1　锅炉概况

　　大港发电厂一期2×328.2MW油改煤工程的锅炉由上海锅炉厂制造的亚临界参数汽包炉，燃用烟煤。采用控制循环、一次中间再热、单炉膛、四角切圆燃烧方式。燃烧器摆动调温、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构、露天布置。锅炉主要技术规范:主蒸汽压力/温度为17.6
MPa/541 ℃；主蒸汽流量为1 080 t/h；再热蒸汽流量为878 t/h；再热蒸汽温度为541 ℃；再热蒸汽压力为3.5
MPa；给水温度为294 ℃

 　　燃烧系统采用美国燃烧工程公司（CE）的引进技术，燃烧器共设8层，其中煤粉燃烧器5层，轻油燃烧器3层。燃烧方式为炉内空气动力场四角假想反向切圆。每个燃烧器采用周界风布置，一、二次风喷嘴间隔布置。燃烧层顶部设有消旋二次风(OFA)，以消除残余旋流。每个角的二次风箱分成12层，各自独立由电动执行器控制。锅炉配备5台ZGM95G型中速磨、直吹式制粉系统，煤粉粒度为R90=15%～40%。每台磨出口由4根风粉管道引至锅炉的一层四角。锅炉最大额定出力(BMCR)和经济连续负荷(ECR)均为4台磨运行，另1台备用。磨煤机出力为32t/h。同时锅炉配备了12只轻油燃烧器，分为3层，全部燃油时可满足30%BMCR负荷。全部的燃烧器采用可倾角调节，煤粉燃烧器上下摆动角度各为20°,二次风上下各30°，顶部OFA
手动上摆 30°、下摆6°。

 　　锅炉设计煤种是晋北烟煤，校核煤种为平朔烟煤。设计、校核煤种的工业分析和元素分析见表1。

    

表1　设计、校核煤种的工业分析和元素分析


项目名称
设计煤种

(晋北烟煤)
校核煤种1

(平朔 烟煤)
校核煤种 2

(平朔 烟煤)

工业

分析


低位发热量Q_ar.net/kJ·kg^-1
22440
20770
22240

干燥无灰基挥发分V_daf/%
32.31
38.33
36.91

分析基水分M_ad/%
2.85
3.37
2.61

全水分M_ar/%
9.61
8.5
8.4

灰分A_ar/%
19.77
23.02
19.29

收到基碳C_ar/%
58.56
53.56
57.80

元素

分析




收到基氢H_ar/%
3.36
3.58
4.01

收到基氧O_ar/%
7.28
9.93
8.89

收到基氮N_ar/%
0.79
0.91
0.97

收到基硫S_ar/%
0.63
0.49
0.64

可磨系数HGI
57.64
60.00
58.00

2　等离子点火燃烧系统

2.1　等离子发生器工作原理

　　等离子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。等离子发生器结构图如图1所示。他们均采用水冷方式，其拉弧原理为：首先设定输出电流为280～350
A，当阴极3和阳极2接触时产生电弧，当阴极缓缓离开阳极时，电弧在线圈磁力的作用下拉出到喷管外部。在电弧的作用下一定压力的空气被电离为高温等离子体，并在强磁场下成为具有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超过5
000 K梯度极大的局部高温区，当煤粉颗粒通过该等离子“火核”时会受到高温作用，并在1 ms内迅速释放出挥发物，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。等离子体可析出煤粉中的挥发分比通常情况下提高20%～80%，即等离子体有再造挥发分的效应。这对于点燃低挥发分煤粉有强化燃烧的作用。

    

1—线圈；2—阳极；3—阴极；4—电源

图1　等离子发生器结构图

2.2　等离子点火燃烧器

　　大港电厂等离子点火系统设计有4套等离子点火装置，其中4支等离子燃烧器分别装在锅炉B层4支主燃烧器位置，替换锅炉原有的煤粉燃烧器，等离子点火器安装在燃烧器侧面，4套电源控制柜和隔离变压器安装在锅炉0
m等离子间，由安装在主控室立盘上的触摸屏进行控制。单套等离子设备的基本参数列于表2。

    

表2　单套等离子设备的基本参数


项目
参数值

三相电源/V
380(-5％＋10％)

频率/Hz
49～51

电弧电压调节范围/V
250(1-0.05)～400(1+0.05)

压缩空气压力/MPa
0.1～0.4

点火器电功率/kW
110

冷却水压力/MPa
0.15～0.40

最大消耗功率/kVA
150

负荷电流工作范围/A
（200～375）±2%

等离子发生器电源/V
460

冷却水压力(MPa)流量/t·h^-1

0.15～0.40

8～10

一次风风速/m·s^-1
18～28

冷却水流量/t·h^-1
8～10

  

　　大港电厂采用的等离子燃烧器既作为点火燃烧器又作为主燃烧器使用的内燃型燃烧器。等离子燃烧器在煤粉进入燃烧器的初始阶段就用等离子弧将煤粉点燃，并将火焰在燃烧器内逐级放大，使其可在炉膛内无火焰状态下直接点燃煤粉，从而实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。
等离子燃烧器示意图如图2所示。

    

图2　等离子燃烧器示意图

　　根据高温等离子体有限能量不可能同无限的煤粉量及风速相匹配的原则设计了多级燃烧器。它的意义在于应用多级放大的原理，使系统的风粉浓度、气流速度处于十分有利于点火的工况条件下，实现持续稳定的点火、燃烧过程。实验证明，运用这一原理及设计方法可使单个燃烧器的出力从2
t/h扩大到10 t/h。

　　第一区为中心筒区。等离子发生器使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。该燃烧器出力为500～800 kg/h，其喷口温度不低于1
200 ℃。设有第一级气膜冷却技术，避免了煤粉的贴壁流动及挂焦，同时又解决了燃烧器的烧蚀问题。

　　第二区为混合燃烧区。该区一般采用“浓点浓”的原则。环形浓淡燃烧器的应用使淡粉流贴壁而浓粉掺入主点火燃烧器燃烧。这样做的结果既利于混合段的点火，又冷却了混合段的壁面。在特大流量条件下还可采用多级点火。

　　第三区为强化燃烧区。在一、二区内挥发分基本燃烬，为提高疏松炭的燃烬率，采用了提前补氧强化燃烧措施。提前补氧可提高该区的热焓进而提高喷管的初速，以加大火焰长度，提高燃烬率。

　　第四区为燃烬区。疏松碳的燃烬率取决于火焰的长度。随烟气升温，燃烬率逐渐加大。

　　由于等离子燃烧器采用内燃方式，燃烧器的壁面要承受高温，因此加入了气膜冷却风，以避免火焰和壁面直接接触，避免煤粉的贴壁流动及挂焦。燃烧器的长期壁温应控制在600
℃以内。

    

4　锅炉点火启动方式

.4.1　锅炉安全监视系统中增加的逻辑

　　（1） 在锅炉安全监视系统(FSSS)中，B磨煤机运行方式设计为“正常运行模式”与“等离子运行模式”2种模式，并可相互切换，从而实现了磨煤机FSSS逻辑切换功能；

　　（2） 正常运行模式运行时，B磨煤机维持原有的FSSS逻辑；

　　（3） 等离子模式运行时，B磨煤机FSSS启动条件中增加了由等离子装置可编程控制器送来的等离子发生器工作正常信号，同时略去点火能量满足的条件；

　　（4） 等离子模式运行时，任意2角发生等离子装置故障时，等离子控制器将信号送至FSSS，停止B磨煤机运行；

　　（5） 等离子模式B磨煤机运行时，B磨煤机跳闸，等离子点火器跳闸；

　　（6） 锅炉主燃烧跳闸(MFT)时，等离子点火器跳闸并禁启；

　　（7） B磨煤机跳闸信号与锅炉MFT 2个信号“或”逻辑后送至等离子控制器S7－300；

　　（8） B磨煤机运行时，B层燃烧器的火焰保护仍采用锅炉原有的火检装置，保护逻辑为“四取三”。

4.2　锅炉点火过程中等离子燃烧器的试运情况

　　检查B磨煤机冷态调试完毕具备投运条件时，将B磨煤机的出口分离器挡板角度调整至较小值。启动1台等离子冷却水泵，1台等离子冷却风机。将锅炉一层油枪的雾化片更换为额定出力为700
kg/h的小规格雾化片。锅炉首次点火时首先进行各层油枪的调试工作，之后锅炉点火。启动锅炉一次风机，关闭B磨煤机出口4号闸板门，调节B磨煤机入口风量，维持磨煤机出口一次风管风速在18～24
m/s范围内。维持厂用蒸汽压力在较高压力（蒸汽母管压力应大于1.2 MPa），打开B磨煤机热风入口暖风器来汽阀门、疏水阀门，投运暖风器，对B磨进行暖磨。

　　按顺序启动1～3号等离子发生器，将电弧功率调节在110 kW左右。将B磨煤机的运行模式切换到“等离子运行方式”，在磨煤机满足启动条件的情况下启动B磨煤机，磨煤机运行稳定后启动B给煤机，使给煤量为15～16
t/h，同时注意维持磨煤机出口温度在较高值。就地观察等离子燃烧器的燃烧情况，调整一次风量，确定合理的一次风速及二次小风门开度，同时就地测量火焰燃烧温度。

　　等离子燃烧器投运后应注意调整上层二次风，同时投入烟温探针对炉膛出口温度进行监测，防止再热器系统及吹管临时系统超温。

　　当B磨运行在“等离子方式”、且3支等离子点火器中的1支发生断弧时，光子牌将发出声光报警。此时运行人员应及时投入断弧点火器下层的油枪，同时检查断弧原因，如因阴极材料耗尽引起的断弧时则应尽快更换阴极头，恢复点火器的运行。

　　当B磨煤机运行在“等离子方式”下、且4支等离子点火器中的2支发生断弧时，保护将停止B磨的运行，此时应仔细检查断弧原因，待问题解决后再进行试运。调整等离子装置的电弧功率，确定等离子装置的最低稳燃功率，在保证燃烧效果的条件下适当降低电弧功率，以尽量延长阴极的使用寿命。

　　根据机组试运要求增大或减小B磨煤机的出力，试验等离子燃烧器配合型磨煤机的出力范围，同时根据火焰燃烧情况，对一、二次风进行调整，逐步摸索运行经验。根据四角燃烧情况，必要时可投入油枪支持。等离子点火系统的进一步试运工作可根据锅炉吹管进度统一安排。等离子发生器冷却水的压力不低于0.3
MPa。等离子点火装置入口的压缩空气的压力要求不大于0.02MPa，每台等离子装置的压缩空气流量约为1.0～1.5
Nm³/min。

    

5　1号锅炉投入运行的情况

　　2005年3月20日，大港电厂1号锅炉采用等离子无油启动，为了保持适当的升温升压速度，采用B磨煤机3个角等离子点火器启动的方式。

　　点火前汽包内壁温度为51 ℃，送风量为460 t/h，B磨煤机初始煤量为13 t/h。等离子拉弧后投入B磨煤机，点火很成功，从火焰电视观看火焰成亮白色。

　　运行中，等离子控制电压在280～300 V之间，电流在300～320 A范围内时运行最稳定，功率一般在90～110
kW。阴阳极的间隙在2.5 cm，压缩空气压力需要手动就地调节在18～20 kPa，而且冷却水要排空气，以防止冷却效果差而导致烧坏阴极和冷却水压力开关误动。

　　等离子点火时磨煤机的状态画面如图3所示。

    

6　运行中发现的问题

　　运行中，发现磨煤机冷风挡板漏风量大，等离子暖风器全开后磨煤机出口温度仍是偏低，不利于等离子的燃烧。主要原因是冷风没有加装闸板，解决办法就是降低一次风压开大热风挡板的开度。炉水温度提高到150
℃后，预热器出口一次风温提高后此现象有所缓解。经验表明：等离子点火时磨煤机出口温度应在90 ℃以上，这样才能使等离子燃烧器燃烧稳定。

　　等离子点火时一次风速不要太高，当18～21 m/s时燃烧器火焰较为稳定，当风速到25 m/s时火焰发暗燃烧明显不好。等离子装置的压缩空气的压力要经常调节，使其不超过50
kPa。大港电厂的风压在15～20 kPa。风压太高容易吹灭电弧，风压太低电弧又不能吹出，煤粉不能点燃，并且容易烧坏阴阳极。

　　等离子冷态进行无油点火，煤粉燃烧率在60%～70%，这时不要投入电除尘，并且要对尾部烟道、预热器进行连续吹灰。

　　等离子点火装置投入过程中，煤质的变化对等离子燃烧器燃烧的稳定性影响很大，采用挥发分大于30%、发热量大于22000kJ/kg的烟煤时，等离子燃烧器火焰较稳定。

图3　等离子点火时磨煤机的状态画面

    

7　结论

　　由于煤炭市场变化，电厂煤质下降，严重偏离设计值，因为影响了等离子点火装置的投入率。尽管如此，1号炉168 h试运取得成功，总共用油仅200
t，节省燃油2 800 t。等离子点火装置的使用，节省调试费用1 200万元左右。

　　大港电厂一期使用等离子点火装置以来，原来冷态起机要100 t轻柴油，现在冷态启动机组用油不超过5 t；在燃煤品质好的情况下可以实现无油启动。低负荷时投入等离子稳燃，可取消投油稳燃。等离子的应用降低了机组的燃料成本，带来了可观的经济效益。