1000MW超超临界机组等离子点火系统性能分析与改造
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作者: 李刚
摘 要：近年来，随着等离子煤粉点火技术在大型火力电站中的应用，先后出现了一系列的问题，本文主要介绍等离子点火系统在1000MW机组应用过程中存在的主要缺陷及故障原因，并对其进行相应的技术改造，实现了较好的经济效益和社会效益。
关键词：等离子点火系统；超超临界锅炉；性能分析；技术改造
中图分类号：TK227.7 文献标识码：A
一、设备简介
1．设备概况
华能玉环电厂4×1000MW超超临界机组锅炉采用DLZ-200-Ⅲ型等离子煤粉点火燃烧器来实现无油点火，整套系统由等离子体发生器、等离子体燃烧器、整流柜、隔离变压器、载体工质系统、冷却水系统、图像火焰监视系统、冷却风系统、热控系统、等离子体燃烧器壁温监测系统、一次风气流速度测量系统等组成。
2．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。其中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。其拉弧原理为：首先设定输出电流，当阴极3前进同阳极2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。一定压力的空气在电弧的作用下，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。
二、 设备缺陷及故障原因
1．燃尽率低
1.1实际煤种与设计煤种差别较大
原设计等离子燃烧器时，是按照燃用煤种为优质烟煤而设计的，而电厂自2009年以来实际煤种多半为高水分、高灰分、低热值煤种，造成实际煤种与设计煤种差别较大，影响了燃尽率。
图1 . 等离子发生器工作原理图
1.2燃烧器设计不适应现有煤种
原燃烧器是按照优质烟煤来进行设计的，防止燃烧器内部结焦与烧损是当时设计的重点。而电厂2009年以来实际燃用煤种多为褐煤，发热量偏低。燃烧器与现有煤种的不匹配也是造成燃尽率较低的一个原因。
1.3等离子体发生器为第三代发生器，输送弧较长损失能量
玉环电厂等离子发生器是国电烟台龙源公司第三代产品――DLZ-200-Ⅲ，L=800型。等离子体电弧需通过输送弧才能到达燃烧器中心筒，由于输送弧与阳极结合处不是非常严密，使得部分能量在输送弧处损失掉，影响等离子体点火效果。
1.4载体工质为杂用气，影响设备使用
杂用气由于压头大，现场阀门开度不易控制，原配量程为0-25kPa压力表大部分已经损坏，现电厂基本更换为兆帕级表，由于兆帕表误差太大，压力表指针显示为10kPa，但实际可能为20kPa以上，风压太高，弧体质量大大下降，严重影响着火效果。
2．输送弧烧损
2006年DLZ-200-Ⅳ、L=1200型发生器正在研发过程中，没有推广普及，因此玉环电厂使用的是当时相对稳定的DLZ-200-Ⅲ、L=800型等离子体发生器。该发生器等离子体电弧必需通过输送弧才能到达燃烧器中心筒，由于等离子体电弧温度高达7000℃，长时间流过输送弧会烧损甚至烧断输送弧，使等离子体燃烧器的着火点向后移动，煤粉在燃烧器内部燃烧,造成燃烧器结焦及烧损。
3．等离子体使用不稳定
玉环电厂所用载体工质及吹扫风为杂用气，含油含水较多，等离子体发生器在不使用状态下，其中的油水混合物会逐渐积聚在等离子体发生器的阳极支架内和阳极内，在启弧过程中，造成阴极枪体和阳极支架短路，严重情况下可烧损阳极支架；在启弧后，油水混合物会在高温条件下形成厚厚的氧化物，导致阳极导电性能下降，造成断弧或启弧不成功现象。
4．阴、极阳极寿命短
载体工质含油含水多，且输送弧材质为铁，等离子体发生器启弧成功后会产生磁场，磁场作用在输送弧上，会引起阴极头烧偏，大大缩短阴、阳极寿命。
三、技术改造
1．燃烧器改造
燃烧器重新设计并更换：根据目前燃用煤质，将等离子体燃烧器整体更换，燃烧器内增加一级内筒，改造为三级燃烧器，将原煤粉管道弯头重新更换，现场煤粉管道支吊架重新布置、调整。
2．发生器改造
将DLZ-200-Ⅲ、L=800型发生器更换为DLZ-200-Ⅳ、L=1200型发生器。重新铺设电气动力电缆，#2～#4角#6～#7角电磁阀电缆桥架移位，相关信号电缆拆除恢复，等离子点火器载体风压力开关敷设电缆安装接线，新增等离子风机出口安装压力表和变送器。
3．输送弧改造
由于等离子发生器更换为L=1200mm型，长度增加，所产生的等离子体电弧可以直接到达燃烧器中心筒部位，因此取消输送弧设备。
4．载体工质系统及吹扫风系统改造
本工程等离子体发生器采用轴向插入方式，其输送介质用风取自密封风，加装2台2JWT-7A,15KW型吹扫风机，提高洁净干燥的吹扫风，单台发生器的吹扫风量为50Nm3/h,压力大于2.5kPa。并且将吹扫风、载体风管路与密封风管路进行联通，整套风机系统可实现DCS控制，有利于吹扫风、载体风风压控制。
四、改造后效果
1．大大提高燃尽率和煤种适应性
改造后的Ⅳ型等离子体燃烧器突破了以往适应原燃烧器模型的束缚，采用了创新的内燃式燃烧技术，在具有以往等离子燃烧器的基本功能以外，还具有更宽的煤种适应能力和更高的煤粉燃尽率。Ⅳ型燃烧器的煤粉火焰温度更高，燃烧更稳定，火焰形态和温度场优于Ⅲ型燃烧器火焰。
2．提高阴极阳极寿命
采用双级风机提供等离子体载体工质后，风压稳定，有利于调节。改造后的#1、#3炉等离子系统阴极头寿命达到100小时以上，阳极寿命达到500小时，从未出现过断弧现象，与#2、#4炉对照，效果明显。
3．消除输送弧烧断及燃烧器结焦烧毁的隐患
发生器改为DLZ-200-Ⅳ、L=1200型发生器后，由于采用了高速含粉气流吹扫和冷却等技术措施，避免了煤粉的贴壁流动及挂焦，可避免燃烧内部结焦及烧损等安全隐患。
参考文献
[1]国电电力烟台龙源电力技术有限公司.《DLZ-200型等离子燃烧器使用及维护说明书》[Z].
[2]潘润锋. 600MW亚临界燃煤机组等离子点火技术应用[J]. 广东科技，2007年S1期
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