鍋爐啟動及低負(fù)荷助燃用油是發(fā)電成本的重要組成部分。我國是石油消費(fèi)和進(jìn)口大國，隨著世界原油價(jià)格的上漲，節(jié)約鍋爐燃油就成為降低發(fā)電成本的重要手段。
等離子點(diǎn)火技術(shù)是一種新型燃燒技術(shù)，其原理是采用一定壓力的潔凈空氣為介質(zhì)，在直流電流的作用下，由強(qiáng)磁場控制產(chǎn)生功率穩(wěn)定的定向流動空氣等離子體，該等離子體在燃燒器內(nèi)形成局部高溫，能迅速將通過的煤粉射流點(diǎn)燃并形成火炬噴入爐膛。大唐盤電4號爐對B層燃燒器及其對應(yīng)的B磨煤機(jī)采用等離子燃燒器進(jìn)行了改造，在啟動試運(yùn)階段應(yīng)用該技術(shù)并獲得了成功，從而開創(chuàng)了600 MW大型機(jī)組、中速磨直吹式制粉系統(tǒng)采用等離子點(diǎn)火技術(shù)的先河、鍋爐主燃燒器同時(shí)作為啟動燃燒器、在基建調(diào)試階段應(yīng)用，節(jié)約了數(shù)量可觀的燃油，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
顆粒機(jī)、
木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、設(shè)備簡介
天津大唐盤山發(fā)電有限責(zé)任公司（簡稱盤電）4鍋爐為HG-2023/17. 6-YM4型亞臨界控制循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛、受熱面Ⅱ型布置、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、半露天布置煤粉汽包型鍋爐。
鍋爐采用寬調(diào)節(jié)比同心反切圓、低NOx排放燃燒技術(shù)，OFA燃燼風(fēng)噴嘴高位布置，水平擺動，主燃燒器噴口可以上下擺動±30。。燃燒器共有22個噴口，其中2個OFA噴口、10個AUX輔助風(fēng)噴口、4個油配風(fēng)噴口和6個煤粉一次風(fēng)噴口。鍋爐的設(shè)計(jì)煤種為準(zhǔn)格爾煙煤。
制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式系統(tǒng)，配2臺雙吸入離心式冷一次風(fēng)機(jī)及6臺ZGM123中速磨煤機(jī)，5臺運(yùn)行能帶滿負(fù)荷。磨煤機(jī)標(biāo)準(zhǔn)碾磨出力為96.2 t/h，對設(shè)計(jì)煤種，磨煤機(jī)的最大出力為72.02 t/h，對應(yīng)的最小出力為28.8 t／h。
等離子點(diǎn)火系統(tǒng)共設(shè)計(jì)有4支等離子點(diǎn)火裝置，裝在B層主燃燒器位置，它由濃淡分離裝置，等離子引弧裝置（陰極、陽極）、一級燃燒室、二級燃燒室，周界二次風(fēng)等部分組成，具有點(diǎn)火啟動及低負(fù)荷穩(wěn)燃兩種功能。
2、等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器應(yīng)用情況
大唐盤電4號鍋爐在機(jī)組基建試運(yùn)階段應(yīng)用了等離子煤粉無油點(diǎn)火技術(shù)，于2002年3月30日首次點(diǎn)火成功。點(diǎn)火前主汽壓力1. 01 MPa，B磨煤機(jī)啟動。B磨煤機(jī)加載彈簧壓縮量80 mm，分離器擋板開度58°，給煤量30 t/h，磨入口風(fēng)量52km3/h，入口風(fēng)溫149℃，磨出口溫度61℃，爐膛內(nèi)壁再入口處煙溫489℃～497℃，低于鍋爐廠規(guī)定的538℃。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)、冷爐制粉系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等運(yùn)行狀況良好，連續(xù)運(yùn)行45min。
2002年3月31日，主汽壓力0. 66 MPa，再次投用等離子煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)，啟動B磨，給煤量22 t/h，進(jìn)行燃燒調(diào)整試驗(yàn)，調(diào)整后爐膛負(fù)壓穩(wěn)定、火焰明亮、火檢穩(wěn)定，燃燒狀況比首次有明顯改善。4月6日，投用等離子煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)，鍋爐升溫、升壓到汽機(jī)沖車參數(shù)，控制主汽溫升速率為1. 65C/min，成功實(shí)現(xiàn)了采用等離子無油煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行600 MW機(jī)組高壓缸啟動方式的汽機(jī)沖轉(zhuǎn)及定速試驗(yàn)。
2002年4月23日，在機(jī)組整套啟動過程中，連續(xù)投入等離子煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)，先后完成鍋爐的升溫、升壓，汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、定速，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)、帶大負(fù)荷，至機(jī)組負(fù)荷300 MW，鍋爐停油時(shí)停運(yùn)等離子點(diǎn)火裝置。4月29日機(jī)組滑參數(shù)停機(jī)過程中，投入等離子煤粉點(diǎn)火裝置，替代了部分油槍，汽機(jī)缸溫降低到260℃，滑停取得了成功。
3、等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器在本鍋爐應(yīng)用中存在的難點(diǎn)
等離子煤粉無油點(diǎn)火系統(tǒng)在中速磨直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐上應(yīng)用必須克服以下難點(diǎn)：首先應(yīng)能在鍋爐冷態(tài)時(shí)制備出合格的煤粉，其次應(yīng)有足夠的能量直接點(diǎn)燃煤粉，這對該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造提出了較高的要求，必須有效地解決上述問題。同時(shí)，在該系統(tǒng)的具體應(yīng)用中，還存在著以下一些難點(diǎn)。
3.1鍋爐啟動方式問題
根據(jù)規(guī)定，鍋爐啟動初期應(yīng)滿足下列要求：初始燃燒率應(yīng)小于最大燃燒率的5%；爐水升溫率不高于1.5 ℃／min，對應(yīng)的啟動初期最高升壓率為0. 035 MPa／min。否則，容易造成鍋爐升溫、升壓速率較快，水冷壁受熱不均，鍋爐整體膨脹不能保證等問題。為此，首先需要確定滿足冷態(tài)啟動正常升溫、升壓速率的燃料量。經(jīng)初步計(jì)算，對準(zhǔn)格爾煤，磨煤機(jī)給煤量應(yīng)小于16t／h，當(dāng)燃用大同煤時(shí)給煤量應(yīng)小于14t/h。根據(jù)3號鍋爐試運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，磨煤機(jī)最小出力為25 t/h，顯然無法達(dá)到上述要求。
針對鍋爐的上述特性，我們確定了本鍋爐等離子點(diǎn)火系統(tǒng)的投運(yùn)方式：鍋爐起壓前（關(guān)空氣門前），不投入等離子點(diǎn)火系統(tǒng)；鍋爐起壓后，及時(shí)投入等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)，但必須控制合理的給煤量，汽機(jī)側(cè)打開機(jī)組旁路系統(tǒng)以保證適當(dāng)?shù)纳郎�、升壓速率�?br />
3.2如何維持合理的升溫、升壓速率
為維持合理的升溫、升壓速率，必須控制適當(dāng)?shù)娜剂狭�。本鍋爐磨煤機(jī)最小出力為25 t/h，根據(jù)機(jī)組以往啟動經(jīng)驗(yàn)，汽機(jī)沖車、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)期間所需燃油約為9～15 t/h，對應(yīng)的給煤量應(yīng)為18～30t/h，即，為滿足投運(yùn)等離子點(diǎn)火燃燒系統(tǒng)要求，必須降低磨煤機(jī)最小出力至18 t/h。經(jīng)過分析和研究，決定采取下列措施降低磨煤機(jī)最小出力：
(1)適當(dāng)降低磨煤機(jī)磨輥的加載力：將磨煤機(jī)加載彈簧的壓縮量調(diào)整至80 mm;
(2)適當(dāng)關(guān)小磨煤機(jī)出口分離器擋板的開度，增加回粉量并使煤粉細(xì)度變��；
(3)適當(dāng)減小一次風(fēng)量（但應(yīng)保證磨煤機(jī)出口一次風(fēng)管的風(fēng)速大于18 m/s）。
3.3汽機(jī)高壓缸啟動方式下的再熱器保護(hù)問題
盤電4號機(jī)設(shè)計(jì)的啟動方式為高壓缸啟動，即在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)前，汽機(jī)高旁全關(guān)，再熱器處于干燒狀態(tài)，為保護(hù)再熱器，尤其是壁式再熱器．鍋爐廠規(guī)定：并網(wǎng)前爐膛出口煙溫應(yīng)小于538 C。經(jīng)過分析和研究，決定采用下列手段控制爐膛出口煙溫：
(1)運(yùn)行中合理控制燃料量，盡量降低磨煤機(jī)最小出力；
(2)適當(dāng)調(diào)整燃燒器配風(fēng)，增加送風(fēng)量，開大頂部二次風(fēng)；
(3)加強(qiáng)爐膛出口煙溫監(jiān)測。
4、等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器應(yīng)用試驗(yàn)研究
4.1冷爐制粉系統(tǒng)工作特性試驗(yàn)
中速磨直吹式制粉系統(tǒng)鍋爐應(yīng)用等離子無油點(diǎn)火技術(shù)的關(guān)鍵問題和難點(diǎn)在于能否實(shí)現(xiàn)“冷爐制粉”，本鍋爐等離子點(diǎn)火燃燒器設(shè)計(jì)采用蒸汽加熱器加熱磨煤機(jī)制粉所需熱空氣（己申請專利），故摸索該系統(tǒng)的工作特性至關(guān)重要，通過多次試運(yùn)調(diào)整，在每次“等離子運(yùn)行模式”B磨煤機(jī)啟動前，適當(dāng)提高輔汽聯(lián)箱壓力，并提前1 h投入蒸汽加熱器，對B磨進(jìn)行通風(fēng)暖磨，其加熱能力滿足“冷爐制粉”要求，歸納如下：
(1)在廠用汽壓力0.8～1.0 MPa時(shí)，投入蒸汽加熱器，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)溫維持在149～156℃，當(dāng)B磨煤機(jī)給煤量18～25 t/h時(shí)，磨煤機(jī)出口風(fēng)溫可以達(dá)到54～63℃，基本能滿足磨煤機(jī)的干燥出力要求；
(2)在蒸汽加熱器投入運(yùn)行，B磨煤機(jī)暖磨完成并啟動后，運(yùn)行2h，空預(yù)器后一次風(fēng)溫即可達(dá)到170 ℃，蒸汽加熱器可以退出運(yùn)行；
(3)蒸汽加熱器加熱一次風(fēng)主要依靠蒸汽在冷卻過程中的凝結(jié)放熱，所以在蒸汽加熱器投入時(shí)，應(yīng)盡可能提高汽源壓力，同時(shí)加熱器的疏水罐要維持一定的水位，以保證合理的運(yùn)行方式。
4.2一次風(fēng)速對等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器著火特性的影響試驗(yàn)
一次風(fēng)速對煤粉著火的影響很大，風(fēng)速太高會使著火推遲，燃燒不穩(wěn)，太低則會造成一次粉管積粉、磨煤機(jī)堵磨等事故，所以一次風(fēng)速的合理選擇對等離子燃燒器著火至關(guān)重要。對本系統(tǒng)，通過運(yùn)行調(diào)整及試驗(yàn)研究，確認(rèn)給煤量為18～25 t/h時(shí)，一次風(fēng)量控制在38～45 km3/h比較合理，對應(yīng)的粉管一次風(fēng)速約為19～23 m／s。
另外，對于四角切圓燃燒鍋爐、中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，為保證4個燃燒器同時(shí)著火，要求磨煤機(jī)出口4根一次粉管的風(fēng)速相同，對一次風(fēng)速調(diào)平的要求較高。在本系統(tǒng)試運(yùn)過程中，在冷態(tài)調(diào)平工作的基礎(chǔ)上，對B磨煤機(jī)出口一次風(fēng)速進(jìn)行了熱態(tài)調(diào)平，調(diào)平的結(jié)果見表1。
運(yùn)行實(shí)踐表明，B磨煤機(jī)出口粉管經(jīng)熱態(tài)阻力調(diào)平后，燃燒器各角的著火情況明顯改善，爐膛負(fù)壓穩(wěn)定、火焰明亮、火檢穩(wěn)定。
4.3煤粉濃度對等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器著火特性的影響試驗(yàn)
煤粉濃度高有利于煤粉的點(diǎn)燃著火，但太高會使著火初期氧量補(bǔ)充不足，不完全燃燒增加，控制不當(dāng)還會造成一次粉管積粉或燃燒器燒損，因此，合理的煤粉濃度對保證本系統(tǒng)的長期穩(wěn)定投運(yùn)至關(guān)重要。
通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鍋爐點(diǎn)火初期，在等離子點(diǎn)火方式下，B磨給煤量18～30t/h，一次風(fēng)量40～52km 3／h（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，下同）時(shí)，煤粉著火穩(wěn)定、火焰中心明亮，燃燒器噴口火焰穩(wěn)定，穩(wěn)燃特性較好。其中給煤量22 t/h，一次風(fēng)量43 km3/h，即煤粉濃度為0.4時(shí)的著火最為穩(wěn)定。
4.4磨出口風(fēng)溫對等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器著火特性的影響試驗(yàn)
根據(jù)燃燒理論，對于一次風(fēng)射流，其溫度越高，煤粉著火所需要的著火熱越少，煤粉越容易點(diǎn)燃。故在等離子點(diǎn)火裝置投運(yùn)時(shí)，盡量采用較高的磨煤機(jī)出口風(fēng)粉混合物溫度以利于燃燒。
在本鍋爐等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器試運(yùn)過程中，進(jìn)行了磨出口一次風(fēng)溫對煤粉著火特性的影響試驗(yàn)。試驗(yàn)中磨出口溫度的變化范圍為50～80℃，在相同的磨入口一次風(fēng)量下，隨著磨出口一次風(fēng)溫降低到60℃以下，煤粉著火有閃爍現(xiàn)象，且風(fēng)溫越低，閃爍越明顯；反之，隨著磨出口一次風(fēng)溫的提高，煤粉著火的穩(wěn)定性明顯改善。
在運(yùn)行中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際燃燒狀況，通過調(diào)整一次風(fēng)量和提高蒸汽加熱器汽源壓力來保證盡量高的磨出口一次風(fēng)溫，從而保證煤粉著火穩(wěn)定。
4.5煤粉細(xì)度對等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器著火的影響試驗(yàn)
煤粉細(xì)度對煤粉著火特性影響較大，煤粉越細(xì)，比表面積越大，溫升越快，著火越穩(wěn)定。在本鍋爐等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器試運(yùn)期間進(jìn)行了煤粉細(xì)度的調(diào)整試驗(yàn)，通過改變磨煤機(jī)出口的分離器擋板開度，改變煤粉細(xì)度。分別在分離器擋板開度為58°、50°、45°3種工況下進(jìn)行試驗(yàn)，現(xiàn)說明如下：
(1)當(dāng)磨煤機(jī)分離器擋板開度為58°時(shí)，煤粉能夠著火，但著火后火焰波動現(xiàn)象明顯，同時(shí)磨煤機(jī)最小出力也不易進(jìn)一步降低到20t/h以下；
(2)從燃燒器出口煤粉著火的情況分析，隨著磨煤機(jī)分離器擋板開度關(guān)小，著火穩(wěn)定性提高，火焰明亮，爐膛負(fù)壓穩(wěn)定；
(3)當(dāng)磨煤機(jī)分離器擋板開度為50。時(shí)，煤粉著火穩(wěn)定，磨煤機(jī)出力能達(dá)到55 t/h，可滿足設(shè)計(jì)的5臺磨帶滿負(fù)荷的要求；
(4)當(dāng)磨煤機(jī)分離器擋板開度為45。時(shí)，煤粉細(xì)度R90。太細(xì)(4.94%)，不利于長期運(yùn)行。
通過上述試驗(yàn)，建議將B磨分離器擋板開度設(shè)為50°，以利于煤粉著火及穩(wěn)定燃燒，并滿足鍋爐帶負(fù)荷的需求。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
4.6周界二次風(fēng)對等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器著火的影響試驗(yàn)
對于等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器而言，周界二次風(fēng)作用主要有兩個，首先是煤粉在燃燒器內(nèi)著火后，形成貼壁冷卻氣膜，對燃燒器壁面進(jìn)行冷卻，保證燃燒器不被燒損；其次是為著火后的煤粉射流補(bǔ)充燃燒所需氧量。
為了找出周界二次風(fēng)對等離子點(diǎn)火燃燒器著火特性的影響規(guī)律，試驗(yàn)中分別控制其周界風(fēng)開度為10%、20%、30%、40%、60%，現(xiàn)將試驗(yàn)結(jié)果說明如下：
(1)周界風(fēng)由10%逐步增加到40%時(shí)，從爐膛就地觀察，火焰剛度增強(qiáng)，火焰后部變亮，火焰長度增加，更接近爐膛中心；爐膛出口煙溫變化不大，煙溫探針測出的煙氣溫度為425～428℃。
(2)周界風(fēng)由10%逐步增加到40%時(shí)，燃燒器噴口著火穩(wěn)定，火焰明亮，測量的火焰溫度分別為1號：1160℃，2號：1250℃，3號：1080℃，4號：l180℃，火焰溫度基本不變。
(3)周界風(fēng)開度控制60%時(shí)，爐膛火焰電視畫面變暗，火檢信號強(qiáng)度變?nèi)�，爐膛負(fù)壓波動幅度增大，燃燒開始惡化。
由上述試驗(yàn)可以看出，合理控制周界二次風(fēng)對等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器的著火及穩(wěn)燃非常關(guān)鍵，建議在其投運(yùn)初期，周界二次風(fēng)門開度控制在10%～20%；待煤粉著火穩(wěn)定后，再逐漸開大至30%～40%，以利于煤粉的著火、穩(wěn)燃及燃燼。4.7應(yīng)用等離子煤粉點(diǎn)火燃燒器 高壓缸啟動方式的汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗(yàn)
2002年4月6日、4月23日，4號機(jī)組采用等離子煤粉點(diǎn)火燃燒方式啟動，進(jìn)行高壓缸啟動方式的汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)試驗(yàn)，通過試驗(yàn)成功地實(shí)現(xiàn)了等離子煤粉點(diǎn)火方式、無油運(yùn)行，鍋爐升溫、升壓，汽機(jī)沖轉(zhuǎn)、定速及發(fā)電機(jī)并網(wǎng)工作。
試驗(yàn)期間：鍋爐升溫、升壓過程中控制溫升速率為1.65℃/min，給煤量為22 t/h；汽機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，B磨給煤量最小18 t／h，無油槍投入，爐膛出口煙溫在470℃以下，再熱器沒有超溫現(xiàn)象發(fā)生。
5、結(jié)論
等離子煤粉點(diǎn)火系統(tǒng)在大唐盤電4號鍋爐應(yīng)用中，經(jīng)過試驗(yàn)研究和調(diào)整，成功實(shí)現(xiàn)了冷爐制粉、600 MW鍋爐點(diǎn)火初期無油直接啟動磨煤機(jī)及600 MW機(jī)組高壓缸啟動方式汽輪機(jī)的無油沖轉(zhuǎn)、定速，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)。
鍋爐等離子煤粉點(diǎn)火啟動過程中，爐膛火焰明亮，燃燒穩(wěn)定；升溫、升壓速率符合鍋爐冷態(tài)啟動曲線要求，受熱面金屬壁溫?zé)o超溫現(xiàn)象。
