660MW超超临界机组等离子系统运行稳定性的研究

摘 要：本文以湖南华电常德发电有限公司2×660MW超超临界机组为研究对象，先阐述了提高等离子点火系统运行稳定性的必要性，以及等离子点火技术的工作原理和设备结构。然后探讨了等离子点火技术在运行中经常出现的拉弧、断弧、无电流等常见的故障和原因分析，现场试验证明，通过设定等离子电流、电压、气流等运行参数可以提高等离子系统运行稳定性和设备寿命，从而实现等离子无油点火技术安全性和经济性的显著提高，对运行操作起到借鉴作用。

关键词：等离子系统；无油点火；环保；稳定运行

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.13.146

1 提高等离子点火系统运行稳定的必要性

我国大型火力发电机组的启停及低负荷稳燃传统上都是采用燃油点火或者微油点火方式，需要消耗大量的石油资源，随着国家“节能减排”环保力度的加大，这种点火方式已经越来越与环保要求相悖论。由于等离子无油点火方式有节能、环保、高效等优点，已经被越来越多的发电企业所采用。

湖南华电常德发电有限公司2×660MW机组锅炉为上海锅炉厂有限公司生产的超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，型号为：SG-2035/26.15-M6011；锅炉点火方式采用两层等离子无油点火方式，低负荷稳燃采用等离子助燃方式。等离子燃烧器的功能是作为锅炉点火和助燃使用，因此，等离子系统运行的稳定性对于电厂锅炉来说显得尤为重要。

2 等离子点火系统简介

湖南华电常德发电有限公司2×660MW机组采用了武汉天和技术股份有限公司生产的THPI-300/600-01 型等离子煤粉点火及稳燃装置采用仪用压缩空气等离子体作为热源，可直接点燃煤粉，从而实现锅炉的无油冷态点火启动。等离子点火及稳燃装置具有节油、环保、经济、高效等优点。

2.1 等离子点火系统主要构成部分

等离子点火系统由等离子点火设备及其辅助系统组成。等离子点火设备由等离子发生器（含阴极、阳极）、等离子点火燃烧器组成；辅助系统主要由压缩空气系统、冷却水系统、供配电系统（含隔离变压器、等离子电源柜、电抗器等） 、图像火检系统、一次风速在线检测系统、控制系统、冷炉制粉系统等组成（如图1）。

2.2 等离子点火燃烧器点火原理

等离子点火燃烧器是借助等离子发生器产生的高温等离子体来点燃煤粉的，属内燃型燃烧器。等离子点火燃烧器在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用高温等离子体将煤粉点燃：在建立一级点火燃烧过程中， 将经过浓缩的煤粉送入等离子体高温火核中心区域，高温等离子体同浓煤粉混合，伴随的热化学反应过程，提高煤粉释放的挥发份的含量，强化了燃烧过程；后续的煤粉在燃烧器内分级被点燃、火焰逐级放大，可在燃烧器喷嘴处形成 3～5 米长的火焰（与给煤量有关）。根据高温等离子体特点设计的多级燃烧器，使燃烧器内的风粉浓度、气流速度处于一个十分有利于点火的工况条件，从而在喷嘴处完成一个持续稳定的点火、燃烧过程。（如图2）

3 等离子系统运行常见故障及原因分析

3.1 发生器不能正常拉弧问题

原因分析：

（1）DCS给出停止、MFT指令或其它保护联锁信号不允许等离子起弧。

（2）等离子安全回路断开，等离子不允许启动。

（3）远程/就地按钮不在正确位置。

（4）等离子压缩空气不满足、冷却水流量不满足、动力电源回路未送电等，等离子控制保护不允许运行。

3.2 起弧无电流问题

原因分析：

（1）等离子间隙过大：阴、阳极间隙过大导致极面不易击穿，建议发生器阴阳极间隙不要高于1.0mm。

（2）等离子极面污染：极面的污染主要来自仪用压缩空气，定期的进行擦拭和清扫极面工作，此外，定期检查空压机系统是否存在密封不严，干燥剂失效等现场。

3.3 高频点火未放电或者点火能量不足问题

原因分析：

（1）点火板点火间隙过大，放电间隙未放电或者放电间隙过小，点火能量不足。

（2）点火板损坏：一般多为电容损坏。

（3）发生器端点火线线头拖开：多为发生器来回抽动导致电缆线头断裂或脱落。

3.4 阴阳极绝缘不合格问题

原因分析：

（1）冷卻水水质不好，长时间运行，水垢沉积，导致水管对地绝缘为零，从而导致阳极对地绝缘为零。

（2）等离子阳极对地虚接造成起弧成功率降低，同时在防磨套管法兰处发热导致击穿烧毁，从而导致阳极对地绝缘为零，一般法兰处对地绝缘阻值应不低于0.5 MΩ。

3.5 起弧无电压或电压较低问题

原因分析：

（1）阴阳极间隙较低甚至短路造成。

（2）调速器出现故障：脱开调速器后端电缆，进行调速器空载

试验，若能正常建立电压，基本可以排除调速器问题。

（3）发生器阴阳极绝缘破坏或偏低。

（4）起弧参数设置不合理：起弧气流较低，极面击伤严重，易出现此问题。

（5）发生器阴阳极漏水起弧时极面损坏，易出现此问题。

3.6 断弧问题

原因分析：

（1）运行电压过高：运行电压过高会导致断弧，应不高于其实际交流进线电压。等离子运行电压由等离子运行气流决定，气流越大电压越高，越容易产生断弧，但降低气流会缩短阴极寿命。

（2）等离子阴阳级寿命已到：等离子长时间运行阴极烧蚀严重或阳极喉口处粗糙长毛气流紊乱导致断弧。

（3）阴阳极表面损伤：阴阳极间隙偏小或漏水造成表面损伤导致断弧。

（4）阴极气环及发生器端面气孔堵塞或损坏导致气流紊乱断弧。

3.7 图像颜色失真或有波纹问题

原因分析：

（1）摄像头超温或直视火焰会导致曝光过度，画面成黑白色。

（2）视频电缆和动力电缆一起敷设，导致信号互相干扰。

（3）视频电缆有损伤或弯折较为厉害。

3.8 一次风监测系统问题

原因分析

（1）测量管积灰堵塞。

（2）自动反吹扫PLC故障未运行。

（3）电磁阀损坏导致反吹扫未运行。

（4）滤芯堵塞导致反吹扫无效。

（5）一次风探头均有寿命，会被磨损。

4 等离子系统的稳定运行优化

4.1 针对等离子拉弧、断弧故障

等离子系统运行，多为阳极、阴极出现拉弧、断弧等故障，现场试验通过设定等离子电流、电压、气流等运行参数可以提高等离子系统运行稳定性和设备寿命。

4.2 针对点火初期锅炉受热面氧化皮脱落问题

在锅炉点火初期，等离子系统运行升温升压速率较快会引起锅炉受热面氧化皮的脱落，存在锅炉超温爆管造成主设备损坏的安全隐患，为了可靠的控制等离子点火时锅炉升温升压速率，通过现场试验，等离子点火初期控制单台制粉系统给煤量在25T/H左右，控制出口粉管风速在20-25m/s，对锅炉升温升压速率的控制比较理想。（如图3）

5 结论

（1）设定等离子系统电流、电压、气流、阴阳极间隙等运行参数可以提高等离子系统运行稳定性和设备寿命，从而达到节能。

（2）等离子点火初期控制制粉系统给煤量、出口粉管风速等参

数，可以有效控制锅炉升温升压速率，从而保证锅炉设备安全。

参考文献：

[1]叶江明.电厂锅炉原理及设备[M].北京：中国电力出版社出版，2006.

[2]师海营.煤粉锅炉等离子点火应用安全性研究[R].甘肃省电机工程学会学术年会，2009.

作者简介：王守阳（1980-），男，辽宁朝阳人，本科，工程师，任运行部支部书记兼副主任，从事电厂运行管理工作。