1 鍋爐概況
大港發電廠一期2×328.2MW油改煤工程的鍋爐由上海鍋爐廠製造的亞臨界參數汽包爐，燃用煙煤。採用控制循環、一次中間再熱、單爐膛、四角切圓燃燒方式。燃燒器擺動調溫、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構、露天布置。鍋爐主要技術規範:主蒸汽壓力/溫度為17.6
MPa/541 ℃；主蒸汽流量為1 080 t/h；再熱蒸汽流量為878 t/h；再熱蒸汽溫度為541 ℃；再熱蒸汽壓力為3.5
MPa；給水溫度為294 ℃
燃燒系統採用美國燃燒工程公司（CE）的引進技術，燃燒器共設8層，其中煤粉燃燒器5層，輕油燃燒器3層。燃燒方式為爐內空氣動力場四角假想反向切圓。每個燃燒器採用周界風布置，一、二次風噴嘴間隔布置。燃燒層頂部設有消旋二次風(OFA)，以消除殘餘旋流。每個角的二次風箱分成12層，各自獨立由電動執行器控制。鍋爐配備5台ZGM95G型中速磨、直吹式制粉系統，煤粉粒度為R90=15%～40%。每台磨出口由4根風粉管道引至鍋爐的一層四角。鍋爐最大額定出力(BMCR)和經濟連續負荷(ECR)均為4台磨運行，另1台備用。磨煤機出力為32t/h。同時鍋爐配備了12隻輕油燃燒器，分為3層，全部燃油時可滿足30%BMCR負荷。全部的燃燒器採用可傾角調節，煤粉燃燒器上下擺動角度各為20°,二次風上下各30°，頂部OFA
手動上擺 30°、下擺6°。
鍋爐設計煤種是晉北煙煤，校核煤種為平朔煙煤。設計、校核煤種的工業分析和元素分析見表1。
表1 設計、校核煤種的工業分析和元素分析
項目名稱
設計煤種
(晉北煙煤)
校核煤種1
(平朔 煙煤)
校核煤種 2
(平朔 煙煤)
工業
分析
低位發熱量Qar.net/kJ·kg-1
22440
20770
22240
乾燥無灰基揮發分Vdaf/%
32.31
38.33
36.91
分析基水分Mad/%
2.85
3.37
2.61
全水分Mar/%
9.61
8.5
8.4
灰分Aar/%
19.77
23.02
19.29
收到基碳Car/%
58.56
53.56
57.80
元素
分析
收到基氫Har/%
3.36
3.58
4.01
收到基氧Oar/%
7.28
9.93
8.89
收到基氮Nar/%
0.79
0.91
0.97
收到基硫Sar/%
0.63
0.49
0.64
可磨係數HGI
57.64
60.00
58.00
2 等離子點火燃燒系統
2.1 等離子發生器工作原理
等離子發生器為磁穩空氣載體等離子發生器，它由線圈、陰極、陽極組成。等離子發生器結構圖如圖1所示。他們均採用水冷方式，其拉弧原理為：首先設定輸出電流為280～350
A，當陰極3和陽極2接觸時產生電弧，當陰極緩緩離開陽極時，電弧在線圈磁力的作用下拉出到噴管外部。在電弧的作用下一定壓力的空氣被電離為高溫等離子體，並在強磁場下成為具有穩定功率的直流空氣等離子體。該等離子體在燃燒器的一次燃燒筒中形成超過5
000 K梯度極大的局部高溫區，當煤粉顆粒通過該等離子「火核」時會受到高溫作用，並在1 ms內迅速釋放出揮發物，使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。等離子體可析出煤粉中的揮發分比通常情況下提高20%～80%，即等離子體有再造揮發分的效應。這對於點燃低揮發分煤粉有強化燃燒的作用。
1—線圈；2—陽極；3—陰極；4—電源
圖1 等離子發生器結構圖
2.2 等離子點火燃燒器
大港電廠等離子點火系統設計有4套等離子點火裝置，其中4支等離子燃燒器分別裝在鍋爐B層4支主燃燒器位置，替換鍋爐原有的煤粉燃燒器，等離子點火器安裝在燃燒器側面，4套電源控制櫃和隔離變壓器安裝在鍋爐0
m等離子間，由安裝在主控室立盤上的觸摸屏進行控制。單套等離子設備的基本參數列於表2。
表2 單套等離子設備的基本參數
項目
參數值
三相電源/V
380(-5％＋10％)
頻率/Hz
49～51
電弧電壓調節範圍/V
250(1-0.05)～400(1+0.05)
壓縮空氣壓力/MPa
0.1～0.4
點火器電功率/kW
110
冷卻水壓力/MPa
0.15～0.40
最大消耗功率/kVA
150
負荷電流工作範圍/A
（200～375）±2%
等離子發生器電源/V
460
冷卻水壓力(MPa)流量/t·h-1
0.15～0.40
8～10
一次風風速/m·s-1
18～28
冷卻水流量/t·h-1
8～10
大港電廠採用的等離子燃燒器既作為點火燃燒器又作為主燃燒器使用的內燃型燃燒器。等離子燃燒器在煤粉進入燃燒器的初始階段就用等離子弧將煤粉點燃，並將火焰在燃燒器內逐級放大，使其可在爐膛內無火焰狀態下直接點燃煤粉，從而實現鍋爐的無油啟動和無油低負荷穩燃。
等離子燃燒器示意圖如圖2所示。
圖2 等離子燃燒器示意圖
根據高溫等離子體有限能量不可能同無限的煤粉量及風速相匹配的原則設計了多級燃燒器。它的意義在於應用多級放大的原理，使系統的風粉濃度、氣流速度處於十分有利於點火的工況條件下，實現持續穩定的點火、燃燒過程。實驗證明，運用這一原理及設計方法可使單個燃燒器的出力從2
t/h擴大到10 t/h。
第一區為中心筒區。等離子發生器使煤粉顆粒破裂粉碎，從而迅速燃燒。該燃燒器出力為500～800 kg/h，其噴口溫度不低於1
200 ℃。設有第一級氣膜冷卻技術，避免了煤粉的貼壁流動及掛焦，同時又解決了燃燒器的燒蝕問題。
第二區為混合燃燒區。該區一般採用「濃點濃」的原則。環形濃淡燃燒器的應用使淡粉流貼壁而濃粉摻入主點火燃燒器燃燒。這樣做的結果既利於混合段的點火，又冷卻了混合段的壁面。在特大流量條件下還可採用多級點火。
第三區為強化燃燒區。在一、二區內揮發分基本燃燼，為提高疏鬆炭的燃燼率，採用了提前補氧強化燃燒措施。提前補氧可提高該區的熱焓進而提高噴管的初速，以加大火焰長度，提高燃燼率。
第四區為燃燼區。疏鬆碳的燃燼率取決於火焰的長度。隨煙氣升溫，燃燼率逐漸加大。
由於等離子燃燒器採用內燃方式，燃燒器的壁面要承受高溫，因此加入了氣膜冷卻風，以避免火焰和壁面直接接觸，避免煤粉的貼壁流動及掛焦。燃燒器的長期壁溫應控制在600
℃以內。
4 鍋爐點火啟動方式
.4.1 鍋爐安全監視系統中增加的邏輯
（1） 在鍋爐安全監視系統(FSSS)中，B磨煤機運行方式設計為「正常運行模式」與「等離子運行模式」2種模式，並可相互切換，從而實現了磨煤機FSSS邏輯切換功能；
（2） 正常運行模式運行時，B磨煤機維持原有的FSSS邏輯；
（3） 等離子模式運行時，B磨煤機FSSS啟動條件中增加了由等離子裝置可編程控制器送來的等離子發生器工作正常信號，同時略去點火能量滿足的條件；
（4） 等離子模式運行時，任意2角發生等離子裝置故障時，等離子控制器將信號送至FSSS，停止B磨煤機運行；
（5） 等離子模式B磨煤機運行時，B磨煤機跳閘，等離子點火器跳閘；
（6） 鍋爐主燃燒跳閘(MFT)時，等離子點火器跳閘並禁啟；
（7） B磨煤機跳閘信號與鍋爐MFT 2個信號「或」邏輯後送至等離子控制器S7－300；
（8） B磨煤機運行時，B層燃燒器的火焰保護仍採用鍋爐原有的火檢裝置，保護邏輯為「四取三」。
4.2 鍋爐點火過程中等離子燃燒器的試運情況
檢查B磨煤機冷態調試完畢具備投運條件時，將B磨煤機的出口分離器擋板角度調整至較小值。啟動1台等離子冷卻水泵，1台等離子冷卻風機。將鍋爐一層油槍的霧化片更換為額定出力為700
kg/h的小規格霧化片。鍋爐首次點火時首先進行各層油槍的調試工作，之後鍋爐點火。啟動鍋爐一次風機，關閉B磨煤機出口4號閘板門，調節B磨煤機入口風量，維持磨煤機出口一次風管風速在18～24
m/s範圍內。維持廠用蒸汽壓力在較高壓力（蒸汽母管壓力應大於1.2 MPa），打開B磨煤機熱風入口暖風器來汽閥門、疏水閥門，投運暖風器，對B磨進行暖磨。
按順序啟動1～3號等離子發生器，將電弧功率調節在110 kW左右。將B磨煤機的運行模式切換到「等離子運行方式」，在磨煤機滿足啟動條件的情況下啟動B磨煤機，磨煤機運行穩定后啟動B給煤機，使給煤量為15～16
t/h，同時注意維持磨煤機出口溫度在較高值。就地觀察等離子燃燒器的燃燒情況，調整一次風量，確定合理的一次風速及二次小風門開度，同時就地測量火焰燃燒溫度。
等離子燃燒器投運后應注意調整上層二次風，同時投入煙溫探針對爐膛出口溫度進行監測，防止再熱器系統及吹管臨時系統超溫。
當B磨運行在「等離子方式」、且3支等離子點火器中的1支發生斷弧時，光子牌將發出聲光報警。此時運行人員應及時投入斷弧點火器下層的油槍，同時檢查斷弧原因，如因陰極材料耗盡引起的斷弧時則應儘快更換陰極頭，恢復點火器的運行。
當B磨煤機運行在「等離子方式」下、且4支等離子點火器中的2支發生斷弧時，保護將停止B磨的運行，此時應仔細檢查斷弧原因，待問題解決后再進行試運。調整等離子裝置的電弧功率，確定等離子裝置的最低穩燃功率，在保證燃燒效果的條件下適當降低電弧功率，以盡量延長陰極的使用壽命。
根據機組試運要求增大或減小B磨煤機的出力，試驗等離子燃燒器配合型磨煤機的出力範圍，同時根據火焰燃燒情況，對一、二次風進行調整，逐步摸索運行經驗。根據四角燃燒情況，必要時可投入油槍支持。等離子點火系統的進一步試運工作可根據鍋爐吹管進度統一安排。等離子發生器冷卻水的壓力不低於0.3
MPa。等離子點火裝置入口的壓縮空氣的壓力要求不大於0.02MPa，每台等離子裝置的壓縮空氣流量約為1.0～1.5
Nm3/min。
5 1號鍋爐投入運行的情況
2005年3月20日，大港電廠1號鍋爐採用等離子無油啟動，為了保持適當的升溫升壓速度，採用B磨煤機3個角等離子點火器啟動的方式。
點火前汽包內壁溫度為51 ℃，送風量為460 t/h，B磨煤機初始煤量為13 t/h。等離子拉弧后投入B磨煤機，點火很成功，從火焰電視觀看火焰成亮白色。
運行中，等離子控制電壓在280～300 V之間，電流在300～320 A範圍內時運行最穩定，功率一般在90～110
kW。陰陽極的間隙在2.5 cm，壓縮空氣壓力需要手動就地調節在18～20 kPa，而且冷卻水要排空氣，以防止冷卻效果差而導致燒壞陰極和冷卻水壓力開關誤動。
等離子點火時磨煤機的狀態畫面如圖3所示。
6 運行中發現的問題
運行中，發現磨煤機冷風擋板漏風量大，等離子暖風器全開后磨煤機出口溫度仍是偏低，不利於等離子的燃燒。主要原因是冷風沒有加裝閘板，解決辦法就是降低一次風壓開大熱風擋板的開度。爐水溫度提高到150
℃后，預熱器出口一次風溫提高后此現象有所緩解。經驗表明：等離子點火時磨煤機出口溫度應在90 ℃以上，這樣才能使等離子燃燒器燃燒穩定。
等離子點火時一次風速不要太高，當18～21 m/s時燃燒器火焰較為穩定，當風速到25 m/s時火焰發暗燃燒明顯不好。等離子裝置的壓縮空氣的壓力要經常調節，使其不超過50
kPa。大港電廠的風壓在15～20 kPa。風壓太高容易吹滅電弧，風壓太低電弧又不能吹出，煤粉不能點燃，並且容易燒壞陰陽極。
等離子冷態進行無油點火，煤粉燃燒率在60%～70%，這時不要投入電除塵，並且要對尾部煙道、預熱器進行連續吹灰。
等離子點火裝置投入過程中，煤質的變化對等離子燃燒器燃燒的穩定性影響很大，採用揮發分大於30%、發熱量大於22000kJ/kg的煙煤時，等離子燃燒器火焰較穩定。
圖3 等離子點火時磨煤機的狀態畫面
7 結論
由於煤炭市場變化，電廠煤質下降，嚴重偏離設計值，因為影響了等離子點火裝置的投入率。儘管如此，1號爐168 h試運取得成功，總共用油僅200
t，節省燃油2 800 t。等離子點火裝置的使用，節省調試費用1 200萬元左右。
大港電廠一期使用等離子點火裝置以來，原來冷態起機要100 t輕柴油，現在冷態啟動機組用油不超過5 t；在燃煤品質好的情況下可以實現無油啟動。低負荷時投入等離子穩燃，可取消投油穩燃。等離子的應用降低了機組的燃料成本，帶來了可觀的經濟效益。
