等离子点火系统在600MW超临界直流锅炉上的应用 电力设备 2007年1月.pdf

2007年 1月 第 8卷 第 1期 电 力 设 备 Electrical Equipment Jan12007 Vol . 8 No. 1 等离子点火系统在600MW超临界直流 锅炉上的应用 顾 山,孙 建,刘二雄 (国电常州发电有限公司,江苏省 常州市213033) 摘要:介绍了国电常州发电有限公司等离子煤粉点火燃烧器的系统设计,探索并总结了等离子煤粉点火及稳燃技术在 新建600 MW机组超临界直流锅炉上的应用,介绍了等离子控制系统的控制方式及相关设备的技术要求、 等离子点火辅 助系统设计等内容,总结了等离子点火系统投运后的运行情况。 关键词:等离子点火燃烧器;超临界直流锅炉;系统设计 中图分类号: TK223. 2 0 引言 长期以来,火力发电机组锅炉的启停及低负荷 稳燃需消耗大量的燃料油。新建的火力发电机组在 试运期间要经过锅炉吹管、 整定安全阀、 汽轮机冲 转、 机组并网、 电气试验、 锅炉洗硅运行、 机组带大 负荷运行等许多阶段。在此期间,由于锅炉无法投 运磨煤机或无法完全断油运行,因此要耗费大量的燃 油。根据原电力部颁布的试运导则中的规定, 600MW 机组试运期间燃油消耗的标准定量为8 000 t,其燃料 费用十分可观。 烟台龙源电力技术有限公司开发的等离子煤粉 点火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,对于新建机组,如果在机组试运初期 投入等离子点火系统,将可以大大降低试运期间的燃 油消耗,从而产生巨大的经济效益。国电常州发电有 限公司一期工程2600 MW机组锅炉为超临界压 力、 前后墙对冲低NOx轴向旋流燃烧器、 单炉膛、 一次 中间再热、 型变压本生直流炉。为降低燃油量,采 用了烟台龙源电力技术有限公司开发的等离子煤粉 点火系统。锅炉采用的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、 等离子燃烧器、 电源控制柜、 隔离变压器等组 成,辅助系统由载体空气系统、 冷却水系统、 图像火检 系统、 热控系统、 冷炉制粉系统等组成。 下面对该系统的有关情况作一简要介绍。 1 等离子煤粉点火及稳燃技术的基本原理 1. 1 等离子煤粉点火机理 等离子点火装置利用直流电流在一定介质气压 的条件下接触引弧,并在强磁场控制下获得稳定功率 的定向流动空气等离子体,该等离子体在点火燃烧器 中形成温度大于4 000 K的梯度极大的局部高温火核, 煤粉颗粒通过该等离子体火核时,在1/1 000 s内迅速 释放出挥发物,再造挥发分,并使煤粉颗粒破裂粉碎, 从而迅速燃烧。由于反应是在气固两相流中进行,高 温等离子体使混合物发生了一系列物理化学变化,从 而使煤粉的燃烧速度加快,达到点火并加速煤粉燃烧 的目的,大大减少了促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。 1. 2 等离子发生器的工作原理 等离子发生器为强磁场控制下的空气载体等离 子发生器。它由线圈、 阳极、 阴极组成,见图1,其中 阴极和阳极由高导电率、 高导热率及抗氧化的特殊材 料制成,以承受高温电弧冲击。线圈在高温情况下具 有抗直流高电压击穿的能力。电源采用全波整流并 具有恒流性能,其点火原理为:在一定输出电流条件 下,当阴极前进同阳极接触后,系统处在短路状态,当 阴极缓缓离开阳极时产生电弧,电弧在线圈磁场的作 用下被拉出喷管外部。压缩空气在电弧的作用下,被 电离为高温等离子体,为点燃煤粉创造了良好条件。 1 线圈; 2 阳极; 3 阴极 图1 等离子发生器 等离子点火装置的阴极进退执行机构的控制及 电弧电功率的控制,冷却风、 冷却水的监视均由同一 台计算机控制系统完成。 1. 3 系统及设备布置 国电常州发电有限公司一期工程 (2 600 MW ) 48电 力 设 备第8卷 第1期 中锅炉的燃烧器为前后墙对冲布置,前墙、 后墙各布 置3层,每层5只LNASB型燃烧器,机组配有6台 HP1003型磨煤机,每台磨煤机分别为对应层的5只 燃烧器供给煤粉。 根据机组的上述特点,最终确定的改造方案为: 将锅炉前墙E磨煤机对应的底层5支燃烧器改造为 等离子点火煤粉燃烧器,该燃烧器后端装有等离子点 火器,在锅炉点火启动阶段,点火器产生的等离子电 弧可将通过燃烧器的煤粉直接点燃;在锅炉高负荷运 行阶段,该燃烧器可作为正常主燃烧器使用,不会对 锅炉性能造成影响。这样改造的优点为:现场改造工 作量较小,锅炉及磨煤机在点火过程中的控制方式比 较简单,锅炉启动过程中利用E磨煤机及等离子点火 系统即可完成锅炉启动、 汽轮机冲转、 发电机并网并 带负荷,此时炉膛温度已达到较高水平,可以仅投入 较少的点火用燃油即可启动其他磨煤机继续升负荷, 使机组达到较好的节油效果。 11311 机务部分的设备 (1)等离子点火器5台; (2)等离子燃烧器5台; (3) AC 380V、15 k W高压离心载体风机2台; (4) AC 380V、15 k W离心式冷却水泵2台; (5)蒸汽加热器(暖风器 ) 1 套; (6)电动调节门6台; (7)电动隔绝门6台; (8)手动门3个。 1. 3. 2 电气部分的设备 (1) AC 380V、160 kVA隔离变压器5台; (2)整流柜5个; (3)切换柜2个。 1. 3. 3 热工部分的设备 (1) DCS控制柜5个; (2)图像火检5套; (3)风速测量装置5套; (4)风速测量变送器及阀门柜1套; (5)压力开关1台,变送器2台; (6)壁温监测系统10套; (7)就地温度表和压力表各1个。 1. 4 等离子点火煤粉燃烧器的结构 根据国电常州发电有限公司1号机组锅炉 LNASB型燃烧器的结构特点,确定了等离子点火燃 烧器的改造方案,其结构如图2所示。 由于原燃烧器的配风分为一次风、 二次风,一次 风为旋流设计,且其内部设计有中心风管,风管内装 有油枪和高能点火器,为了最大限度地保证原燃烧器 的设计性能,拆除原燃烧器的中心风管及其内部的油 枪,将其替换为可实现分级点火的等离子点火燃烧 器,在原一次风管上加装分叉管,引出部分煤粉为等 图2 等离子燃烧器结构图 离子燃烧器供粉。 在锅炉点火启动阶段,一次风分叉管上的插板门 打开,原一次风管内的部分煤粉通过分叉管被引至等 离子点火燃烧器,在这里,煤粉被等离子电弧点燃并 喷入炉膛;一次风管内剩余的煤粉继续沿一次风管进 入原燃烧器的一次风室,并向前喷入炉膛后被等离子 燃烧器所产生的煤粉火焰点燃。 在锅炉高负荷运行阶段,一次风分叉管上的插板 门关闭,所有煤粉仍按原设计路径进入燃烧器的一次 风室,燃烧器完全按原设计方式运行。 等离子点火燃烧器的外形尺寸完全按照原燃烧 器的中心风管设计,现场改造时只需将中心风管从燃 烧器后端抽出,将等离子燃烧器插入即可,安装工作 量很小。由于未对原燃烧器的一次风、 二次风部分做 任何改造,所以燃烧器在正常运行时性能与原设计完 全相同,不会对锅炉性能造成任何不良影响。改造后 前墙底层燃烧器与原设计唯一不同的是其中心油枪 将被拆除,其点火及助燃的功能将由等离子点火器 替代。 等离子点火燃烧器的一级、 二级中心筒均利用其 外层的冷一次风进行冷却,以保证燃烧器的安全运 行。燃烧器本体的材质选用耐热钢,可耐受1 000 以上的高温,在其局部关键部位安装有热电偶,供运行 人员监视燃烧器的运行情况,防止燃烧器超温、 结焦。 1. 5 磨煤机冷炉制粉方案 采用直吹式制粉系统的锅炉在安装等离子点火 系统时所要解决的首要问题就是煤粉的来源问题。 本方案采用本炉制粉,其系统简单、 运行方便,关键是 解决制粉用热风的来源问题。根据国电常州发电有 限公司1号机组的实际情况,本设计中采用在E磨煤 机入口热一次风管道水平段加装蒸汽加热器的方 案。蒸汽加热器的汽源取自厂用高压辅助蒸汽,加热 器设计的进口空气温度为30,出口可加热至 160170,可保证锅炉冷态启动时,磨煤机入口风 温满足磨煤机干燥出力的要求。 1. 6 电气系统 (1)等离子点火系统电气一次系统的选取原则 新成果与技术应用顾 山等:等离子点火系统在600 MW超临界直流锅炉上的应用49 如下: 等离子电源应取自无电动给水泵等大型设备 的电源段; 隔离变压器和整流柜应远离其他大气和 热工控制柜。 (2)等离子点火系统电气一次系统的选取。等 离子电源从400 V母线段取,分别从1号机380 V锅 炉PC1A、1B、2A、2B段上选取。 1. 7 等离子点火控制系统 1. 7. 1 等离子点火控制系统 (1)冷却水。点火器附近的冷却水管路上设有 压力变送器及手动阀门,在等离子发生器前后压差大 于0. 2 MPa,最大压力不超过0. 75 MPa,作为等离子 点火器操作条件,以保证等离子点火器的安全。 (2)等离子载体风机。高压头离心风机提供的 高压风作为等离子点火器的载体,对等离子稳定运行 很重要,为此在等离子点火器附近的仪表管路设有压 力变送器以及手动阀门。 (3)等离子点火器的控制。等离子点火器的控 制主要是对阴极的控制。通过对阴极的调整,进行电 压的调节,阴极通过整流柜对其控制。 (4)保护逻辑。炉膛安全监控系统(FSSS)逻辑 不作根本性修改,锅炉运行时,燃烧器的火焰保护仍 采用FSSS,燃烧器火焰“ 有/无 ” 的判据等均由FSSS 给出,并在判断灭火时跳闸相应的磨煤机。仅对原有 FSSS逻辑进行以下修改: 1) FSSS仅对等离子燃烧器对应磨煤机启动条件 加入置工作方式的逻辑模块,逻辑置“ 等离子模式 ” 时,等离子发生器工作,由等离子燃烧器保持燃烧稳 定,以便满足不投油枪启动磨煤机的条件,此状态为 燃烧器的“ 等离子模式 ”;逻辑置“ 正常模式 ” 时,等离 子发生器停用,等离子燃烧器作为主燃烧器使用,此 状态为燃烧器的“ 正常模式 ” 。 2) 在主控室光字牌上增加1路“ 等离子点火装 置故障 ” 报警信号。 3) “ 等离子模式 ” 运行时,有1个等离子点火装 置出现故障,自动投入相对应的油枪,有2个等离子 点火装置同时出现故障,由FSSS跳闸相应的磨 煤机。 4) 锅炉MFT时,由FSSS送接点信号给等离子控 制系统,所有等离子点火器跳闸,并禁启。 5) 在等离子点火模式下,磨煤机启动3 min,如 果检测不到火焰,就认为此层无火,跳相应磨煤机。 1. 7. 2 操作控制方式 等离子控制系统由公用DCS、1号炉DCS、2号炉 DCS组成。等离子控制信号由操作台CRT的操作画 面通过硬接线方式分别送至1、2号炉DCS,由DCS等 离子点火系统将信号送至现场执行机构进行操作。 1. 7. 3 热工设备技术要求 (1)等离子火检探头(摄像机)及探头电源箱 (包括箱内的部件)电源从机组工业电视系统提供2 路220VAC电源至锅炉E层探头电源箱,内部布置两 块冗余的电源模块(不采用2个电源模块组装在一起 的方式 ) , 每个电源模块内应配置电源高选装置,保证 任何时候只要1个电源模块工作就有输出电源。 (2)等离子点火器仪表组件上的风压与水压测 量不采用逻辑开关,对于需要测量风压和水压的采用 压力变送器,风压与水压的信号送机组DCS后经逻 辑判断,由DCS送一路开关信号至现场控制相应的 设备。 (3) 5只图像火检系统进入大屏幕显示。 2 等离子点火系统的辅助系统设计 2. 1 辅助系统设计的内容 辅助系统包括4部分:载体冷却风系统、 冷却水 系统、 图像火检监测系统、 一次风风速测量在线监测 系统。 2. 2 载体风和火检冷却风系统 等离子发生器采用稳压、 洁净、 干燥的空气作为 等离子载体,本方案采用杂用压缩空气为等离子发生 器提供载体风。现场设2台离心风机提供火检用冷 却风, 2台风机1备1用。在火检冷却风和载体风管 道之间设有联络门,可以相互备用。在等离子点火器 停止工作以后,风机继续工作,为等离子点火器提供 冷却风。 2. 3 冷却水系统 为保护等离子装置本身,需用水冷却阴、 阳极和 线圈。单个燃烧器用水量为8 t/h,其中线圈用水采 用无压回水(出口为大气压 ) ; 出入口压差不小于 0. 2 MPa。冷却水采用闭式冷却水,经母管分别送至 就地点火发生器内,再分三路分别送入线圈和阴、 阳 极,就地安装压力表、 压力开关和手动阀,压力满足信 号送回主控DCS。 2. 4 一次风在线监测系统 每台等离子燃烧器对应的煤粉管道上采用免维 护风速测量装置,在点火和稳燃中监测一次风速和煤 粉浓度。 2. 5 图像火检系统 为了在投运等离子点火和稳燃系统时监视等离 子燃烧器喷口火焰,在每台等离子燃烧器喷口处安装 1只火检探头,通过视频电缆和视频通道卡等组成图 像火检系统。可在主控室DCS画面上和主控室大屏 幕上监视等离子燃烧器是否着火和煤粉着火情况。 火检冷却风由冷却风系统提供。 3 结论 (1)从国电常州发电有限公司1号炉的运行情 50电 力 设 备第8卷 第1期 况看,在配置正压直吹式制粉系统的燃烟煤锅炉上可 实现等离子点火燃烧器冷态点火起动,与同类型锅炉 对比,点火即可投粉,可基本实现无油点火,早投电除 尘器,并能满足锅炉升温升压的要求。国电常州发电 有限公司从冲管到168 h整套启动结束仅用轻柴油 180 t左右,而一般不装等离子煤粉点火燃烧器的 600 MW机组锅炉调试时用油在6 000 t左右。 (2)在低负荷工况下使用等离子点火技术稳燃, 完全可以实现无油稳燃,机组的经济效益和环保效益 明显提高。同时,在等离子燃烧器投用以来,未出现 锅炉尾部二次燃烧、 烟温升高及燃烧不稳产生灭火等 现象。停炉期间检查等离子燃烧器,燃烧室没有结渣 现象,锅炉的安全性、 稳定性得到了保证。 (3)在E磨煤机入口的一次风道上加装蒸汽暖 风器后,可以实现冷态无油点火。 (4)等离子点火燃烧技术对于调峰大机组尤为 适用,可大大减少昂贵的燃油和运行成本。 收稿日期: 2006 - 09 - 05 作者简介: 顾 山(1973 - ) ,男,硕士,工程师,主要从事电厂锅炉的 工程管理和锅炉检修管理工作; 孙 建(1971 - ) ,男,高级工程师,主要从事电厂工程和 设备管理工作; 刘二雄(1966 - ) ,男,高级工程师,主要从事电厂热控设 备的工程管理和锅炉检修管理工作。 (责任编辑 宋红梅) App lication of Plasm a Pulverized - Coal Igniting System on 600 MW Supercritical P ressure O nce - Through Bo iler GU shan, SUN Jian,L I U Er - xiong (Guodian Changzhou Electric Power Co. Ltd. changzhon 213033, China) Abstract: This paper introduces the system design of Plas ma pulverized - coal igniters in Guodian Changzhou Electric Power Co. Ltd. , explores and summarizes the application of plasma pulverized - coal igniting and steady combustion technology on newly built 600MW supercritical pressure once - through boiler, and briefs the control method of plasma burner control system, technical requirements of related equipment and design of auxiliary system. The operation situation of plas ma pulverized - coal igniting system is also described. Keywords: plas ma pulverized - coal igniter; supercritical pressure once - through boiler; system design 综合信息 我国制造的变电站巡检机器人达国际先进水平 近日,山东电力研究院与天津市电力高压供电公 司签署了 变电站设备巡检机器人技术协议 和购销 合同,变电站设备巡检机器人由此实现了省外市场化 销售。 据悉,这是山东省在省外市场化销售的第一台移 动机器人,这也是继在长清变电站之后投入电网使用 的第二台机器人。 变电站设备巡检机器人是山东电力研究院承担 的国家“863” 计划项目,它可以携带红外热像仪、 可见 光CCD等有关的电站设备检测装置,以自主和遥控 的方式,代替人对室外高压设备进行巡测,以便及时 发现电力设备的内部热缺陷、 外部机械或电气问 题,给运行人员提供诊断电力设备运行中的事故 隐患和故障先兆的有关数据,并具有对设备热缺 陷 、 移动物体闯入等异常情况的自动判断和报警 功能。目前,该项目总体技术水平已达到国际先进 水平。 2005年10月21日,山东电力超高压公司在长清 变电站使用设备巡检机器人后,认为巡检机器人代替 人完成变电站高压变电设备的所有巡检作业,能及时 发现电力设备的热缺陷等设备异常现象,比专业巡检 人员作业效果更稳定。这也是世界上首次把智能移 动机器人应用于变电站设备巡检。较之长清站用设 备巡检机器人,天津电网订制的机器人性能、 可靠度、 技术指标都有了进一步的提升,并增加了安防、 表计 读取和双向语音功能。据山东电力集团公司负责人 介绍,国家电网公司计划将山东制造的变电站设备巡 检机器人在全国范围内推广。 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载