1000MW超超临界锅炉新型等离子点火系统运行优化

王小龙，陈宜阳

(广东粤电靖海发电有限公司，广东 揭阳 515223)

0 引言

目前，国际能源紧缺，原油价格持续上涨，给电力企业带来了很大的压力。而目前我国电力企业大部分机组依然使用大油枪点火及稳燃技术，机组在启、停及低负荷稳燃阶段需消耗大量的石油资源，年耗油量占我国整个燃油量的很大比例，其中锅炉点火启动及稳燃用要消耗大量的燃油［1］。而等离子点火技术的开发应用，实现了在煤粉锅炉点火过程中以煤代油，具有良好的节油性能，1 000 MW机组在基建试运行期间如果能投入等离子煤粉点火系统，可使整个试运行期间的燃油消耗量控制在500 t以内，甚至不消耗燃油。这不仅节约了宝贵的石油资源，而且在收回设备投资的前提下还可节约上千万元资金［2］。基于此，广东粤电靖海发电有限公司1000MW超超临界锅炉采用了武汉天和技术股份公司研制的新型(THP－1000－1型)等离子煤粉点火系统。

由于新型等离子点火系统在1 000MW超超临界锅炉上的运行经验较少，在等离子点火过程中，还存在很多需要优化和改造的地方，如拉弧时不能正常起弧、运行中频繁断弧等，这些问题将严重影响锅炉启、停过程的安全。因此，分析总结等离子点火系统在试运行过程中出现的问题，应率先研究该等离子点火系统运行参数的优化方案，有效控制和减少锅炉等离子点火系统的断弧现象，确保锅炉在启、停及正常运行中的安全、稳定性。

1 系统介绍

1．1 锅炉设备概况

广东粤电靖海发电有限公司#4机组锅炉为东方锅炉厂制造的DG 3000/26．25－Ⅱ1型1 000MW超超临界参数变压直流炉，前后墙对冲燃烧、固态排渣、单炉膛、一次中间再热、采用烟气挡板调节再热汽温、平衡通风、露天布置、全钢构架、全悬吊结构、Π形布置。设计煤种为神府东胜烟煤，校核煤种为山西晋北烟煤。

锅炉制粉系统采用冷一次风机正压直吹式制粉系统。每台锅炉配置6台上海重型机器厂有限公司生产的HP1163/Dyn型磨煤机，磨煤机配有旋转分离器，采用弹簧自动变加载装置。每台磨煤机有4个送粉管出口，每根送粉管通过煤粉分配器在炉前一分为二，连接锅炉48个煤粉燃烧器。每台磨煤机配置1台HD－BSC36型电子称重皮带式给煤机。

1．2 等离子点火原理及稳燃系统设备概况

THP－1000－1型等离子点火发生器的工作原理如图1所示，其结构和原理与原已投运的#1～#3锅炉的等离子点火装置(烟台龙源电力技术股份有限公司产品)的主要区别是:使用压缩空气作为载体风来产生高温等离子体，采用同轴双气室结构，等离子弧采用空气压缩形式，阳极和阴极在工作时固定不动，其间距保持恒定。在阴、阳电极间加稳定的大电流，将电极空心筒体中的压缩空气电离成具有高温导电特性的等离子体。前进气室进来的压缩空气将等离子体压缩，由后进气室进来的压缩空气将等离子体吹出阳极筒体，形成连续、稳定的高温等离子体流，可直接点燃煤粉［3－4］。

该等离子煤粉点火及稳燃装置具有以下技术特点［5］:

图1 THP－1000－1型离子发生器工作原理

(1)根据煤种变化要求，功率可在100～250 kW连续任意调节。

(2)结构优良，点燃效果好;没有导引弧管，4000～5000℃的高温等离子体电弧直接置于煤粉点火位置，可点燃可燃基挥发分为20%左右和收到基水分大于20%的较差烟煤。

(3)等离子发生器与燃烧器配合简单，除等离子体弧以外没有其他热源，燃烧器温度容易控制，通常在300℃以下。等离子发生器与燃烧器配合示意图如图2所示。

图2 等离子燃烧器与燃烧器配合示意图

该等离子煤粉点火系统由等离子点火设备及其辅助系统组成。等离子点火设备主要包括等离子发生器、等离子燃烧器、电源控制柜、隔离变压器等;辅助系统主要有等离子发生器冷却水系统、等离子载体风系统、冷炉制粉系统、图像火检系统、热控系统(除分散控制系统)、等离子燃烧器壁温监测系统、等离子一次风监测系统等。等离子点火系统基本构成如图 3 所示［4］。

2 优化分析

2．1 运行状况

广东粤电靖海发电有限公司#4锅炉是国内第1台使用该型号等离子煤粉点火稳燃装置的1 000 MW机组，没有运行经验可以参考。在#4锅炉点火试运行期间，经常出现断弧，影响锅炉的正常点火及稳燃，而一断弧就经常要更换阴极头，造成经济上的损失。在#4锅炉点火试运行期间，共出现断弧51次，其中2次造成锅炉主燃料跳闸(MFT)。同时，增压水泵及火检风机的控制电源回路设计也存在缺陷，控制电源取自就地控制柜电源开关(交流接触器)的下侧，#1，#2泵控制电源互为备用且采用断电切换方式，在一台泵检修需断开电源开关时，会使2台泵的控制电源短暂消失，引起运行泵的跳闸，造成等离子全部断弧，导致锅炉MFT。

2．2 优化方案

针对该型号等离子点火装置采用双气室的技术特点及在试运行过程中出现的问题，通过在运行实践中的不断调整，摸索出了一套保证等离子点火装置稳定拉弧的运行参数;同时，厂家对增压水泵及火检风机的电气控制回路进行优化，解决了上述问题，保证了#4锅炉等离子点火系统的正常运行。

(1)等离子点火系统的稳定拉弧运行参数优化方案。该型号等离子点火装置为同轴双气室结构，其前、后室气流的压力(即气流1、气流2的压力)变化将影响等离子弧的稳定。针对上述技术特点，优化了气流1、气流2的拉弧初始值及运行值的参数设定。

图3 等离子点火系统基本构成

1)拉弧初始值参数设定。正常时按表1中的A组参数组合设定;若A组参数不能正常起弧，则选用表1中B组参数组合设定再次拉弧2次。通过上述操作还不能成功拉弧则停止拉弧，按故障处理步骤另行查找原因。

表1 拉弧初始值参数设定

2)运行值参数设定。若煤质较好(挥发分＞30%)，采用表2中的A组参数组合设定;若煤质较差(挥发分≤30%)，需要提高其功率，则采用表2中B组参数组合设定;当出现频繁断弧时，则在短时间内适当增大运行电流，采用表2中C组参数组合设定。

表2 运行值参数设定

3)在运行时，任何情况下气流1、气流2压力都不能小于0．08MPa，电流不能小于380A。

4)等离子点火装置应保证在拉弧成功后30 s内投入自动运行。

5)若在特殊情况下需要退出自动运行，必须遵守以下原则:退出自动运行时间不得超过2 h;每隔30min调整设定1次，参数调整组合见表3。

表3 特殊情况下运行值参数设定

(2)优化增压水泵及火检风机的电气控制回路。将#1，#2增压水泵(火检风机)的控制电源改为独立回路，分别取自各动力电源开关下侧，从而避免了原控制回路存在的缺陷。

2．3 分析总结

(1)针对THP－1000－1型等离子点火装置前、后室气流的压力(即气流1、气流2的压力)变化会影响等离子弧稳定的技术特点，通过优化拉弧初始值及运行值(电流、气流1压力、气流2压力)的参数设定，提高了拉弧成功率及稳定性。

(2)针对不同煤质及阴、阳极使用时间的长短，通过优化等离子弧运行值(电流、气流1压力、气流2压力)的参数设定，提高了等离子弧的稳定性，保证锅炉燃烧稳定，延长了阴极、阳极的使用寿命。

(3)针对原增压水泵及火检风机电气控制回路设计不合理的问题，通过电气控制回路改造，解决了当一台增压水泵(或火检风机)原来存在的动力电源断开时会引起另一台增压水泵(或火检风机)跳闸的安全隐患。

(4)经过对等离子点火系统运行参数的优化调整及系统改造，广东粤电靖海发电有限公司1 000 MW超超临界锅炉等离子点火系统断弧现象得到了有效控制。从2011年9月11日至2011年10月18日，在#4机组整个启、停及运行中的稳燃过程中，仅出现3次断弧，大大提高了锅炉运行的安全性。

(5)等离子点火系统断弧现象减少后，按机组每年启动1次计算，可节约因锅炉灭火延长机组启动时间及更换等离子阴、阳极所产生的费用约100万元，大大提高了机组运行的经济性。

3 结束语

从广东粤电靖海发电有限公司#4机组锅炉等离子点火系统运行的情况来看，通过对1 000MW超超临界锅炉新型等离子点火系统的运行优化，解决了锅炉启、停过程中因等离子频繁断弧引起锅炉燃烧不稳及灭火的问题，提高了锅炉启、停过程的安全、可靠性，延长了等离子阴、阳极的使用寿命，具有较好的安全效益和经济效益。作为国内第1台使用

THP－1000－1型等离子煤粉点火稳燃装置的

1000MW超超临界锅炉机组，其应用成果及优化方案对后续使用该型号等离子煤粉点火稳燃装置的大型锅炉机组具有参考意义。

［1］於晓博，姜宇．大型火电锅炉点火方式选择研究［J］．神华科技，2011(2):58－61．

［2］沈士军．1000MW超超临界锅炉应用等离子点火及运行分析［J］．华东电力，2007，35(9):73 －76．

［3］曹定华，刘栓联．等离子点火控制技术在发电厂的应用［J］．华电技术，2010，32(4):31－34．

［4］韩志成，李建辉，曾衍锋．600MW亚临界锅炉应用等离子点火研究［J］．华电技术，2008，30(11):20－23．

［5］于亮平，赵作起．等离子装置在2023 t/h锅炉点火和稳燃方面的应用［J］．华电技术，2009，31(10):38 －42．