等离子点火装置

华能太仓发电有限责任公司2×600MW工程锅炉等离子点火燃烧系统构成及安装介绍幻灯制作：宋浩烟台龙源电力技术有限公司2005年
6月18日目录前言等离子点火器工作机理本工程设计方案等离子点火系统及安装要点结束语前言等离子
点火工作机理等离子点火机理DLZ-200型等离子点火装置是利用直流电流在介质气压条件下接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定
功率的直流空气等离子体，该等离子体在专门设计的燃烧器的中心燃烧筒中形成温度T＞5000K的，温度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，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，这样就大大地减少点燃煤粉所需要的引燃能量。
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。本系统核心设备－－等离子发生器、燃烧器分别介绍如下：１．等离子发生器：DLZ-2
00型等离子发生器为磁稳，空气载体等离子发生器，它由线圈、阴极、阳极等组成。其中阴极材料采用具有高导电率、高导热、耐氧化的金属
材料制成。阳极亦由高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成，它们均采用水冷方式冷却，能承受电弧高温冲击。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。其工作原理见等离子发生器原理图、等离子发生器外形图、
实物参考照片。【下一页】【目录】２．等离子燃烧器其主要结构如下：等离子燃烧器由等
离子发生器、中心筒一级燃烧室、内套筒二级燃烧室，方形外套筒等部分组成。【燃烧器示意图】【本工程正式图】中心筒一级燃烧室：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，产生大量挥发份并被点燃；内套筒二级燃烧室：挥发份及
煤粉继续燃烧，并将后续引入的煤粉点燃，实现分级燃烧；外套筒：利用高速含粉气流冷却二级燃烧室，同时将部分煤粉推入炉膛燃烧；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。该燃烧器的特点是：1）在内燃方式的基础上，利
用双筒结构将部分煤粉推至燃烧器出口，在炉膛内燃烧。内外筒形成同心双层并联通道，既能保证煤粉稳定可靠地点燃，确保点火过程中不爆燃、
不二次燃烧，降低飞灰含碳量；并利于冷却内筒筒壁，点火过程燃烧器不结渣、不烧坏。2）不影响主燃烧器的主要性能。首先是燃烧器出口气
流的动量矩基本不变和燃烧器出口流场不变，避免了在正常运行中引起结渣、超温、燃烧效率下降等问题；第二是燃烧器结构必须简单，阻力不
太大，能满足各燃烧器之间阻力匹配的要求；第三是燃烧器耐烧、耐磨，满足运行检修维护的要求；第四燃烧器的外形主要尺寸与原燃烧器相同，
便于布置和与系统接口。3）燃烧器的出力可以在一定的范围内变动，能满足启动曲线的要求，同时满足作为主燃烧器时出力的要求。从最大限
度的节约燃油的角度考虑，在设计上该燃烧器能满足在锅炉冷态点火时投入，锅炉升温升压速率能满足电厂运行规程的要求。【等离子燃烧器主要
设计参数表】等离子点火系统等离子点火系统由等离子燃烧器及其输粉系统，直流供电及控制系统，辅助系统和热工监控系统组成。【
系统参考图】。各辅助系统具体见第三部分：本工程设计方案【目录】等离子发生器原理图等离子发生器外形图点火器实物参考照片燃烧
器示意图本工程燃烧器图等离子点火燃烧器主要设计参数表等离子系统示意参考图本工程设计方案等离子燃烧器的布置将后墙下层
F磨对应的6台主燃烧器改造为兼有等离子点火功能的燃烧器。在锅炉点火和稳燃期间，该燃烧器具有等离子点火和稳燃功能；在锅炉正常运行
时，该燃烧器具有主燃烧器功能，且在出力方面及燃烧工况与原来保持一致。根据原主燃烧器的结构，等离子发生器采用轴向插入方式。【
参见前面】辅助系统辅助系统包括：冷风蒸汽加热系统、等离子载体系统、冷却水系统、图像火检系统。1、冷风蒸汽加热系统：本工程
锅炉冷态时采用蒸汽加热器产生热风进行冷炉制粉。冷风蒸汽加热器蒸汽参数：压力1.0~1.3MPa、温度250~300℃。在该参数下
热风温度能从常温加热到160℃。加热器布置在F磨煤机入口热风母管左端，为减少BMCR工况下的运行阻力加设暖风器旁路风道，旁路风
道加装电动关断门，暖风器投运时该门关闭，暖风器停运该门打开。【蒸汽加热器布置图】【蒸汽加热器蒸汽侧系统图】2、等离子载体风
系统载体空气是等离子电弧的介质，等离子电弧形成后，通过线圈形成的强磁场的作用压缩成为压缩电弧，需要高压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载体风系统，载体空气的要求是洁净的而且是压力稳定的。采用厂杂用压
缩空气为等离子发生器提供载体风。压缩空气经母管和支管分别送至锅炉的等离子发生器，其附近的仪表管路设有压力开关及手动阀门，电厂提供
气源压力为0.5～0.8MPa。【载体风系统图】单台等离子发生器用风量80～150Nm3/h。【下一页】

【目录】3、冷却水系统等离子电弧形成后，弧柱温度一般在5000K到10000K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。本工程冷却水取自电厂闭式冷却水系统，并增加两台7.5kW增压
泵增压。进水母管管径选用φ89×4mm不锈钢管，并通过φ45×3不锈钢管分别接入各等离子发生器；回水母管选用108×4mm不锈
钢管，回水回到原闭式冷却水回水母管。每个点火器进、出水都有阀门控制。【等离子冷却水系统图】单台等离子发生器最大流量：10t/h。
4、图像火检系统图像火检系统是用来监视等离子点火火焰的。在等离子燃烧器原窥视孔位置各安装一个带CCD摄像机的火检探头，其视
频信号送至集控室大屏幕。单只探头所需的冷却风量150Nm3/h。冷却风由专用火检冷却风机供给。【火检探头冷却风系统图】电气系
统四台等离子电源从400V母线段取，具体为从#5机380V锅炉PC两段上各取一个电源，一个电源各带两个隔离变。#5、#6
炉共用一套直流供电系统，由电气供电系统，隔离变压器和整流柜、切换柜四部分组成。【系统总图】等离子点火控制系统1、冷却水
点火器附近的冷却水管路上设有压力变送器及手动阀门，在等离子发生器前后压差大于0.2MPa，最大压力不超过0.75MPa,作为等
离子点火器操作条件，以保证点火器的安全。2、等离子载体在等离子点火器附近的载体风管路设有压力变送器以及手动阀门，在等离子发
生器前压力大于3kPa，作为等离子点火器操作条件，以保证点火器的安全。【下一页】
【目录】3、等离子点火器的控制等离子点火器的控制主要是对阴极的控
制。通过对阴极的调整，进行电压的调节，阴极通过整流柜对其控制。【热工电缆接线图】4、保护逻辑锅炉FSSS系统逻辑不作
根本性修改，炉运行时，燃烧器的火焰保护仍采用锅炉FSSS系统，燃烧器火焰“有/无”的判据等均由FSSS系统给出，并在判断灭火时跳
闸相应的磨煤机。仅对原有FSSS逻辑进行以下修改：(1)FSSS系统仅对等离子燃烧器对应磨煤机启动条件加入置工作方式的逻辑模
块，逻辑置“等离子模式”时，等离子发生器工作，由等离子燃烧器保持燃烧稳定，以便满足不投油枪，启动磨煤机的条件，此状态为燃烧器的
“等离子模式”；逻辑置“正常模式”时，等离子发生器停用，等离子燃烧器作为主燃烧器使用，此状态为燃烧器的“正常模式”。(2)在
主控室光子牌上增加1路“等离子点火装置故障”报警信号。(3)“等离子模式”运行时，有一个等离子点火装置出现故障,自动投入相对应
的油枪，有两个等离子点火装置同时出现故障，由FSSS跳闸相应的磨煤机。(4)锅炉MFT时，由锅炉FSSS系统送接点信号给等离
子控制系统，所有等离子点火器跳闸，并禁启。(5）在等离子点火模式下，磨煤机启动3分钟，如果检测不到火焰，就认为此层无火，跳相应
磨煤机。5、操作控制方式等离子控制系统由四台整流柜内S7-200、公用DCS、#5炉DCS、#6炉DCS组成。等离
子控制信号由S7-200采用硬接线方式送至公用DCS，再由公用DCS通过硬接线方式分别送至#5、#6炉DCS,由DCS等离子点
火系统进行操作。【目录】电气系统总图蒸汽加热器布置图蒸汽加热器汽侧系统图等离子载体风、火检探头冷却风系统图等离子冷却
水系统图等离子点火系统的运行等离子点火发生器的运行操作1、等离子运行主要参数：（1）电源：三相电源380-5％
V＋10％V；频率：50±2%Hz；最大消耗功率：200kVA；负荷电流工作范围：（300～330）±2%A；电弧电压调
节范围：（280～360）±5%V（2）载体空气：最低气压：4kPa；最高气压：8kPa；空气压力调节范围：5～7kP
a最小消耗量：80m3/h；最大消耗量：150m3/h（3）冷却水：最小压力：0.35MPa；正常压力：0.
5-0.65MPa；最大压力：0.75MPa；最大流量：10t/h；水质要求：除盐水，温度≤40℃（4）B磨参数：
最大出力：61.0t/h；最低出力：15.25t/h；基本通风量:71.47t/h等离子投入工况下B磨最佳参数：
（首次点火试验定）出力：10-15t/h；通风量：km3/h；出力和通风量成正比线性关系（5）等离子发生器功率范围
；正常运行80—120kW（6）阴极寿命：实际工况下不低于？h(易更换)（7）阳极寿命：设计工况下不低于500h（9）等离
子燃烧器出力：每角3-10t/h（10）投粉后的着火时间：投粉后不大于80秒【下一页】
【目录】（11）燃烧器壁温控制温度：小于600℃（12）煤粉浓度：0.36—0.
52kg/kg，最低不得低于0.3kg/kg（13）阴极和阳极之间距离：29-35MM（试验后进一步确定）2、操作画面介绍：【
参考画面1】【参考画面2】运行时，先合闸本角切换器（确定另一台炉本角切换器不在合闸状态）当本角切换器合闸后，切换器状态可以
在画面显示，当通讯正常，处于遥控位置，现场风压，水压以及画面上风压、水压信号显示正常，电流设定290A-320A，可以拉弧。首先
阴极自动前进，阴、阳极接触后，电流立刻增加，之后阴极后退，电压逐渐增加，阴极退到指定距离，拉弧结束，画面出现拉弧成功显示。3
、运行注意事项：锅炉点火之前火检风机必须投入，锅炉停止12小时后才允许停止火检风机。2台炉等离子系统电源为公用系统，当1台炉投
入使用，另一台炉禁止操作。触摸屏显示已切换到另一台炉，禁止本角操作。锅炉运行时增压水泵可以停止运行利用闭式循环本身的压力可以满足
系统的冷却。锅炉运行时现场载体风需要一直运行防止阴阳极污染。燃烧器壁温不能超过600度。当检修人员更换阴极头时运行人员禁止操
作，现场检修人员更换阴极头必须把现场本角冷却水进回水门、载体风门关掉。【下一页】
【目录】运行与控制调节等离子燃烧器的整套启动试运分为两个阶段进行：第一阶段：
在锅炉吹管过程中进行等离子燃烧器的启动和热态性能试验，验证燃烧器的点火和稳燃能力、单（只）角燃烧器断弧复燃能力、不同煤粉量下的燃
烧火焰温度测定、等离子燃烧器配合HP1003型磨煤机的出力范围试验及各项联锁和保护的可靠性。这一阶段调试的关键是确保初始投
入功率不超过允许的初始投入功率，点火过程不能发生爆燃和二次燃烧。第二阶段：在机组并网及以后的试运阶段进行等离子燃烧器投入及
第二台磨投入试验、在锅炉低负荷运行时采用等离子点火装置进行稳燃试验、采用等离子燃烧器点火时锅炉温升试验等。这一阶段调试的
关键是投入第二台磨能保证其对应的燃烧器被可靠的引燃并且不发生投入功率的节跃，满足启动曲线的要求。两个阶段的启动步骤和注意事
项如下：1、第一阶段：锅炉首次点火过程中等离子燃烧器的启动试运（吹管阶段）启动要尽可能做到无油，必须确认在无油点火无法进行时才
允许投入小油枪予热。严格按照运行规程要求的上水温度、上水时间对锅炉进行上水。启动之前必须投入底部加热装置，在炉水水温度达到10
0℃以后，再进行点火。检查B磨煤机冷态调试完毕具备投运条件，并将B磨煤机的出口分离器挡板角度调整至较小值（确认后给定值）。启动
锅炉一次风机，调节B磨煤机入口风量达最低通风量，尽量维持磨出口一次风管风速在18～20m/s左右。检查热风蒸汽加热装置的各项参数
必须与设计的启动工况相符。【下一页】【目录】维
持厂用蒸汽压力在较高压力（蒸汽母管压力应大于1MPa），打开B磨煤机热风入口蒸汽加热器来汽阀门、疏水阀门，投入蒸汽加热器运行，对
B磨进行暖磨，同时注意维持磨煤机出口温度≤80℃。调节等离子燃烧器二次风，维持风门在15％开度。停锅炉底部加热，按顺序启动1
～4号等离子发生器，调节电弧功率在100KW左右。将B磨煤机的运行模式切换到“等离子运行方式”，在磨煤机满足启动条件的情况下启动
B磨煤机，磨煤机运行稳定后启动B给煤机，给煤量16-18t/h，维持磨煤机出口温度在50～60℃。点火初期就地必须要有专人观察
等离子燃烧器的煤粉燃烧情况，记录各角从投煤至点燃的时间。当任何一个燃烧器超过80s未点燃应立即停止启动，进行全炉膛吹扫并分析未能
点燃的原因后再次启动。注意观察火焰的燃烧情况、电源功率的波动情况，调整一次风量、二次风门开度，确定合理的一次风速及二次风门开度
，做好事故预想，发现异常，及时处理。等离子点火燃烧器投入运行的初期，应注意进行二次风的调整，为控制温升，上部二次风门要适当开大
，注意观察、记录烟温探针的温度，防止吹管临时系统、再热器系统超温。以较小的升压速率进行锅炉升压，进行热紧螺丝、冲洗仪表管、锅炉膨
胀检查等工作。注意监视阴极的寿命显示值，对即将损坏的阴极及时处理。当B磨在“等离子方式”下运行、4支等离子点火器中的1支发生断
弧时，光字牌将发出声光报警，此时连锁保护将自动投入对应的油枪，运行人员应及时同时检查断弧原因，如因阴极耗尽引起的断弧应尽快更换阴
极头，恢复点火器的运行，并停运对应油枪。当B磨在“等离子方式”下运行、4支等离子点火器中的2支发生断弧时，保护将停止B磨的运
行，进行炉膛吹扫。此时应仔细检查断弧原因，待问题解决后再继续进行试运。调整等离子装置的电弧功率，确定等离子装置的最低稳燃功率，在
保证燃烧效果的条件下适当降低电弧功率，以尽量延长阴极的使用寿命。根据机组试运要求增大或减小B磨煤机的出力，试验等离子燃烧器配合
HP1003型磨煤机的出力范围，同时根据火焰燃烧情况对一、二次风进行调整，逐步摸索运行经验。【下一页】
【目录】发现炉膛负压波动较大、燃烧不稳等异常情况时，要及时调整，必要时投入油枪
支持。如果停止点火（例如某一阶段吹管结束），必须对所有一次风管进行吹扫。等离子点火系统的进一步试运工作根据锅炉吹管进度统一进行
安排。2、第二阶段：在机组并网及以后的试运阶段第二阶段点火初期的有关等离子系统操作步骤参考第一阶段，机组整体试验步骤根据机组
试运进度进行安排。这一阶段启动第二台磨时的注意事项：一般情况下B磨的等离子燃烧器的最大出力可以满足并网，第二台磨的启动可以在并网
以后进行。在燃烧器不超温的前提下，尽可能将等离子燃烧器出力加到最大，再投入第二台磨煤机。为保证第二台磨可靠的点燃，第二台磨投
入功率可略高于磨煤机的最低出力。在第二台磨煤机燃烧稳定后将第一台磨煤机的出力适当降低。磨煤机增加出力后应随时观察燃烧工况的变化
，对于煤质较好的煤种要防止燃烧器超温、结渣，对于煤质较差的煤种（灰分过高或水分较高）应防止燃烧恶化。磨煤机增出力的过程应严密监
视锅炉各项参数是否满足启动曲线的要求，如不能满足启动曲线的要求应立即采取措施加以调整。投入的第二台磨煤机的燃烧器，原则上应该是
与第一台磨煤机相邻或对应的燃烧器。特别对于螺旋管圈水冷壁其投入燃烧器的顺序应满足启动规程的要求，以防止造成水冷壁管超温。如发现
负压波动较大、燃烧不稳等，必要时可以投入油枪支持。待调整稳定后再停止油枪运行。当其燃烧的负荷超过最低稳燃负荷后，应逐次停止等离
子点火装置。当一台磨煤机的燃烧器不能投入时，如需继续投入其它的燃烧器必须确认一次风管中没有积粉，才可投入其它的燃烧器。【下一
页】【目录】3、等离子燃烧器的整套启动试运过程中的注意事项：
磨煤机各项运行参数必须与启动的设计工况相符。如果最低出力不能达到点火要求，应在吹管过程完成降出力试验。在点火前，要根据给煤量与磨
煤机入口风速等参数，做好风粉速度、煤粉浓度等重要参数的预想，并在点火的过程中，根据煤粉着火情况，有根据的加以调整。在整个启动过程
中，应对下列参数全过程进行跟踪：蒸汽加热器：蒸汽参数、热风参数（温度、风量、阻力）磨煤机：出入口温度、风量、出力启动曲线附图
1、附图2锅炉的膨胀空气予热器温度一、二次风出入口温度入炉煤质的工业分析，附表2飞灰及大渣的可燃物分析点火初期每半小时一次
，附表2对于启动过程应作全过程阴极头寿命记录（附表2－01），及其他的简况记录和存在问题的记录。当B磨煤机在“等离子运行方式”
下运行，4支等离子点火器中的1支发生断弧时，光字牌将发出声光报警，同时连锁启动该点火燃烧器对应的油枪，此时运行人员应及时检查断弧原
因，如因阴极材料耗尽引起的断弧应尽快更换阴极头，恢复点火器的运行。当B磨煤机在“等离子运行方式”下运行，4支等离子点火器中的2支
发生断弧时，保护将停止B磨煤机的运行，此时应仔细检查断弧原因，待问题解决后再继续进行试运。当锅炉负荷升至断油负荷以上且等离子点火
器在运行状态时，应及时将B磨煤机运行方式切至“正常运行方式”，防止因等离子点火器断弧造成B磨煤机跳闸。【目录】DCS参考画面
一【返回】DCS参考画面二【返回】结束语等离子点火系统有关情
况介绍完毕，请各位批评指正。谢谢大家！【目录】电缆接线图我公司的DLZ－200型等离子点火产品，是于
2000年通过国家电力公司的鉴定，鉴定结果认为“DLZ-200型等离子点火装置在220t/h燃用贫煤锅炉上直接点火及稳燃是成功的。
该成果解决了多项技术关键问题，达到了世界领先水平”。2003年9月又获得中国电力科学技术奖一等奖。目前，等离子点火及稳燃
技术已成功应用于百余台电站煤粉锅炉，适用煤种：贫煤、劣质烟煤、烟煤和褐煤；适用的机组容量：50MW、100MW、125MW、200
MW、300MW和600MW；适用的燃烧方式：切向燃烧直流燃烧器、墙式燃烧旋流燃烧器；制粉系统类型：钢球磨中储式、双进双出钢球磨直
吹式、中速磨直吹式和风扇磨直吹式制粉系统。采用等离子点火燃烧器点火和稳燃与传统的燃油相比有以下几大优点：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。【目录】【返回】【返回】【返回】【返回】【返回】含浓缩装置＜1000Pa燃烧器阻力7喷口温度按1000℃40～50m/s喷口风速60.25-0.45kg/kg煤粉浓度53-10.0t/h煤粉量4km3/h一次风量3等离子点火器投运状态60～70℃一次风温2等离子点火器投运状态20.0-26.0m/s一次风管风速1备注结果单位名称序号【返回】【返回】【返回】【返回】【返回】【返回】【返回】