某 1000MW燃煤电厂等离子点火技术现状及应用探讨

某 1000MW燃煤电厂等离子点火技术现状及应用探讨

吴思明

国电浙江北仑第一发电有限公司，浙江宁波 315000

摘要：大型火力发电机组等离子点火技术作为近十年电厂无油点火手段以大量应用。近几年火电机组参与深度调峰需求增多，磁压缩技术等离子点火技术弊端渐显。针对现有设备在低负荷稳燃出现的设备故障率高，稳定性差的问题，从运行状态和设备维护情况进行分析，通过改变等离子点火器电流、冷却载体参数等方式进行寿命管理，提高了设备运行稳定性。为同类型设备运行提供借鉴。

关键字：等离子点火技术；深度调峰；稳定性

一、概述

大型火力发电机组在锅炉点火及低负荷稳燃采用柴油燃烧。1000MW燃煤电厂冷态启动过程中约耗费60t柴油。锅炉启动燃煤过程中同时燃烧具有高反应性能的燃油将减低锅炉经济性，具体表现在燃料固体未燃尽热损失10%15%，减低锅炉传热系数2%5%，NO_x排放量增加30%40%增加水冷壁高温腐蚀速度¹。

锅炉等离子点火是一项以高温等离子体作为煤粉激发热源，使流经该燃烧器的煤粉在等离子体高温和热化学作用下瞬间被点燃，煤粉在燃烧器内着火后喷入炉膛，从而达到了锅炉点火和助燃不用燃油的目的。2008年以来随着国务院的要求²等离子点火技术在各大型火力发电厂均有运用，其中东胜电厂采用全套等离子体点火系统，为国内首家无燃油电厂。

二、设备简介

该厂三期两台锅炉配有48组燃烧器，其中8组为等离子点火/微油煤粉燃烧器，采用为烟台龙源制造供货的DLZ-200型等离子体发生器及附属燃烧器。等离子体发生器是用来产生高温等离子体弧的装置，其主要由阳极组件、阴极组件、线圈组件三大部分组成，还包括拉弧机构和配合现场安装的托架。下图为DLZ-200型等离子体发生器外形示意图，

图1DLZ-200型等离子体发生器外形示意图

该等离子体发生器为磁稳空气载体等离子体发生器，它由线圈、阴极、阳极等组成。其中阴极材料采用高导电率的金属材料制成。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。

图2等离子点火基本原理图

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，阴阳极间产生电弧，载体工质（空气）被电弧电离为高温等离子体，从阳极喷口喷出，其温度达到5000K以上，为点燃不同的煤种创造了良好的条件³。

三、现状分析：

随着火电机组更多的参与深度调峰，火电厂机组经常在低负荷区间运行。为保证机组正常运行，等离子点火系统经常长期连续投运，对设备的连续运行和可靠运行提出了更高的要求。在日常维护中常有等离子点火器失效现象，对设备解体后发现出现此项问题最主要有两种情况：阴极头击穿、阳极头击穿。可见阴极、阳极是发生器的主要部件,直接影响等离子体的稳定性。1）阴极失效。阴极头为消耗件，根据不同电流的大小，寿命长短不一，平均寿命为100小时左右。连续运行的阴极头会被电弧击穿，导致冷却水从击穿处流出，致使等离子体拉弧不成功，设备失效2）阳极头失效。阳极是主要的导电元件，工作环境比较恶劣，易污染，在拉弧过程中，阴极、阳极处在短路状态，阳极喉口处易烧损。阳极的污染和损坏将影响电弧的稳定，如烧损严重或漏水，则表现为起弧困难，经常断弧，在设计工况下，阳极连续工作时间不低于500小时。

2020年春节期间，该厂机组长时间运行在低负荷区域，等离子点火系统投运较为频繁，据统计从1月18日至2月23日共消耗阴极头10个，消耗主要原因为阴极头击穿。此外在另一机组启动点火期间，也出现等离子点火装置无法点火的状况，检查后发现仍为阴极头击穿无法拉弧。同时配套点火油枪也失效，极大的影响机组启动时间。

四等离子点火系统维护策略分析

2021年，浙江将全面开启电力市场化交易。从电厂侧的角度分析，机组的启停会更加频繁，对机组启动至并网的要求更加苛刻，这更加要求在点火初期设备具有较高的稳定性。因此，作为锅炉启动的关键因素——解决如何使等离子点火系统可靠运行是重中之重。针对上述处理情况，并结合历次检修经验对如何维护等离子点火系统如何维护提出如下几个建议：

1. 等离子拉弧过程中，电压、电流对电弧有影响。具体表现为随电压增高而长度变长，但稳定度降低；反之电弧长度变短，稳定度提高，但会影响阴、阳极寿命。电流越高电弧稳定性越好，但也会影响阴、阳极寿命。因此需结合阴极头使用寿命来调整等离子发生器的电压和电流，找到每台发生器的最佳运行参数。

2. 等离子拉弧过程中会产生高温，因此阴、阳极的冷却效果的好坏也将影响阴、阳极的寿命。冷却水的压力越高、温度越低则冷却效果越好。三期等离子点火系统冷却水来自闭式水，温度一定。因此需关注等离子冷却水泵的运行状态，关注冷却水进回水压差，避免压差过小导致冷却水流量过低导致设备冷却不及时导致的损害。

3. 风压也是影响设备稳定性的一个指标。等离子拉弧需要载体工质（空气），三期等离子点火系统的载体风来自锅炉压缩空气系统，经储气罐后调压供于点火系统。在实际运行中，如载体风过大电弧过小，对点火不利；如载体风过小，电弧长效果好，但会接近阳极喷口，造成阳极寿命下降。实际运行中控制风压在5-10kPa。

4. 对阴、阳极进行寿命管理，在DCS上设置阴、阳极头使用时间记录，当接近预期使用寿命时进行重点关注，并在每次更换后对使用时间进行清零。同时继续调整上述几项参数，努力延长阴、阳极头使用寿命。

5. 在每个检修周期后点火或冷炉点火时，投运煤粉需考虑煤粉细度和煤收到基挥发分对点火的影响，避免燃烧不当导致的燃烧器结渣等情况。

综上所述，做好等离子点火系统维护，提高设备运行稳定性是保证锅炉启动点火的重要环节，因此需做好易损件的寿命管理和启动前的设备维护。

参考文献：

[1]刘士香,卢丽君,都淑丽；DLZ-200-A型等离子煤粉点火燃烧器[J]华北电力技术2001年07期

[2]国务院关于进一步加强节油节电工作的通知[N]国发〔2008〕23号，2008

[3]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

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作者简介：吴思明（1985—），男，浙江宁波人，工程师，工程硕士，从事火电厂锅炉本体优化、节能减排、烟气脱硝及再生等方面的工作