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1、电站锅炉的 等离子点火,主要内容,一.背景二.等离子点火的基本原理三.等离子点火的设计思想和关键问题四.无油电厂的设想五.结语,一.背 景,1.1政府支持,节约战略物质燃油石油已成为影响我国能源和经济安全的战略物资。国家计委在“中国能源”白皮书中鼓励全社会开展以煤代油的工作。在国家电力公司节油规划:要加大力度点抓好等离子点火技术的完善和推广应用。,1.2“世界领先”,实现了产业化的技术,从20世纪70年代初开始，美国的CE公司、B&W公司、西屋公司、前苏联动力科学院、澳大利亚太平洋公司、我国的一些高校、科研院所和锅炉制造厂等都曾投入大量的人力和财力研究开发该技术。然而，由于实用化技术未解决,始
2、终未达到广泛的工业应用水平。,1.2“世界领先”,实现了产业化的技术,烟台龙源电力技术有限公司使该项技术产生飞跃，达到了工业应用水平。2000年通过国家电力公司鉴定，该技术共获得了国内专利14项，国际专利1项；2002年国家电力公司发布了电站锅炉等离子点火技术应用指南，并号召在电力系统大力推广应用；2003年被国家环保总局确定为“国家重点环境保护实用技术（A类）”；2003年被评为“中国电力科学技术一等奖”。,1.3 目前技术水平与应用情况,该成果解决了多项关键技术问题，达到了世界领先水平，成功地应用于燃用贫煤、烟煤和褐煤的五十多台电站锅炉，涵盖了从50MW到600MW不同的机组容量等级、主要
3、类型燃烧器和各种典型的制粉系统。目前已签合同和意向采用该技术的还有上百台锅炉。,1.4 各大电力集团公司重点推广使用,目前大唐电力有限公司、内蒙电力有限公司、国电集团公司、中电投等各大电力公司都以下文、捆绑投标等形式要求采用等离子点火技术。,等离子点火工程分布图,二.等离子点火的基本原理,2.1等离子弧2.2等离子发生器2.3等离子点火的基本原理,2.1等离子体,2.2 等离子发生器,2.3等离子燃烧器点火原理,点火机理1,2.3等离子燃烧器点火原理,点火机理2,煤粉通过温度高达4000、含有大量化学活性粒子的等离子体火核时，迅速破裂、气化，并可再造挥发分，以其较低的点火功率稳定地将煤粉直接点
4、燃。,2.3等离子燃烧器点火原理,点火机理3,三级煤粉火焰,2.3等离子燃烧器点火原理,点火机理3,等离子燃烧器采用分级点火技术，出力可达12T/h；后级的煤粉对前级燃烧筒壁其冷却作用，保证燃烧器壁不超温、结渣，同时，燃烧器壁上装有可更换热电偶，在集控室内可实时监视壁温,2.3等离子燃烧器点火原理,2.4等离子点火的系统构成,System 系统,一次风速检测,冷却水泵检测,直流电源柜,触摸屏,PLC,至DCS,PROFIBUS通讯,燃烧器温度,锅炉和制粉系统保护信号,控制部分,System 系统,冷却水系统,System 系统,高压风系统,高压风机,等离子发生器,就地压力表,差压开关,三.设计
5、思想和关键问题,3.1 稳定、高效地点燃，确保启动过程的安全；3.2确保原主燃烧器的基本性能不变，使等离子燃烧器能满足正常运行的要求；3.3 以系统工程的观点来研究等离子点火技术；3.4 有效地监控和保护。,3.1稳定高效点燃，确保启动安全,等离子燃烧器和等离子发生器本身的可靠性和安全性不发生炉膛爆破、二次燃烧保证炉膛安全,等离子发生器的安全,集开放式磁稳与机械、电磁压缩于一体复合结构的等离子发生器，其功率为50-200kW，连续可调；研制成功抗氧化特殊合金的阴、阳极，实现了以空气作为等离子载体；以机械压缩、磁压缩作用，将等离子体压缩在输送管中心，其输送距离可根据燃烧器的需要确定。辅助系统参数
6、严格标定，运行严格管理,阴极的烧蚀曲线,实验室寿命可达100小时随使用功率不同烧蚀速度不同烧蚀速度开始较快,10小时后稍有下降,等离子燃烧器的安全,逐级点火、分级燃烧小点大；气膜冷却防止结渣、烧损。,等离子燃烧器的安全,逐级点火、分级内燃、气膜冷却燃烧器,等离子燃烧器结构型式,等离子燃烧器结构型式,3.1稳定高效点燃，确保启动安全,等离子燃烧器和等离子发生器本身的可靠性和安全性不发生炉膛爆破、二次燃烧保证炉膛安全,不发生炉膛爆破、二次燃烧,各项参数的有效控制 是提高燃烧效率 不发生炉膛爆破、二次燃烧的关键煤质点火功率煤粉浓度煤粉细度一次风速度一次风温度湿度,各项参数的影响,1.挥发分为36.1
7、%的煤粉在两种煤粉细度下浓度与层流火焰传播速度的关系,利用冷热态试验装置掌握煤粉的着火特性与直接点燃煤粉的基本条件,各项参数的影响,2.挥发分为16.9%的煤粉在两种细度下浓度与火焰 传播速度的关系,利用冷热态试验装置掌握煤粉的着火特性与直接点燃煤粉的基本条件,各项参数的影响,3.挥发分为36.1%、29.2%、16.9%三种细煤粉的浓度与火焰禅波速度的关系,利用冷热态试验装置掌握煤粉的着火特性与直接点燃煤粉的基本条件,各项参数的影响,4.挥发分为36.1%的粗煤粉 中加入2%甲烷时对火焰传播速度的影响,利用冷热态试验装置掌握煤粉的着火特性与直接点燃煤粉的基本条件,各项参数的影响,5.挥发份为
8、36.6%的粗煤粉中加入一部份细煤粉时对火焰传播速度的影响,利用冷热态试验装置掌握煤粉的着火特性与直接点燃煤粉的基本条件,各项参数的影响,6.挥发份为16.3%的细煤粉中加入35的岩石粉时对火焰传播的响,利用冷热态试验装置掌握煤粉的着火特性与直接点燃煤粉的基本条件,实验系统,热态与冷态模化试验系统,试验风粉系统,冷、热态试验风粉系统,等离子点火试验炉,试验燃烧器的着火情况,试验件数值模拟模型,数值模拟模型,等离子燃烧器内部颗粒轨迹图,数值模1,等离子燃烧器内部压力分布,数值模拟拟2,等离子燃烧器中心断面温度场,三.设计思想和关键问题,3.1 稳定、高效地点燃，确保启动过程的安全；3.2确保原主
9、燃烧器的基本性能不变，使等离子燃烧器能满足正常运行的要求；3.3 以系统工程的观点来研究等离子点火技术；3.4 有效地监控和保护。,3.2等离子燃烧器兼具原燃烧器的基本性能，确保其正常运行的要求,等离子燃烧器的基本要求；早期等离子燃烧器的缺点；双筒压差平衡等离子燃烧器的特点；旋流式燃烧器的改造等离子燃烧器结渣和烧损的防止,等离子燃烧器兼具原燃烧器的基本要求,燃烧器出口气流的动量基本不变和燃烧器出口流场不变；燃烧器结构必须简单，阻力不能太大；燃烧器必须耐烧、耐磨，满足运行检修维护的要求；低NOx燃烧技术。,早期等离子燃烧器的缺点,垂直送粉,阶梯式气膜冷却,浓淡技术,提前补氧、强化燃烧，提高喷口速
10、度及火焰刚性,自吹扫性能,燃尽率低 阻力大 寿命短,I,II,III,IV,双通道压差平衡式等离子燃烧器的特点,原燃烧器性能不变 燃烧效率高 取消了气膜风结构简单阻力小 耐烧损、磨损,大唐盘山发电厂3、4号机组锅炉额定出力设计热效率与试验比较,大唐盘山发电厂3、4号机组锅炉最大出力污染物排放值与设计值比较,大唐托克托发电厂1、2号机组锅炉额定出力下设计热效率与试验值比较,大唐盘山托克托1、2号机组锅炉最大出力污染物排放比较,等离子点火期间飞灰可燃物,托克托600MW机组一电场飞灰可燃物13平凉300MW机组一电场飞灰可燃物12.56,旋流式燃烧器的改造,旋流式燃烧器的设计思想；朝阳电厂德巴Ba
11、bcockVortex燃烧器的改造方案；托克托电厂美巴B&W燃烧器的改造方案；3.2.4.4 BHK的HT-NR3燃烧器的改造方案；英巴LNASB燃烧器的改造方案。,旋流式燃烧器的设计思想,将成熟的直流燃烧器插入到旋流式燃烧器的中心一次风管内；等离子发生器由径向插入改为轴向插入，开发输送弧技术内外层旋流二次风不予改变；中心风作为夹层风使用,朝阳电厂德巴BabcockVortex燃烧器的改造方案,朝阳电厂德巴BabcockVortex燃烧器的改造方案,朝阳电厂的改造结果,一次点火成功、着火迅速、火焰明亮稳定，燃烬度高；满足锅炉启动曲线、再过热器不超温；实现机组大修后全过程冷态无油点火启动；没有出
12、现火焰扑后墙、前墙飞边等问题。,托克托电厂德巴B&W燃烧器改造方案,托克托电厂B&W燃烧器 的改造方案,托克托电厂德巴B&W 燃烧器的改造点火图像,托克托电厂德巴B&W燃烧器的 改造结果,等离子点火装置能直接点燃托克托电厂燃用烟煤；燃烧稳定，火焰明亮，未发现锅炉尾部出现二次燃烧及炉内燃烧不稳产生灭火打炮现象。完全满足锅炉、汽机升温升压速率的要求，启动时间与燃油基本一致。采用蒸汽加热器，可以实现锅炉在点火初期直接启动磨煤机，实现机组的冷炉制粉。锅炉首次点火吹管到机组整套启动168小时试运结束，3号机组投等离子B磨消耗燃煤12000吨，折合节省燃油约5000余吨。,3.2.4.4 BHK的HT-N
13、R3燃烧器的改造方案,英巴LNASB燃烧器的改造方式,英巴LNASB燃烧器的改造方式之一,要点：一次风管整体抽出，换为等离子燃烧器；可恢复。,主管路来粉,英巴LNASB燃烧器的改造方式之二,要点：只抽出中心管,换为等离子燃烧器，其它结构不变；由主管路浓缩后分叉进入中心管；不用恢复。关键环节：点燃、浓缩、关断。,等离子燃烧器结渣 和烧损的防止,点火功率可调；风速可调；降低煤粉浓度；开大气膜风，而且气膜风的气源应采用冷风。壁温有在线监视。,三.设计思想和关键问题,3.1 稳定、高效地点燃，确保启动过程的安全；3.2确保原主燃烧器的基本性能不变，使等离子燃烧器能满足正常运行的要求；3.3 以系统工程
14、的观点来研究等离子点火技术；3.4 有效地监控和保护。,3.3 以系统工程的观点来研究 等离子点火技术,3.3.1 等离子点火燃烧器的布置3.3.2 煤粉来源-热风来源 3.3.3 满足启动曲线的要求 3.3.4 研制煤粉浓缩装置 3.3.5 采取措施防止再热器超温 3.3.6 防止投入功率的节跃3.3.7 等离子点火与防爆,3.3.1 等离子点火燃烧器的布置,等离子燃烧器兼主燃烧器一般安装在下数第一层或第二层。单独设立等离子燃烧器一般安装在下二次风道内。,3.3.1 等离子点火燃烧器的布置,等离子燃烧器的数量十万千瓦等级及以下机组锅炉一般安装对角两台,最多三台；二十万千瓦等级及以上机组锅炉根
15、据炉型不同，一台磨煤机对应的煤粉管道及燃烧器，四角切圆锅炉一般安装4台，墙式燃烧锅炉根据磨煤机情况不同安装46台；,3.3.1 等离子点火燃烧器的布置,单独设立等离子燃烧器：投资较大；改造量大；系统较为复杂、。,典型工程：吉林热电厂1#、2#(125MW)；鸡西发电厂新建1#、2#（125MW）；陡河电厂1#、2#(125MW)；佳木斯电厂11#、12#、13#、14#（100MW）；新疆玛纳斯电厂5#(100MW)；烟台电厂1#、2#(50MW)；吉林热电厂7#（50MW）；上海崇明电厂(50MW）；,3.3.1 等离子点火燃烧器的布置,切圆燃烧锅炉等离子燃烧器兼主燃烧器：系统简洁、燃烧器出
16、力与主燃烧器基本相同，目前，多采用该方式。,典型工程直吹式制粉系统托克托电厂1#、2#（600MW）；盘山电厂4#（600MW）；元宝山电厂3#（600MW）；丰城电厂1#4#（300MW）；华能平凉电厂（300MW）；云南宣威电厂9#、10#（300MW）；广东恒运电厂（200MW）中间储仓式制粉系统大同第二发电厂1#6#（200MW）；江苏徐州电厂7#（200MW）；包头二电厂1#（100MW）；,煤粉分离器,一次风管道,等离子燃烧器,二次风箱,3.3.1 等离子点火燃烧器的布置,墙式燃烧锅炉旋流燃烧器布置方案:前墙布置,典型工程:托克托3、4号600MW机组每台炉6只等离子燃烧器；朝阳电
17、厂2号200MW机组每台炉配4只等离子燃烧器。,煤粉分离器,一次风管,等离子燃烧器,二次风箱,3.3 以系统工程的观点来研究 等离子点火技术,3.3.1 等离子点火燃烧器的布置3.3.2 煤粉来源-热风来源 3.3.3 满足启动曲线的要求 3.3.4 研制煤粉浓缩装置 3.3.5 采取措施防止再热器超温 3.3.6 防止投入功率的节跃3.3.7 等离子点火与防爆,3.3.2 煤粉来源-热风来源,中间仓储式系统-本炉余粉邻炉来粉直吹式系统本炉制粉,关键是解决热风来源,3.3.2 煤粉来源-热风来源-加热器的系统布置,加热器布置在进磨风道上,加热器布置在冷风道上风道上,优点：正常运行中阻力较小、维
18、护容易。缺点：对小油枪加热的方式系统复杂、耗能较高,3.3.2 煤粉来源-热风来源-加热器的系统布置,加热器布置在总风道上,优点：对小油枪加热不用加压风机、便于过渡能耗较低缺点：对于蒸汽加热方式运行中将使阻力增加,3.3.2 煤粉来源-热风来源-蒸汽加热器,优点：彻底不用油；系统相对简单，维护量较小。缺点：全厂全停时没有汽源；加热温度有限，燃煤水分较高时满足不了启动的要求；布置在总风道时正常运行中阻力,3.3.2 煤粉来源-热风来源-小油枪加热器,关键：燃烧效率；灭火保护；油管路清洁。优点：全厂全停时可以冷炉启动；能满足高水分煤种启动的要求；布置在总风道是正常运行中阻力小。缺点：启动过程要用少
19、量的燃油；系统相对较复杂，维护量稍大。,3.3 以系统工程的观点来研究 等离子点火技术,3.3.1 等离子点火燃烧器的布置3.3.2 煤粉来源-热风来源 3.3.3 满足启动曲线的要求 3.3.4 研制煤粉浓缩装置 3.3.5 采取措施防止再热器超温 3.3.6 防止投入功率的节跃3.3.7 等离子点火与防爆,3.3.3 满足启动曲线的要求中速磨影响磨煤机最低出力的关键,磨煤机振动。风环风速过低导致压磨。,碾磨出力通风出力干燥出力分离出力,3.3.3 满足启动曲线的要求 影响磨煤机出力的因素,3.3.3 满足启动曲线的要求：降低中速磨煤机出力的措施,降低碾磨出力：转速、滚压和线型热控配合；干燥
20、出力：不可调整；分离出力：关小折向挡板增大循环倍率运行中恢复；降低通风出力：防止堵管，防止压磨。,3.3.3 满足启动曲线的要求 降低双进双出磨煤机出力的措施,滚筒就是活动粉仓，加风就是加煤关键是控制通风出力防止堵管减少投入的燃烧器、控制旁路风。注意防爆,煤粉浓缩装置,管道浓缩装置的核心是：高效；低阻;提高点火当地浓度;某些情况要考虑煤粉浓度可调。,采取措施防止再热器超温,适当加大上部燃烧器投入二次风量 炉膛出口烟温维持在430470，低于RH干烧温度538 等离子投入能满足汽机高压缸启动方式的要求,3.3.6 防止投入功率的节跃,扩大等离子燃烧器的出力范围，使其既能适应低负荷的要求，又能适应
21、最大出力的要求。第一台磨煤机达到最大负荷后再投入第二台磨煤机,并及时将第一台磨煤机出力降低。,3.3.7 等离子点火与防爆,有爆炸危险的煤粉浓度和氧量,3.3.7 等离子点火与防爆,提高点火的稳定性、可靠性并尽可能提高点火期间的燃尽率；改进系统配套，使系统提供的点火参数更适合于点火的要求；配置监控装置（图像火检），一但灭火必须经过通风后才能重新启动点火.点火期间应设专人就地看火，不能点燃即应手动打闸等。,三.设计思想和关键问题,3.1 稳定、高效地点燃，确保启动过程的安全；3.2确保原主燃烧器的基本性能不变，使等离子燃烧器能满足正常运行的要求；3.3 以系统工程的观点来研究等离子点火技术；3.
22、4 有效地监控和保护。,3.4有效地监控和保护-等离子点火装置与DCS、FSSS的接口设计,A)在DCS设计磨煤机“正常运行模式”与“等离子运行模式”，并可切换；B)“正常运行模式”运行时，F磨煤机维持原有的FSSS逻辑；C)“等离子运行模式”运行时，按等离子运行设置保护；D）等离子的控制可进入DCS也可独立设置控制盘。,四.无油电厂的设想,4.1.无油电厂的基本要求4.2无油电厂的关键环节4.3中间仓储式系统的煤粉来源4.4直吹式系统的煤粉来源4.5小结,4.1无油电厂的基本要求,安全：符合最新防爆规程；点火启动安全（安全稳定地点燃，不爆燃、不发生二次燃烧、满足启动曲线的要求初始投入功率）正
23、常运行安全（不影响正常燃烧组织）；输粉系统安全可靠.实用：任何工况下都能保证煤粉来源，各种运行工况下都能实行快速启动。系统简单，便于维护。可靠：点火装置的可靠性（100的备用、热备用）。,4.2.无油电厂的关键环节,点火装置的可靠：四年多的实践说明，等离子点火装置是可靠的；100的备用两台磨改造为等离子点火；辅助系统经常处于热备用满足快速启动。煤粉的来源。,4.3中间仓储式系统的煤粉来源,独立制粉:方案简介：，设独立粉仓，以正压高浓度输送的方法将煤粉输送到各炉的小粉仓（或燃烧器）。优点：独立于原有制粉系统，便于标准化，便于推广；实现无油电厂可靠性高。缺点：系统复杂造价高，对于在运电厂还必须有布
24、置的可能。结论：对燃用无烟煤是必要的、对新建厂是可能的。,4.3中间仓储式系统的煤粉来源,隶属型制粉:方案：其中一台炉具有本炉制粉的条件：热风正常来自联络风道；全厂全停时以小油枪加热空气；能开式运行，冷炉制粉时发起经布袋除尘器排空。以正压输送的方式将煤粉输送到各炉的粉仓；接受煤粉的锅炉需设卸粉装置。特点：可以满足无油电厂的要求，全厂全停时可实现极少油点火。,4.3直吹式系统粉源的几种途径,送粉 集中制粉 隶属型制粉送风 本炉制粉,4.3直吹式系统粉源的几种途径-送粉,集中制粉:方案简介：集中制粉，以正压高浓度输送的方法将煤粉输送到各炉的小粉仓（或燃烧器）。优点：独立于原有制粉系统，便于标准化，
25、便于推广；实现无油电厂可靠性高。缺点：系统复杂造价高，对于在运电厂还必须有布置的可能。结论：对燃用无烟煤是必要的、对新建厂是可能的。,4.3直吹式系统粉源的几种途径-送粉,隶属型制粉:方案：其中一台炉具有本炉制粉的条件：热风正常来自联络风道，全厂全停时以小油枪加热空气，启动本炉后再向其它锅炉送粉。以正压输送的方式将煤粉输送到各炉的点火燃烧器。特点：可以满足无油电厂的要求，全厂全停时可实现极少油点火,系统较复杂。,4.3直吹式系统粉源的几种途径-送风,方案:每台炉都具有本炉制粉的条件；热风来自联络风道(或蒸汽加热器)；其中一台增设小油枪加热空气,以备全厂全停时,冷炉制粉之用。特点：送风不送粉系统
26、简单，运行安全；全厂全停时也可实现其中一台炉极少油点火。,四.无油电厂的设想 4.5小结,目前的技术水平，只要不是600MW及以上的墙式燃烧锅炉，实现无油电厂都是可能的。以解决热风来源为核心的冷炉制粉技术是成熟的，热风可以来自联络风道或加热器。只要全厂由一台磨煤机设有小油枪热风加热器，实现无油电厂就是可能的。以正压浓相输送的技术为基础的邻炉来粉也是成熟的，只要系统设计合理并辅以必要的运行措施，系统的防爆是可以解决的。只有在全厂全停的情况下，才需极少的燃油（600MW机组约8吨）加热空气，冷炉制粉进行点火启动。因此，不用设固定油库。在燃用贫煤、无烟煤的情况下，宜考虑集中制粉的方案。,结束语,社会在进步，技术在发展，等离子点火技术已经取得了较好的的成绩。作为一个锅炉工作者，我殷切地盼望，烟台龙源公司在设计、调试、运行单位的支持下还将取得更好的成绩；在不久的将来等离子点火无油电厂，就会诞生，等离子点火迟早会列入大火规的要求范围。,所谈感受仅为抛砖引玉,谢谢！,
