等离子点火装置在电厂中的应用及维护

李兆岭（大唐山东检修运营有限责任公司,山东 青岛 266500）

等离子点火装置在电厂中的应用及维护

李兆岭
（大唐山东检修运营有限责任公司,山东 青岛 266500）

摘 要：介绍了等离子点火器的工作原理及系统组成，结合在黄岛电厂5、6号机组的应用，分别从系统设备、策略控制、检修维护等方面进行了分析，对等离子点火的应用有推广借鉴作用。

关键词：等离子;燃烧器;控制;维护

黄岛电厂三期工程5、6号锅炉为660MW超临界参数，单炉膛，露天布置，固态排渣锅炉，设计煤种为兖州烟煤，制粉系统型式采用中速磨正压冷一次风机直吹式制粉系统。在锅炉安装阶段，将最下面的一层燃烧器（Α层）改装为等离子点火装置。在其汽轮机冲转、机组并网、电气试验和机组稳燃等许多阶段锅炉燃烧以等离子燃烧器为主，油枪作为备用，为公司节省大量的燃油，取得不错的经济效益。并且在点火期间能够尽早的将电除尘投运其中，从而达到明显的环保效益。

1 等离子点火装置的运行原理

等离子体发生器中由线圈、阴极和阳极组成了磁稳空气载体等离子体发生器。其中阴极采用的是高导电率的金属材料；阳极采用的是高导电和高导热以及强抗氧化的金属材料，在制作方面二者均采用的是水冷方式，以此来提高电弧高温冲击的承受力。线圈在达到250℃高温的情况下，其抗击穿能力可达抗2000V的直流电压，电源是采用具有恒流性能的全波整流电。

图1 等离子点火器工作原理图

拉弧原理：设定输出的电流量，在阴极3向前行进到与阳极2接触之后，系统在整体上具有很强的抗短路能力，且电流恒定。在阴极离开阳极时，二者之间产生电弧，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3000K以上，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。

2 系统、设备布置

黄岛电厂的5、6号锅炉燃烧为四角切圆，布置6层煤燃烧器。制粉系统为6台MPS190HP-Ⅱ中速磨煤机，每台磨煤机在将煤制粉后将其分4个煤粉管送至一层中不同的4个煤粉燃烧器。其中Α磨煤机是第一层燃烧器。在安装阶段，将锅炉Α磨煤机对应的4台燃烧器（浓、淡燃烧器）拆卸后，在浓喷嘴位置安装等离子点火煤粉燃烧器，浓侧风室风箱隔板下移158mm，淡煤粉喷嘴拆卸后用堵件将风箱出口堵住，其他不做改动。改造后的燃烧器后端弯头处设置安装等离子发生器，锅炉点火启动时，其产生的电弧将其通过的煤粉直接点燃；锅炉运行时，该燃烧器也可作为主燃烧器使用，并且对其锅炉的性能方面不会造成任何影响。

2.1 机务设备

（1）等离子点火器4台。

（2）等离子燃烧器4台。

（3）ΑC 380V 7.5KW高压离心冷却风机2台。

（4）ΑC 380V 7.5KW离心式冷却水泵2台。

（5）蒸汽加热器（暖风器）1套。

2.2 电气部分设备

（1）ΑC 380V 200KVΑ隔离变压器4台。

（2）整流柜4个。（每个柜内装PLC、直流调速器各一台）

设有专用的等离子PC段为4台隔离变压器提供一次电源。整流柜内PLC与主PLC采用通讯连接。

2.3 热控部分设备

（1）主PLC（S7-300）控制柜1套。

（2）图像火检探头4套。

（3）风速测量装置4套。

（4）壁温监测装置4套。

控制主PLC与DCS间采用通讯方式连接，利用DCS的操作员站实现等离子点火系统的监控及操作。为保证系统的可靠性，如启动、停止、起弧成功、MFΤ、磨煤机跳闸等重要信号采用硬接线的连接方式与DCS连接。

图像火检探头视频信号送至4画面分割器，经处理后合成一路，送到主控室全厂闭路电视系统，监视设备在启动电火和正常运行过程中的火焰燃烧情况。

3 等离子点火装置的控制系统

3.1 等离子点火器的控制

等离子点火器的控制主要是对阴极及整流器电流的调节，由整流柜内PLC（S7-200）控制。整流柜分本控和遥控两种控制方式，当处于本控时可由整流柜上的按钮进行阴极进退、电流增减调节；处于遥控时，所有操作全部由主PLC（S7-300）和DCS操作界面完成。整流柜PLC中设有等离子点火器的保护逻辑及启动允许逻辑。

（1）当电源柜风扇正常、整流正常、通讯正常、等离子冷却水压满足、等离子载体风压满足并且无MFΤ、无磨煤机跳闸信号时，允许启动相对应的等离子点火器。

（2）当电源风扇故障、整流故障、通讯故障、等离子冷却水压不足，等离子载体风压不足、MFΤ或磨煤机跳闸中有任一条件发生时，则发出相对应角等离子点火器断弧信号，终止点火。

3.2 DCS保护逻辑

（1）在FSSS中将Α磨粉机设置为“正常运营”和“等离子运行”两种模式，在运行过程中二者进行相互切换，从而实现磨煤机的FSSS逻辑切换。其中，当“正常运行”模式处于运行状态时，其磨煤机保持原有的FSSS逻辑。

（2）等离子控制柜将4个无源接点信号发送至FSSS系统，代表其等离子电火设备正常运行。在“等离子运行”模式处于正常运行状态时，其磨粉机的FSSS系统中会增加4台等离子点火器的运行条件。

（3）主控室增设“等离子点火装置故障”信号，当系统运行时，其中任意一个电火设备发生异常或是故障，其主控DCS会将信号发送至主控室，发出警报。当Α磨煤机处于“等离子运行”模式时，其中任意一角的电火设置出现异常或故障时，其DCS将关闭相应的磨煤机出口。

（4）当Α磨煤机处于“等离子运行”模式时，其中任意两个装置出现故障，其联锁装置装置将Α磨煤机停机；当Α磨煤机在运行过程中出现跳闸故障，其联锁点火装置同时跳闸。

（5）当锅炉发生MFΤ故障时，等离子点火器将全部跳闸，并禁止启动。

（6）当Α磨煤机处于正常运行状态，其Α层的燃烧器火焰保护仍采用原有装置，且炉膛内的灭火保护逻辑也不变。

4 系统的维护、检修

等离子点火装置系统的维护和检修要根据等离子点火燃烧器的调试运行状况来进行，在维护和检修的过程中要注意以下几方面问题。

（1）阴极和阳极是等离子点火装置的主要组成部件，而且是导电元件，直接影响等离子的稳定性。阴极的使用寿命为50小时，当使用超过30小时后应加强监视，以便及时更换。更换阴极时应仔细查看阴极的冷却水管路是否正常，若冷却水管内生锈或有水垢要进行及时的更换，以保证冷却水管的畅通。

（2）在装入阴极之前，要检查磁环，要确保磁环境的清洁、完好。磁环境的清洁状况是极其重要的，其磁环境一旦受到污染、破坏，会导致绝缘电阻的性能下降，在拉弧时容易被产生的电压击破。当绝缘电阻被击穿之后，阴极会向阳极的支架产生电流，导致支架被烧毁，装置故障或报废。

（3）等离子在运行过程中经常出现灭弧现象，其主要原因是等离子载体风中含水含油且压力波动大，所以正常运行时载体风必须经过油水分离器和干燥器。

（4）为提高阴极使用寿命，原设计冷却水压力0.4MPa，载体风压力10-15KPa，

在实践中将冷却水压力调整为0.5 MP a，载体风压力为5-7 KP a，充分保证了等离子燃烧器安全稳定运行。

（5）等离子发生器进回水管路要防止漏水，冬天应注意防冻。

（6）等离子整流柜及其主PLC控制柜，在进行大小修检时应对PLC的卡件进行吹灰处理，并对其接线的端口加固。

（7）在阳极或阴极修检、更换之后，要对装置进行拉弧试验，以检测设备是否检修完整，若拉弧失败则要进行及时的检查、处理。在确认检修完成投入使用之后，在其运行期间也要对其进行定期的试验检查，以确保设备的安全、正常、顺利的运行。

5 结论

黄岛电厂5、6号炉等离子点火燃烧器的应用是非常成功的，有望实现冷态无油点火，电除尘尽可尽早投入使用，并且满足锅炉运行过程中的升温、升压要求，具有明显的经济环境效益。

参考文献：

[1]烟台龙源.DLZ-200系列等离子体发生器说明书[S].

[2]吴必科.锅炉等离子点火燃烧器的应用[J].广东电力,2004,3(17):70-80.

作者简介：李兆岭(1984-)，男，山东青岛人，本科，研究方向：电厂热控设备的工程施工和电气设备检修。