大功率等离子点燃高水分低热值褐煤的应用研究.pdf

第5期大功率等离子点燃高水分低热值褐煤的应用研究卫翔1，孟宪春1，田亚钊1，卫大为2（1.国家能源集团胜利发电厂，内蒙古 锡林浩特026000；2.西安热工研究院有限公司，陕西 西安710054）摘要：基于胜利煤田高水分低热值褐煤特性，从搭建1 1尺寸热态试验台验证大功率等离子点火技术点燃该煤种的可行性入手，通过冷态调平试验、逻辑优化、制粉系统启停参数优化、燃烧调整等，探索了能够可靠点燃胜利煤田高水分低热值褐煤的等离子启弧功率（最低电压、最低电流）、一次风温、一次风速、煤粉质量浓度等技术参数，研究了大功率等离子点火技术在国家能源集团胜利发电厂（以下简称国能胜利电厂）的现场调试及生产应用情况，分析了等离子发生器电流、一次风温、一次风速、煤质变化对其点火性能和燃烧稳定性的影响。结果表明：通过调整等离子电流、一次风温和风速，能够实现大功率等离子点火技术对胜利煤田高水分低热值褐煤的点燃和稳燃，实现了无油点火、无油稳燃在660 MW超超临界机组的应用。关键词：超超临界；等离子；高水分低热值褐煤；锅炉点火；无油点火；节能降耗中图分类号：TM621文献标识码：B文章编号：2096-7691（2023）05-045-05基金项目：国家能源集团中华神华能源股份有限责任公司科技创新项目（SHGF-18-69）作者简介：卫翔（1988），男，现任职于国家能源集团胜利发电厂，主要从事火电厂生产运行管理及节能技术研究工作。Tel：[phone]，E-mail：引用格式：卫翔，孟宪春，田亚钊，等.大功率等离子点燃高水分低热值褐煤的应用研究 J.能源科技，2023，21（5）：45-49.0引言近几年，在燃煤机组节能降耗、深度调峰的大趋势下，越来越多的燃煤机组选择使用等离子点火煤粉燃烧器取代小油枪作为锅炉点火、低负荷稳燃的主要措施，以达到节油、降耗、环保的预期目的，进一步助推了等离子点火技术的飞速发展1-3。张成锐等4通过搭建1 1尺寸试验台的方式对新型偏置浓缩等离子体燃烧器的点火性能进行了研究。殷立宝等5对国华台山电厂等离子无油点火技术应用中存在的问题进行了分析，提出一次风速和浓度对等离子燃烧器壁温的影响。但等离子点火技术尚无在高水分低热值（全水分Mt36%、收到基低位发热量Qnet，ar36%、收到基低位发热量Qnet，ar一次风氧量一次风速煤粉质量分数发生器功率。试验表明：（1）一次风速大小对等离子点火的影响最为明显。当一次风速控制在16.0 m/s时，点火情况较好，煤粉浓度在 0.10 kg/kg时的燃烧器喷口平均温度可达250 350，煤粉浓度在0.15 kg/kg时可达600 650。将一次风速提高至17.5 m/s时，点火情况明显恶化，即使此时煤粉浓度控制在0.15 kg/kg，燃烧器喷口平均温度也仅能达到250。推荐点火期间一次风速控制在16 m/s，对应磨煤机最低一次风量98 t/h。（2）煤粉浓度对等离子点火的影响较大。将粉管一次风速控制在16.0 m/s，煤粉浓度为0.08 kg/kg时，燃烧器喷口平均温度达到 250；当煤粉浓度为0.17 kg/kg（对应的给粉机出力为4.8 t/h，磨煤机出力为 24.0 t/h）时，燃烧器喷口平均温度达到 600 650，可达到较为理想的点火效果。（3）随着等离子功率的增加，燃烧器喷口中心平均温度总体呈上升趋势，等离子功率对点火的影响较大。等离子功率低于250 kW时，燃烧器喷口中心温度较低，着火情况较差；当等离子功率从250 kW增加至280 kW时，燃烧器喷口中心温度大幅增加，着火情况改善明显。试验结果表明，控制等离子发生器功率250 kW280 kW、磨煤机总风量98 t/h110 t/h、粉管一次风速1618 m/s、煤粉浓度 0.12 kg/kg、磨煤机出口一次风温50，大功率等离子点火技术能够有效点燃原煤全水分为36.1%、煤粉细度R90为30%的高水分低热值褐煤，并能形成连续性火焰。4应用情况及经验总结国能胜利电厂2 台660 MW超超临界锅炉配置该47第5期等离子无油点火技术，经过1 年多的实践检验，探索并总结出了煤量、风温、风速及控制逻辑优化等经验。4.1控制逻辑优化为满足制粉系统等离子方式的可靠运行，在原机组 DCS 中 A、C 制粉系统的点火逻辑中，增设等离子模式、正常模式及切换按钮。等离子模式逻辑要求：（1）磨煤机点火允许。等离子模式和正常模式点火允许条件中除一次风量、一次风机已运行等共性逻辑外，其区别在于：切至等离子模式下，该制粉系统点火能量满足；正常模式下，需机组功率40%Pn（264 MW），该层点火能量满足。（2）判定无火条件不同。等离子模式下任意两个角断弧，触发跳磨；正常模式下任意三个角断弧，触发跳磨。（3）RB动作后，联锁投入A/C层等离子燃烧器，锅炉稳燃。（4）MFT动作后，联锁跳所有等离子点火器。4.2点火初期控制策略经过多次现场点火试验，探索出风道燃烧器及等离子体在点火初期的控制参数，见表5。点火初期燃烧及火检波动较大时，可以适当提高等离子体发生器电流，防止点火初期燃烧不稳出现爆燃情况。表5等离子装置点火控制参数名称油枪数量/支油压/MPa助燃风压力/kPa压缩空气压力/kPa油枪出力/（kgh-1）等离子发生器电流/A等离子发生器功率/kW磨煤机通风量/（th-1）磨煤机出口温度/等离子体燃烧器壁温/范围值140.81.6230.51202403004502201301404045550点火初期参数231.01.12.30.6150330315110120454504.3现场运行情况分析7月30日至8月22日，1 号锅炉完成等离子装置电源、等离子冷却水泵、火检冷却风机的单体试验及相关保护传动。8月22日，对1 号锅炉A层、C层8 个角等离子进行就地DCS拉弧试验，各等离子发生器起弧成功，运行稳定。8月23日，再次对1 号锅炉A层等离子拉弧，各等离子发生器起弧正常，随后投运制粉系统，约3 min后点燃煤粉情况良好，运行稳定。选取A2等离子角作为研究对象，对其几次点火等离子系统设备参数情况分析，见表6。卫翔等：大功率等离子点燃高水分低热值褐煤的应用研究点火时间8月23日21：408月24日01：078月24日18：468月31日02：599月1日14：499月1日21：52整流柜输出电流/A395.13437.56395.10409.56366395260.9255.08269.01整流柜输出电压/V660.17639.84660708723.65709一次风速/（ms-1）16.721.722.518.520.225.327.925.7一次风煤粉浓度/%212424.820.724.721.722.222.4燃烧器前端壁温/52759490.5118.5180.83266.66182燃烧器中心筒壁温/7935331965340.7533.83502576表6A2角等离子体点火参数4.4运行经验及注意事项（1）等离子燃烧器结焦。等离子体发生器电流对于等离子体燃烧器壁温影响较大。运行证明，需严格控制等离子燃烧器壁温450，防止超温烧损燃烧器筒体。锅炉点火稳定后，为避免燃烧器结焦，将等离子体发生器电流降低到350 A以下。（2）等离子断弧的处理。点火前期，风道油枪加热系统，在热风温度提高后逐渐退出油枪数量，管式空气预热器出口热风温度大于160 后，只投运1 支油枪；管式空气预热器出口热风温度大于200 后，油枪全部退出。（3）燃烧器壁温控制措施。壁温超温后可通过提高磨煤机一次风量、降低等离子体发生器电流等措施降低燃烧器壁温，防止燃烧器结焦烧损。从现场运行情况来看，燃用2 800 cal/g以上褐煤时，等离子体燃烧器壁温上升较快（8/min10/min），须尽快将磨煤机风量提高至130 t/h以上，等离子体发生器电流降低到300 A以下。（4）磨煤机出口温度对点火的影响。启动初期，提高磨煤机出口混合物温度（50 以上），对初期点火稳燃及燃尽率影响较大，有助于等离子体燃烧器壁温控制。若第一台磨煤机启动前预热不充分（磨煤机出48第5期口温度36%、收到基低位发热量Qnet，ar2 800 cal/g）胜利煤田褐煤的现场点火应用，使得电除尘投运时间可提前 10 h，年节省燃油160 t，经济及环保效益凸显，达到了创建“草原风情、民族特色、生态文明示范电站”的设计预期。参考文献：1IBRAHIMOGLU B，YILMAZOGLU Z M，CUCEN A.Numerical modeling of repowering of a thermal power plant boiler using plasma combustion systems J.Energy，2016，103：38-48.2龚泽儒，王晓娜，吕俊复，等.等离子体煤气化技术研究进展 J.洁净煤技术，2019，25（1）：35-40.3何立明，刘兴建，赵兵兵，等.等离子体强化燃烧的目前研究进展J.航空动力学报，2016，31（7）：1537-1551.4张一坤，王晓娜，邹鹏，等.高水分低热值褐煤等离子体点火技术工程应用研究 J.能源科技，2022，20（6）：50-53，85.5张成锐，邹鹏，牛涛，等.高水分低热值褐煤等离子体点火试验研究 J.热力发电，2020，49（12）：71-77.6殷立宝，崔振东，余岳溪，等.等离子无油点火技术应用中存在的问题及应对措施 J.热力发电，2007（1）：65-66，69.7刘斌杰，马玉海，吴磊，等.国华黄骅发电厂2028t/h锅炉无油点火起停的应用 J.热力发电，2007（8）：48-51.8李力，宋大勇，梁明文.等离子燃烧技术在燃用高水分褐煤机组中的应用 J.东北电力技术，2008（10）：19-21.9王志浩，赵星海，辛国华，等.富氧气氛下煤粉锅炉等离子冷风直接点火特性的数值模拟 J.热力发电，2013，42（11）：69-75.10连国栋.300MW火力发电厂大功率等离子点火技术应用 J.科学技术创新，2019（14）：171-172.11张海，邱旺成.大功率等离子点火装置点燃混合煤应用分析 J.华电技术，2018，40（2）：48-49，79.12崔育奎.等离子点火在中储式贫煤锅炉上的应用 J.锅炉技术，2015，46（1）：57-60.13张孝勇，纪少华，邓炜，等.一次风速度和煤粉浓度对等离子燃烧器一级燃烧筒点火特性的试验研究 J.锅炉技术，2010，41（4）：41-46，50.Study on the Application of high-power Plasma to Ignite lignite withHigh Moisture and Low Calorific ValueWEI Xiang1,MENG Xianchun1,TIAN Yazhao1,WEI Dawei2(1.CHN Energy Shengli Power Plant,Xilinhot,Inner Mongolia 026000;2.Xian Thermal Power Research Institute Co.,Ltd.,Xian,Shaanxi 710054)Abstract：Based on the characteristics of high moisture and low calorific value lignite in Shengli coal field,startingfrom establishing a 1 1 scale hot state test bench to verify the feasibility of high-power plasma ignition technologyto ignite this coal type,through cold leveling tests,logic optimization,pulverized coal system start-stop parameteroptimization,combustion adjustment,etc.,the technical parameters such as plasma arc ignition power(minimumvoltage,minimum current),primary air temperature,primary air speed,pulverized coal mass concentration,etc.thatcan reliably ignite Shengli coal field high moisture and low calorific value lignite were explored.The researchinvestigated the field commissioning and production application of high-power plasma ignition technology in CHNEnergy Shengli Power Plant(hereinafter referred to as Shengli Power Plant),and analyzed the impact of plasmagenerator current,primary air temperature,primary air speed,and coal quality changes on its ignition performanceand combustion stability.The results show that by adjusting the plasma current,primary air temperature,and airspeed,the high-power plasma ignition technology can achieve ignition and stable combustion of high-moisture low-calorific value lignite in the Shengli coal field,realizing the application of 660 MW ultra-supercritical units withoutoil ignition and stable combustion.Key Words：Ultra Supercritical;Plasma;High Moisture and Low Calorific Value Lignite;Boiler Ignition;Oil-freeIgnition;Energy Conservation and Consumption Reduction（收稿日期：2022-09-10 责任编辑：马小军）49