等离子点火系统应用维护手册Word文档格式.docx
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1）经济：
采用等离子点火运行和技术维护费仅是使用重油点火时费用的15%～20%，对于新建电厂，可以节约上千万的初投资和试运行费用；
2）环保：
由于点火时不燃用油品，电除尘装置可以在点火初期投入，因此，减少了点火初期排放大量烟尘对环境的污染；
另外，电厂采用单一燃料后，减少了油品的运输和储存环节，亦改善了电厂的环境；
3）高效：
等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2－、H2－、OH－、O－、H＋）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧；
4）简单：
电厂可以单一燃料运行，简化了系统，简化了运行方式；
5）安全：
取消炉前燃油系统，也自然避免了经常由于燃油系统造成的各种事故。
第二章
等离子点火系统主要构成部分
等离子煤粉点火系统由等离子点火设备及其辅助系统组成；
其中等离子点火设备由：
1、等离子发生器
2、
等离子燃烧器
辅助系统由：
1、压缩空气系统、
2、冷却水系统、
3、供配电及电源控制系统（含数字控制电源模块、隔离变压器、电抗器等）
4、图像火检系统、
5、一次风速在线检测系统、
6、热控系统、
7、冷炉制粉系统等组成。
如下图1所示：
图1等离子点火系统基本构成图
第三章等离子点火系统主要设备原理介绍
3.1等离子发生器工作原理
利用直流电（500A）将以压缩空气为介质的气体（气压0.04-0.06Mpa）的电离后，产生功率稳定切可调、定项流动的直流空气等离子弧，该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T＞5000K的梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在10-3秒内迅速释放出挥发物，并使煤粉颗粒破裂粉碎，从而迅速燃烧。
由于反应是在气相中进行，使混合物组分的粒级发生了变化。
因而使煤粉的燃烧速度加快，也有助于加速煤粉的燃烧，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量E（E等=1/6E油）
等离子体内含有大量化学活性的粒子，如原子（C、H、O）、原子团（OH、H2、O2）、离子（O2－、H2－、OH－、O－、H＋）和电子等，可加速热化学转换，促进燃料完全燃烧，除此之外，等离子体对于煤粉的作用，可比通常情况下提高20%～80%的挥发份，即等离子体有再造挥发份的效应，这对于点燃低挥发份煤粉强化燃烧有特别的意义。
图2.1等离子发生器工作原理图
本发生器使用空气作为载体来产生高等离子电弧，它由阴极、阳极、冷却水腔和压缩空气腔等组成。
其中阴极材料采用高导电率的特殊航天金属材料制成。
阳极由高导电率、高导热率及抗氧化的特殊金属材料制成，它们均采用水冷方式，以承受电弧高温冲击。
电源采用全波整流并具有恒流性能。
其拉弧原理为：
在阴阳极之间加500V直流电，再通过高压点火电路产生瞬时高压，电离阴阳极之间的压缩空气，产生等离子体；
被电离的高温等离子体电弧在压缩空气作用下喷出。
形成T＞5000K的高温火核。
3.2等离子燃烧器
3.2.1点火原理
等离子燃烧器是借助等离子发生器的电弧来点燃煤粉的煤粉燃烧器，与以往的煤粉燃烧器相比，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，属内燃型燃烧器，可在炉膛内无火焰状态下直接点燃煤粉，从而实现锅炉的启动和低负荷稳燃。
3.2.2等离子燃烧器设计原理
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、气流速度处于一个十分有利于点火的工况条件，从而完成一个持续稳定的点火、燃烧过程。
实验证明运用这一原理及设计方法使单个燃烧器的出力可以从2T/H扩达到10T/H。
在建立一级点火燃烧过程中我们采用了将经过浓缩的煤粉垂直送入等离子火炬中心区，10000℃的高温等离子体同浓煤粉的汇合及所伴随的物理化学过程使煤粉原挥发份的含量提高了80%，其点火延迟时间不大于1秒。
Ⅳ
Ⅰ
等离子发生器
图3.1等离子燃烧器设计原理图
燃烧器的性能决定了整个燃烧器运行的成败，在设计上该燃烧器出力约为3t～9t/h，其喷口温度不低于1200℃。
另外我们加设了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。
该区称为第一区。
第二区为混合燃烧区，在该区内一般采用“浓点浓”的原则，环形浓淡燃烧器的应用将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。
如果在特大流量条件还可采用多级点火。
第三区为强化燃烧区，在一、二区内挥发分基本燃尽，为提高疏松炭的燃尽率采用提前补氧强化燃烧措施，提前补氧的原因在于提高该区的热焓进而提高喷管的初速达到加大火焰长度提高燃尽度的目的，所采用的气膜冷却技术亦达到了避免结焦的目的。
第四区为燃尽区，疏松碳的燃尽率，决定于火焰的长度。
随烟气的温升燃尽率逐渐加大。
如图3.1所示。
为了扩大燃烧器对一次风速的适应范围，等离子燃烧器的最后一级煤粉燃烧区不在燃烧室内燃烧而直接进入炉膛，因为煤粉燃烧后的热量使得空气体积迅速膨胀，受燃烧器内空间的限制，燃烧室内的风速会成倍提高，造成火焰扩散的速度小于煤粉的传播速度而使燃烧不稳，当采取前面所述措施后，有利于减小燃烧室内的风速，使燃烧稳定。
实际的运行实践证明：
采用最后一级煤粉进入炉膛内燃烧的结构，燃烧的稳定度大大提高，对风速的要求降低了30%，煤粉的然尽度也大大提高。
3.2.3等离子燃烧器设计方案
根据锅炉的实际情况，考虑锅炉等离子煤粉点火过程中炉膛出口烟温的控制，磨煤机入口冷炉制粉蒸汽加热器的布置、燃烧器内部一次风改造量少等因素，设计将锅炉下层4台煤粉燃烧器改造为兼有等离子点火功能的等离子点火燃烧器。
等离子点火煤粉燃烧器的各项外形尺寸完全按照锅炉原有的煤粉燃烧器接口尺寸设计，将原煤粉燃烧器从后部拉出后，可将等离子点火煤粉燃烧器直接推进就位，燃烧器前端与锅炉水冷壁平齐，后端与一次风管道弯头通过法兰连接。
燃烧器侧面装有等离子发生器，内部由一级燃烧室、二级燃烧室等部分组成。
浓淡分离装置：
燃烧器入口管段加装浓淡分离装置，使一次风分成浓淡两股气流，浓相进一级室，淡相进二级室。
一级燃烧室：
引入浓缩后的含粉气流，等离子电弧与煤粉在此发生强烈的电化学反应，煤粉裂解，产生大量挥发分并被点燃；
二级燃烧室：
挥发分及煤粉继续燃烧，并将后续引入的煤粉点燃，实现分级燃烧；
设燃烧器壁温监视测点，便于随时对壁温进行调整，既有利于点火又可防止燃烧器被烧坏。
等离子点火燃烧器的一级、二级燃烧室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1050℃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。
等离子点火燃烧器的主要性能参数如下表
序号
项目
单位
数值
备注
供粉量
t/h
4～12
实验实测值
煤粉浓度
kg/kg
0.2～0.6
计算值
一次风温
℃
-5/230
冷、热态
一次风速
m/s
16～25
二次风温
-5/340
喷口流速
55～65
估算
喷燃器壁温度
≤800
实测值
如图3.2所示，为电厂实际使用的燃烧器示意图，
煤粉的浓度影响煤粉的着火温度，在点火区适当提高煤粉浓度有利于点火。
等离子燃烧器内通过采用撞击式径向浓缩环获得点火区的相对较高浓度。
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（如图3.1所示），避免了火焰和壁面的直接接触，同时也避免了煤粉的贴壁流动及挂焦。
为了减小燃烧器的尺寸，也可采取用一次风直接冷却的办法但须在燃烧器壁面上增加壁温测点（如图3.2所示），以防止燃烧器因超温而被烧蚀。
对温度的测量采用K分度凯装热电偶，热电偶的外径4mm，具有很好的挠性，可直接从伸到炉外热电偶导管插入到测点，再用螺母固定到导管上，具有良好的可更换性。
热电偶的测温范围为0～800℃,燃烧器的长期壁温应控制在600℃以内，如果超温，可采取提高一次风速和降低一次风浓度的手段进行降温。
等离子燃烧器的高温部分采用高耐热钢，其余和煤粉接触部位采用高耐磨钢。
和现场管路连接时须正确选用焊条型号。
等离子点火燃烧器即作为点火燃烧器又作为主燃烧器使用，这种等离子燃烧器具点火和助燃的功能，在锅炉正常运行时又可作为主燃烧器投入。
等离子燃烧器和一次风管路的连接方式做成和原燃烧器相同，改造工作量小。
图3.2等离子燃烧器实图
3.2.4等离子电气及控制系统
等离子发生器电源系统是用来产生维持等离子电弧稳定的直流电源装置。
其基本原理是通过等离子电源柜内的英国欧陆三相全桥可控硅晶闸管整流功率组件及直流控制器将三相交流电源变为稳定的直流电源。
直流控制器为590+全数字控制整流装置。
系统主要由4台隔离变压器、4台电抗器、电源柜、4台就地接线盒、4台点火柜等五部分组成。
3.2.2.1隔离变压器
3.5隔离变压器外形图
等离子电源系统用隔离变压器参数：
项目
单位
1
隔离变压器
变压器型式
干式隔离变压器
冷却方式
AF
绝缘耐热等级
F
联结组标号
Dy0-11
额定电流（一次侧）
29
A
额定电压（一次侧）
6000
V
额定电流（二次侧）
460
额定电压（二次侧）
380
额定频率
50
Hz
重量
1200
kg
外型尺寸
1450（宽）×
800（深）×
1600（高）mm
隔离变压器的主要作用是变压、隔离。
一次绕阻接成三角形，使3次谐波能够通过，减少高次谐波的影响；
二次绕组接成星型。
3.2.2.2电源柜
电源柜选用上海自动化公司生产的BLAZE-1型电源柜，柜体外形尺寸及安装尺寸如下图所视：
3.6电源柜外形图
电源柜为前后开门结构。
前门上方安装有两块表从左到右分别为系统直流输出电压表、系统直流输出电流表，下方为通风孔。
电源柜技术参数如下：
额定输入电压
（1）：
3AC380（+15%/-20%）
额定输入电流：
500A
额定频率：
45-65HZ
额定直流输出电压：
500V
额定直流输出电流：
过载能力：
130%
额定输出功率：
200KW
额定直流电流下的功耗：
1328W
安装海拔高度：
额定直流电流下≦1000M（3）
环境等级（DINIEC721-3-3）：
3K3
防护等级（DIN40050IEC144）：
IP00
电源柜正面视图如图3.6所示。
其中主要部件为：
1）冷却风机:
用来冷却柜内控制元件。
2）熔断器：
电流过载保护。
3）电源开关：
电源柜控制电源。
4）端子排：
电源柜与外部设备的接口。
5）直流模块590+。
6）控制变压器：
将柜内交流380V电源转变成交流220V电源供控制回路使用。
图十一电源柜原理图
3.9电源柜端子接线图
3.2.2.2.3直流电抗器
直流平波电抗器，由于烈火-I型等离子发生器是高压电离引弧，因此在启动阶段电源要工作在大电流（350～400A）的短路状态，这对直流模块是极其不利的。
同时，由于等离子发生器在引弧瞬间会产生强烈的冲击负荷，即使是在正常工作情况下，由于电弧在阴极和阳极之间旋转产生电压跳变，也要求电源要有极强的恒流能力。
这就要求平波电抗器要有足够的感抗。
从平波的角度讲当然是电感量越大越好，但是一味的增加电感抗，不仅会增加设备的成本，同时由于其尺寸过于庞大而不利于设备的推广使用。
因此，在电抗容量设计上，通过大量实验工作最后定为510A，3mH的电抗器，其平波效果较为理想。
3.2.2.2.4控制PLC
选用S7-300CPU315-2DP可编程控制器来对直流电源和水气就地柜进行控制，实现等离子点火器的自动点火。
具体方案如下：
·
使用PROFIBUS总线通过CP315-2DP上的DP通讯口与590+的通讯模块之间进行数据交换，以完成对主电路的操作控制和各类状态信息的读出和条件判断等，实现直流电源的控制。
点火柜控制信号及点火必须的压缩空气压力、冷却水压力等信号直接接入CPU315-2DP固有的开关量输入输出。
通过CPU315-2DP内部的逻辑运算，实现点火装置的自动控制。
按等离子发生器工作的特点和要求编制的控制程序保证了点火过程可顺利地进行，并对点火工作过程各装置提供了有效的监控和保护。
根据系统要求启动等离子点火装置要分遥控/本控两种方式。
，通过对直流电流的调整，控制等离子发生器的工率以适应不同煤种和工况条件下的点火参数需求。
3.2.3等离子空气系统
压缩空气是等离子电弧的介质，等离子电弧形成后，需要压缩空气以一定的流速吹出阳极才能形成可利用的电弧。
因此，等离子点火系统的需要配备压缩空气系统，压缩空气的要求是洁净的而且是压力稳定的。
具体实现方案如下：
1）压缩空气由锅炉仪表用气母管开口，接支管分别送到等离子点火水气就地空控制柜。
2）等离子点火装置上的压缩空气管道上设有压力表和一个压力开关，把压力满足信号送回控制系统，水气就地空控制柜内有压缩空气调节控制装置，提供点火需要的压力和流量。
3）等离子点火装置入口的压缩空气压力要求在0.4～0.7MPa，每台等离子装置的压缩空气流量约为1.5NM3/min-2.0NM3/min。
4）压缩空气系统中同时设计有备用吹扫空气管路，用于保证在锅炉高负荷运行、等离子点火器停用时点火器不受煤粉污染。
单只发生器的吹扫耗气量约为0.4NM3/min。
3.11压缩空气系统图
3.2.4等离子冷却水系统
等离子电弧形成后，弧柱温度一般在5000K到30000K范围，因此对于形成电弧的等离子发生器的阴极和阳极必须通过水冷的方式来进行冷却，否则很快会被烧毁。
通过大量实验总结出为保证好的冷却效果，需要冷却水以高的流速冲刷阳极和阴极，因此需要保证冷却水不低于0.4MP的压力。
另外，冷却水温度不能高于30℃，否则冷却效果差。
为减少冷却水对阳极和阴极的腐蚀，要采用电厂的除盐化学水。
具体设计方案如下：
1）冷却水系统采用闭式循环系统，由冷却水箱、冷却水泵、换热器及阀门、压力表、管路组成，冷却水泵两台互为备用。
系统材质均为不锈钢。
2）冷却水箱、水泵安装保证不振动。
换热器根据现场情况安装。
3）冷却水经母管分别送至等离子点火器，单个等离子点火器的冷却水用量约为4T/H，冷却水进入等离子装置后再分两路一路进入阳极，另一路进入阴极。
回水采用无压回水（出口为大气压），为保证长期运行是水温稳定，在水泵出口后加装换热器，冷却水流经换热器冷却后方可进入水气柜，再送给等离子发生器。
等离子装置来水管道上设有手动调节阀，用于调整等离子点火器冷却水流量，同时安装有冷却水压力表，过滤器及压力开关，压力满足信号送回控制系统。
4）每台发生器来水管路装有压力开关和流量开关，压力、流量满足信号送至控制系统PLC，保证等离子点火燃烧器投入时冷却水不间断。
5）冷却水采用除盐化学水，通过补水管路为冷却水箱供水。
6）对于两台炉公用冷却水系统，回水分管道加装截止阀。
3.12冷却水系统图
3.3监控系统
3.3.1壁温测量
3.3.1.1壁温测量
为了确保等离子燃烧器的安全运行，在燃烧器的相应位置安装了监视壁面温度的热电偶。
热电偶的安装位置是根据数台等离子燃烧器的工业应用情况和燃烧器工作状态下的温度场确定的。
安装位置如下图所示。
热电偶为K分度铠装热电偶。
图3.13壁温测量
热电偶的安装在等离子燃烧器的设计图中有明确要求，其基本原则是牢固、防磨、耐用、拆卸更换方便；
信号接入DCS，在操作员站显示。
3.3.1.2风粉在线检测
为了在等离子燃烧器运行时能够监测一次风速，控制一次风速在设计范围，在一次风管加装一次风速测量系统。
3.3.1.2.1一次风在线测速装置的组成
一次风在线测速装置的组成见下图。
图3.14一次风在线测速装置的组成
3.3.1.2.2测速管
靠背管全称靠背式动压测定管。
两个测压管端的开口,一个开口迎向气流作为全压感压孔,另一个背向气流为静压感压孔;
两个开口面应该成180°
对称布置。
由于其开口较大,故不易堵塞,且对气流方向的偏斜敏感性很小,其偏转角在±
20°
内不会引起明显的误差。
靠背管可以做成移动的,也可以根据管道的直径尺寸加工成固定安装的;
固定的靠背管将其感压孔置于被测管道中心。
靠背管既适用于含粉气流也可使用于清洁气流中。
3.3.1.2.3安装规范
3.3.1.2.3.1测孔的选择
测孔应选择在与挡板支管或弯头等阻力件有一定距离的直通管道上。
测孔前应有8—10D;
测孔后应有1—3D的直管段。
（D为被测管道内径，对矩形通道D=2AB/（A+B）;
式中A、B为矩形通道边长）。
3.3.1.2.3.2靠背管的压差修正系数的标定
双管式靠背管,由于静压感压孔背向气流,它所测得的压头小于实际的静压值,故所测定的压差修正系数kd常小于1,其数值取决于结构形式和加工精确度,所以需要逐个进行标定。
标定原则：
（1）用标准皮托管和靠背管在同一管道内同一工况（包括速度,静压,温度等）下进行标定,最好选定管道的风速与被测管道相同或比较接近。
（2）修正系数的计算
Kd2=Kd1（ΔP1/ΔP2）0.5
式中:
Kd1,ΔP1---标准皮托管的修正系数和压差。
.
Kd2,ΔP2---被标定管的修正系数和压差。
3.3.2图像火焰监视
详细说明请参阅炉膛火检系统说明书！
第四章等离子点火系统的安装
4.1设备到货及现场保管
4.1.1设备到货与验收
1、设备运到现场后，用户应在起重、运输设备及人员等方面积极配合并对到货件数与箱件清单进行核对，及时将到货及包装损坏情况反馈至我公司市场部；
2、对所发现的包装损坏应明确责任，现场修复后方可入库，对设备的缺损应做好记录。
3、设备开箱时由用户与制造厂共同对设备逐一清点检查，双方共同签署设备到货交验单，标明设备到货情况、存在问题及责任归属，用户可根据此单向制造厂提出修复或补供要求。
4.1.2设备的保管及存放
1、设备到现场后，按《电力基本建设火电设备维护保管规程》（SDJ68-84）和本文要求保管存放。
2、对于发货部件的包装，其主要用于发货、运输，而不是现场防风避雨，防腐的主要手段，不能一律放置在露天不顾，一定要核实箱内部件，按以下规定来确定保管方式。
（1）下列设备应在室内存放，尽可能存放在有湿度控制的库房内：
A:
等离子发生器；
B：
直流电源柜、干式变压器等；
C:
水泵、风机、换热器等；
D:
所有控制设备、电气仪表元件及电缆、阀门等；
E：
火检探头；
F：
较贵重的金属件、不锈钢板、不锈钢管等。
（2）、燃烧器起吊时必须选择合适起吊点，严禁用拖拉方式移动燃烧器；
严禁磕碰；
存放场地要求地面坚固、平整；
必须采取可靠的防雨措施及防积水浸泡措施，在有条件时最好将燃烧器于室内存放。
燃烧器亦可半露天存放,但存放一定要垫平且用帆布等遮盖。
（3）、无缝钢管、风道加热器等可以露天存放，存放场地要平坦、道路通畅，有良好的排水设施。
（4）、所有设备应用经过防腐处理的枕木或相应的支座垫高，以免同泥水地接触。
4.2等离子点火系统设备的安装
4.2.1燃烧器的安装
在进行等离子燃烧器安装应遵循以下原则：
①、安装之前应进行外观检查，不得有变形、裂纹等缺陷，否则应及时修复；
②、对于另设等离子燃烧器及输粉系统，确定燃烧器一、二次风进口方向时，应在风粉管道走向允许的情况下尽量减小管道阻力，并使发生器位于煤粉浓侧，易于点燃煤粉，若由于受空间限制发生器无法装于浓侧，则应考虑在燃烧器一次风入口处加装浓淡装置；
③、安装时应保证同一层燃烧器标高一致，标高误差不大于±
5mm；
④、燃烧器与水冷壁之间的夹角严格按图纸调整（保证原锅炉设计假想切圆尺寸）；
并检查各喷嘴的水平度。
应保证燃烧器前后水平，一般不大于0.5º
，如误差较大必须进行调整；
（附图）
⑤、燃烧器按上述标准调好角度，注意保持喷口离水冷壁管的间隙不妨碍膨胀，火嘴喷出的煤粉不冲刷周围管子，在合适位置增加支承或弹性吊架，并考虑留出随锅炉热膨胀位移量；
⑥、不允许将一、二次风管道等附加重量作用在燃烧器上，防止燃烧器变形和内部零件的膨胀，所有管道应安装就位后再与燃烧器连接，保证接口密封严密，不得漏风、漏粉。
燃烧器与一次风管道连接宜采用焊接，焊条应选用异种钢焊条（燃烧器后端为耐磨合金钢，一次风管为10#
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