一个阴极与阳极。仅依靠电磁铁装置驱动拉弧杆端部阴极头与阳极接触短路启弧。新型等离子发生器内部结构如图3所示。

图3 改进后的等离子体发生器内部结构

3.3 等离子电源改进

等离子电源不做更换，但为适应新型等离子发生器，需取消原有等离子电源高压触发回路、增加110 VDC直流电源、修改等离子电源程序等，修改后的等离子电源安全可靠、故障率低、运行操作方便，效率大于92%，且维护方便。

3.4 工艺管道系统优化

载体风系统:拆除制氮机、氮气保护系统所有管道、阀门、仪表等；取消等离子空压机装置，将载体风气源由等离子空压机改为厂用除灰压缩空气，等离子空压机系统储气罐应保留并接入载体风管路中；因新型等离子发生器耗用压缩空气量为接近原有等离子发生器耗用压缩空气量的2倍，故需将载体风母管管径由Φ57 mm改为Φ76 mm；更换支管过滤减压阀，就地仪控箱下游管道由Ф22 mm ×3 mm改为Ф48 mm×3.5 mm，就地安装载体风压力表。

冷却水系统:更换水泵，将水泵功率由15 kW改为22 kW；因现有水泵出口母管由Ф89 mm×4 mm变径为Ф57 mm×3.5 mm沿炉膛四周环绕最后接入各角等离子发生器，因沿途管路长使得管道沿程阻力偏大，故需将Ф57 mm×3.5 mm管道改为Ф89 mm×4 mm管道，确保等离子发生器前水压不低于0.3 MPa。

3.5 电气控制系统优化

拆除原就地仪控箱内流量计、比例调节阀、电磁阀及连接电缆；拆除制氮系统电控设备及连接电缆；更换水泵控制箱内断路器、接触器和热继电器，将其中一路电源电缆由3×16＋1×10更改为3× 25＋1×16接入水泵控制箱。

等离子电源至发生器之间的电缆为原电缆，其中，现有一、二阳极电缆用于二代等离子发生器电磁铁控制电缆；现用三阳极、阴极电缆作为二代等离子发生器的阳极和阴极电缆。

载体风系统母管增加1台体积流量计，流量IO信号利用现在A1角载体风流量(暂定)信号；A层、B层载体风母管各增加1个压力开关，开关IO信号利用现在保护气(N2)母管快关阀1位置反馈信号，用于A层、B层拉弧允许和跳闸；增加体积流量计至A1角就地仪控箱连接电缆，就地仪控箱至DCS机柜电缆利用现在A1角载体风流量信号电缆；增加2根A层、B层载体风母管压力开关至就地热工电源箱的连接电缆，就地电源箱至DCS机柜电缆利用现在保护气(N2)母管快关阀1位置反馈信号连接电缆。

3.6 修改DCS逻辑组态及画面

新型等离子发生器与原有等离子发生器在拉弧原理、工艺及控制系统均有较大的变化，因此新型等离子发生器启动与停止逻辑及等离子系统画面应做相应的修改以满足其工作要求。

4 改造后效果分析

该锅炉等离子点火系统改造于2015年6月30日已完成，实践表明，改造后的等离子点火系统在机组点火启动过程中未出现启弧失败或者拉弧过程中易断弧现象。以该1号机组锅炉等离子点火系统改造后2015年10月7日启动点火为例，并与该台炉等离子改造前2014年8月17日启动点火对比，较全面地反映改造后取得的效果。4次B层等离子点火启动时电流与火检强度曲线分别如图3—6。

图3 改造后点火启动等离子电流

图4 改造后点火启动等离子火检强度

图5 改造前点火启动等离子电流

图6 改造前点火启动等离子火检强度

图3，5曲线分别代表B1，B2，B3，B4等离子体发生器电流趋势；图4，6曲线分别代表B1，B2，B3，B4等离子对应的煤层火检强度趋势。2015年10月7日1号机启动起止时间为00:08:39至04:23:52，2014年8月17日1号机启动起止时间为22:36:20至8月18日10:34:49。

从图5，6可以看出，改造前2014年8月17日这次B层等离子点火启动整个过程中炉膛B层4个角等离子出现断弧现象；改造前1号机等离子启动过程中等离子运行可靠性较差，4个角等离子之间电流相差较大，且B层等离子点火启动过程中炉膛4个角等离子火焰强度均匀不稳定，严重影响了机组启动并网带负荷时间。从图3，4可以看出，该机组锅炉等离子点火系统改造后2015年10月7日这次B层等离子点火启动整个过程中炉膛B层4个角等离子未出现断弧现象，且4个角等离子发生器电流之间非常小，另外炉膛B层4个角等离子火焰强度均较高且稳定。

5 结论

进行等离子点火系统改造后，点火启动过程中从未出现断弧或启弧失败现象，等离子点火启动运行可靠性得到了较大的提高，检修维护量已大大减少，较大程度上缩短了机组启动并网时间，经济效益显著。

本次改造过程关键点如下:

1)改造前应对原有等离子存在的问题进行全面分析，找出真正原因；改造前应对新型等离子点火装置进行全面调研，熟悉其特性。

斯库特的邻居，慈爱友善的莫迪小姐也起到了引路人的角色。小说里描写莫迪小姐的笔墨不多，但人物形象跃然纸上。斯库特可以和邻居莫迪小姐愉快地聊天，成了忘年交，还可以享用她做的美味蛋糕。莫迪小姐，是独立女性的代表，她勇于向世俗偏见挑战。她选择自己喜欢的生活方式。喜欢户外，大自然，喜欢伺候她的杜鹃花。她乐观、性格坚毅，漂亮的大洋房被火烧了，财产几乎毁于一旦，她知道事情总会有办法解决的。作为寡妇，没有再婚的打算，拒绝了斯库特叔叔的求婚，不想成为男人的附属品。她是有独立思想的女性，见解深刻。虽然阿迪克斯在汤姆案件上败诉，但在她看来已经迈出一小步，也是非常重要的一步。

2)等离子点火系统改造时尽量保持了原有等离子煤粉燃烧器与主燃烧器一致，避免改造后对锅炉燃烧器性能带来不利影响。

3)改造时尽量利旧，节省了改造成本。

4)根据新型等离子发生器的主要特点，载体风系统、冷却水系统、等离子电源系统及等离子启、停逻辑与DCS组态也做了相应优化改进，满足了新型等离子发生器工作要求。

〔1〕Kanilosa P M，Kazantsevb V I，Rasyukc N I，et al.Microwave plasma combustion of coal〔J〕.Fuel，2003，82(2):187-193.

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〔6〕邰玮，杨建蒙，马荣荣.600 MW超临界机组直流锅炉等离子点火装置的改造〔J〕.电站系统工程，2010，26(5):31-32，37.

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Technical reformation of plasma ignition system for steam drum boiler of 330 MW cogeneration unit

ZHANG Bin1，LI Chunjian2
(1.Guangzhou YongXing Environmental Energy Co.Ltd，Guangzhou 510070，China；
2.Guangzhou Zhongdianlixin Thermoelectric Co.Ltd，Guangzhou 511340，China；)

In view of the existing problems of the original plasma ignition system of a 330 MW cogeneration power plant，such a series of problems are analyzed and studied in the paper.Combined with the actual，plasma generator，process piping system，DCS configuration and electrical control system are optimized.Practice shows that the improved plasma operation reliability has been greatly improved，and the starting time of the unit is shortened.It has achieved significant economic benefits.

330 MW；cogeneration unit；plasma；ignition system；generator

TK227.7

B

1008-0198(2017)01-0073-04

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.01.019

2016-06-02 改回日期:2017-01-18