等离子点火技术在蓬莱电厂的应用

电力18讯：    
作者：李明堂  …   
李明堂 李之珍摘要：本文介绍了等离子技术的原理，探讨了等离子点火技术在蓬莱发电有限公司两台330MW机组上的应用。

    国电蓬菜发电有限公司一期工程为7×330MW机组，锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的1025t/h引进型亚临界参数汽包炉，燃用烟煤。锅炉采用四角切向布置的全摆动燃烧器，共有6层一次风喷口。燃烧器为水平浓淡燃烧器，采用弯头浓淡分离方式。锅炉配备3层共12只油燃烧器，总出力约占锅炉出力的35%。油喷嘴采用机械雾化方式。
    锅炉制粉系统为直吹式，每台锅炉配有3台沈阳重型机器有限责任公司生产的BBD4054型双进双出钢球磨煤机。每台磨煤机为两层煤粉燃烧器供粉。
    为了节约燃油，锅炉采用等离子点火器点火。在最下层燃烧器处，安装4支由烟台龙源公司生产的等离子点火煤粉燃烧器及附属配套设备。等离子点火燃烧器具有锅炉启动点火及锅炉低负荷稳燃两种功能。
一、等离子点火系统的组成
    该系统主要由以下几部分组成(图1):
         
    ●等离子发生器――产生电功率为50~150kW的空气等离子体;
    ●直流电源柜(含整流变压)――将三相380V电源整流成直流电，用于产生电弧;
    ●点火燃烧器――与等离子发生器配套使点燃煤粉;
    ●控制系统――由PLC、CRT、通信接口据总线构成;
    ●辅助系统――由冷却水、空气的供给系统组成。
          
    等离子发生器主要由阳极、电子发射枪、稳弧线圈三部分组成，如图2所示。阳极组件由阳极、冷却水道、压缩空气通道及壳体构成，连续工作时间大于500小时。电子发射枪由枪头、外套管、内套管、引弧器、进、出水口、上电接头等组成。电磁线圈由电缆及上电口等组成，用于产生强磁场。
           
    点火燃烧器结构如图3。控制系统如图4。
           
二、系统基理
1、点火机理
    本装置利用直流电流(大于200A)在介质气压大于0.lMPa的条件下接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体。该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T>5000K的梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子"火核"受到高温作用，并在10-3秒内迅速释放出挥发物，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。由于反应是在气向中进行，使混合物组分的粒级发生了变化，因而使煤粉的燃烧速度加快，也有助于加速煤粉的燃烧。这样，就大大地减少了促使煤粉燃烧所需要的引燃能量E(E等二1/6E油)。
    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、02)、离子(02-、H2-、OH-、0-、H+)和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧。除此之外，由于等离子体对于煤粉的作用，煤粉的挥发分可比通常情况下提高20-80%，即等离子体有再造挥发份的效应，这对于点燃贫煤、强化燃烧有特别的意义。
2、等离子发生器工作原理
    本发生器为磁稳空气载体等离子发生器，它由线圈、阴极、阳极组成，如图5所示。
           
    阴极材料采用高导电率的金属材料或非金属材料制成;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。
    发火原理为:首先设定输出电流，当阴极前进与阳极接触后，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，电弧在线圈磁力的作用下拉出喷管外部。在电弧的作用下，具有0.03MPa左右压力的空气被电离为高温等离子体，其能量密度高达105-106W/cm2，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。
3、燃烧机理
    根据高温等离子体有限能量不可能与无限的煤粉量及风速相匹配，为此设计了多级燃烧器。它的意义在于，应用多级放大的原理，使系统的风粉浓度、气流速度处于一个十分有利于点火的工况条件，从而完成一个持续稳定的点火、燃烧过程。试验证明，运用这一原理及设计方法，便单个燃烧器的出力可以从2t/h扩大到lOt/h。在建立一级点火燃烧过程中，我们采用了将经过浓缩的煤粉垂直送入等离子火炬中心区，5000-10000℃的高温等离子体与浓煤粉<