等离子点火存在的问题与解决措施.doc

等离子点火存在的问题与解决措施

      等离子无油点火及稳燃技术是一项煤粉锅炉点火及稳燃过程中以煤代油的有效措施，在电厂锅炉投产调试、冷态启动等过程中可节约大量燃油，产生庞大的经济效益。但作为一项新技术,在实际应用中也暴露出一些问题,如煤粉利用效率低、烟尘中可燃物含量大、存在烟道自燃隐患、后期汽温不好控制等问题，特别是近期出现的电煤质量下降对等离子的安全应用提出了更高的要求，本文结合岱海二期工程近期启动中暴露出的一些问题做一简述。
        1、 磨煤机制粉温度的运行控制
        直吹式制粉系统锅炉应用等离子点火的首要问题是锅炉启动时磨煤机的干燥出力问题。在实际运行中，出现的主要问题是经暖风器加热后的一次风温，在磨煤机风量维持60～65t/h、空预器入口一次风温45℃时，磨煤机入口一次风温只能达到90 ～ 100℃，投煤后磨煤机出口温度会很快下降至45～ 50℃，在入炉煤Qnet,ar＜3800Cal/g时，4小时后入口风温只能达到130 ℃左右,出口温度＜55℃，远达不到制定值要求的入口风温180℃的要求。由于暖风器蒸汽来源于厂用辅汽联箱,汽源是冷再，供汽温度受限，要想通过提升暖风器入口蒸汽压力、温度来提升风温,会受到辅汽系统的限制。目前采用的措施包括提前投入暖风器运行、加大疏水、提升热一次风温、提升辅汽压力等方法,及早使磨煤机入口一次风温达到130 ℃。
        从现场系统设置来看，如果磨煤机入口冷风调整门不严，会对磨煤机入口温度有很大的影响，而实际上也不可能严密，因此，采用关闭一次风机出口冷风门的扩展性隔离措施会对提升磨煤机入口温度有很大的帮助。需要注意的一点是，随着热风温度的提升，通风的备用磨煤机需要冷风冷却，此时要合计开启一次风机出口冷风门，为防止风机风压的大幅度波动，最好先提升风压后再全开此门。
        如果煤质燃烧较好，在B磨煤机运行2～3 h 后,空气预热器后一次风温即可达到150 ℃,暖风器可以退出运行。
        2、 等离子冷态启动点火初期煤粉燃尽率低
        等离子点火时产生的温度虽高,但热强度不够, 因此会造成煤粉燃尽率低，锅炉飞灰含碳量达到42 %。等离子点火只是把煤粉中的挥发分迅速电离出来并点燃,进而引燃部分煤粉,而固定碳的完全燃烧取决于炉膛温度水平。在点火初始阶段,由于炉温较低,煤粉不能完全燃烧。B磨煤机刚启动时,为满足锅炉升温、升压速率的限制及保护再热器,炉膛烟温控制的比较低,初始给煤量比较低,因此煤粉浓度低,着火状况不够理想。为了防止飞灰可燃物浓度高造成的锅炉尾部烟道再燃或预热器、除灰设备着火等重大事故,须尽可能提升等离子点火初期煤粉燃尽率。
        1〕. 煤粉细度对等离子煤粉点火燃烧器的着火特性有很大的影响,煤粉越细,升温越快,燃尽率越高。在点火试运期间可改变改变磨煤机出口的分开器挡板开度和煤粉细度。将B磨煤机分开器挡板开度从初始的55 %适当调小,既增加磨内煤粉循环次数，提升出口温度，降低震动机率，又可使煤粉着火稳定性显然提升,火焰明亮,炉瞠燃烧状况优良，但在回调时要注意挡板的空行程。
        2〕. 一次风速的合理选择对煤粉燃烧状况至关重要。当一次风速较低时,将引起燃烧器结焦、烧损甚至一次风管堵塞等问题；较高的一次风速会导致煤粉经过等离子弧核区的时间相对较短,煤粉着火状况较差,飞灰含碳量高。按照煤量20t/h，点火浓度0.36～0.52kg/kg，最低不得低于0.3kg/kg计算，对应风量应该为38～56 t/h。在点火时控制此值,待点燃后再适当提升一次风速。从实际燃烧状况看,调整一次风速为17m/ s (磨煤机入口风量为63 t/ h) 后,煤粉着火稳定、火焰中心变亮。
        3〕. 磨煤机出口温度对等离子煤粉点火燃烧器的着火特性有很大影响,一次风温度越高,煤粉着火所需要的着火热量越少,煤粉越容易燃尽。因此等离子点火装置投运时,应尽量提升磨煤机出口风粉混合物的温度。在B磨煤机实际启动过程中,如果暖麽时间不够，给煤后磨煤机出口温度迅速降至53 ℃以下,炉内火焰发暗,闪烁频繁,煤粉燃烧状况不佳。磨煤机出口温度升至63 ℃,炉内火焰明亮、无闪烁,煤粉燃烧状况优良。为此，要增加暖磨时间,将磨煤机及一次风管充分暖透,关严冷风门，同时将A 磨煤机出口温度强制，合计到等离子对煤粉浓度的适应范围较广，可维持风量的上限运行。
        4〕. 冷态启动的准备工作应充分,在满足升温、升压曲线的前提下,应尽快提升炉膛温度,及早投入其它燃烧器,随着热风温度及炉膛温度的升高,喷口火焰显然变长、变亮,煤粉燃尽率得到显著提升。

      3、 点火初期锅炉炉膛爆燃及尾部再燃
        鉴于在冷态启动点火初期容易出现灭火、爆燃及点燃后由于飞灰可燃物含量高而引起尾部烟道二次燃烧等事故,对采纳等离子点火时易出现的爆燃、再燃问题应引起重视。依据施行经验,在启动过程中采用以下措施,保证等离子点火过程的安全。
        等离子点火装置点火初期对煤粉浓度要求很高,在一定的煤粉浓度下,才能迅速点燃煤粉。而ZGM123型中速磨煤机需要较长时间才能建立稳定的煤粉气流,且开始时一次风粉浓度较低,这些特点均不利于等离子点火燃烧器内煤粉的着火,造成着火前大量未燃煤粉进入炉膛。针对此磨煤机的运行特点,为保证等离子点火燃烧器能够迅速着火,在磨煤机启动初期,将给煤量稳定在24 t/ h 左右,点燃以后再将煤量减到20 t/ h ,以保证锅炉升温升压的速率。采纳此方法可保证煤粉在1 min 内着火,关于直吹式系统当任一角燃烧器在2 min 内未点燃时,应马上停止相应磨煤机的运行,大风量通风吹扫后,查明原因方可重新投入,以防止炉膛爆燃。
        等离子点火装置初次运行时,必须就地观察着火状况,并检查燃烧器是否漏粉。而火焰一旦熄灭要马上停止投放燃料。在燃烧器着火后,应强化炉内燃烧状况监视,在燃烧恶劣时,应及时进行调整。
        为防止未燃尽煤粉在锅炉尾部二次燃烧,在等离子点火过程中,空气预热器吹灰装置必须投入运行。锅炉长时间在低负荷状态下运行,煤粉燃烧不完全,飞灰可燃物含量高,容易在空气预热器和除尘器中积聚大量未燃尽煤粉,随着时间推移,排烟温度升高,会造成自燃,甚至发生爆炸,因此在低负荷状态下,空气预热器应进行连续吹灰,及时启动除灰、除渣系统,输送、清除未燃尽物质。
        在等离子冷炉点火初期,要控制飞灰可燃物含量在25 %以内。如含量偏高,应适当调整一、二次风量、磨煤机出力、煤粉细度等,尽可能改善燃烧状况,防止风、煤配比不当,尽量避免油、煤混烧,假设油、煤混烧后,沾在受热面上的油更容易附着、聚集未完全燃烧的煤粉。
        4、 等离子燃烧器结焦
        等离子点火时核心温度高达7000 ℃,煤粉在燃烧器内部就已经开始着火,并且着火温度很高,极易造成等离子燃烧器中心筒超温、结焦。通过合理控制一、二次风速,等离子电弧功率及燃烧器的出力,并强化等离子燃烧器金属壁温的监控,基本可避免等离子燃烧器结焦现象。
        等离子燃烧器的内、外套筒主要是通过一次风和周界二次风进行冷却,为了防止燃烧器本体结焦或烧损,宜采用较高的一、二次风速,但高风速易导致着火稳定性低,炉膛燃烧不好,煤粉燃尽率低。从锅炉实际运行状况看,初期一次风速控制在18～20 m/ s ,正常运行时一次风速控制在25～27 m/ s ,煤粉燃烧状况优良,而周界二次风开度初期为20～30 %左右,以提升初期燃烧效率,随着炉温升高,逐渐开大风门,以防止结焦,利于煤粉的稳燃和燃尽。
        等离子点火装置投运过程中,应严密监视等离子燃烧器壁温,在燃烧器壁温超过300℃并上升较快时,及时采用降低壁温的措施,包括加大磨煤机入口风量、降低磨煤机出力及等离子功率等。
        在保证点火效率及等离子发生器稳定运行的前提下,适当降低等离子发生器的设定电流,降低点火功率。在等离子点火状态下,如果磨煤机已运行在高负荷下,增加给煤量时,应采用逐步增加的方式,其增加速度一般为2～3 t/ h ,稳定运行1～2 h ,并严密监视燃烧器壁温变化,在壁温变化不大时,方可再次增加给煤量,如燃烧器壁温升高较快,应迅速降低给煤量。实际上，喷燃器已采纳新材料，耐温极限提升，此已不是制约因素
        5、 金属超温
        机组冷态启动时,由于磨煤机基本出力的要求,可能会导致锅炉升温、升压过快,造成汽包壁温差过大、水冷壁受热不均、锅炉整体膨胀不能保证等问题。依据等离子点火装置产品说明书,锅炉启动初期初始燃烧率应小于最大燃烧率的5 % ,炉水升温率不高于1. 5 ℃/ min ,为此,首先需要确定满足冷态启动正常升温、升压速率的燃料量。从运行实际看，在低位发热量4000kcal以下，磨煤机给煤量21t/h左右,磨煤机工作正常,无异常振动,此时,炉水升温率符合要求,投入减温水往往是因为冲洗空冷岛流量引起，由于此时减温水投入条件不具备,水雾化差，局部管段会出现水塞可能，最好通过合理控制燃料量,适当调整燃烧器配风,增加送风量,开大顶部二次风等方法控制炉膛出口烟温,避免出现屏式过热器超温现象。
        6、 等离子断弧
        从应用等离子点火的实际状况看,等离子在拉弧及运行过程中易出现断弧现象,从而造成大量未燃煤粉进入炉膛。断弧的主要原因是作为等离子载体的空气含水、含油及压力波动大,因为杂用压缩空气一般不经油、水分开和干燥,同时由于用气点较多,压力扰动较大。
        7、 阴极使用寿命短
        等离子发生器在应用中存在阴极头使用寿命短的问题,阴极头制定使用寿命为50 h 。依据实际经验,在阴极头累计使用超过30 h 后,应强化监视等离子运行状况,强化阴阳极和线圈的温度监视,以便及时改换阴极头,防止因阴极寿命问题引起突然断弧,造成系统的意外扰动。关于等离子点火装置,启弧时高温区在阴极头上,在等离子拉弧运行过程中,阴极材料会逐渐烧损,因此要保证阴极的寿命就必须很好地冷却阴极头。在此工程中制定了2 台等离子冷却水泵,并互为备用,以保证充分冷却阴极头,同时为防止冷却水管路内部结垢,冷却水采纳除盐水。为了进一步提升阴极的使用寿命,在调试期间,对等离子点火器冷却水压力和空气压力进行了优化调整试验,原制定冷却水压力为0. 4 MPa 、空气压力为10～15kPa ,在施行中将冷却水提升压力0. 5 MPa ,空气压力调整到5～7 kPa 。改善后运行状况说明,阴极耗损速度减小,点火器阴极寿命可以达到80～100 h ,充分保证了等离子燃烧器长时间安全稳定运行。