等离子体点火器系统组成

等离子体点火器系统组成一、等离子发生器等离子发生器是用来产生高温等离子电弧的装置，其主要由阳极组件、阴极组件、线圈组件三大部分组成，还有支撑托架配合现场安装。等离子发生器设计寿命为5～8年。阳极组件与阴极组件包括用来形成电弧的两个金属电极阳极与阴极，在两电极间加稳定的大电流，将电极之间的空气电离形成具有高温导电特性等离子体，其中带正电的离子流向电源负极形成电弧的阴极，带负电的离子及电子流向电源的正极形成电弧的阳极。线圈通电产生强磁场，将等离子体压缩，并由压缩空气吹出阳极，形成可以利用的高温电弧。图5-3-1等离子点火器外形图（1）阳极组件阳极组件由阳极、冷却水道、压缩空气通道及壳体等构成。阳极导电面为具有高导电性的金属材料铸成，采用水冷的方式冷却，连续工作时间大于500小时。为确保电弧能够尽可能多的拉出阳极以外，在阳极上加装压弧套。（2）阴极组件阴极组件由阴极头、外套管、内套管、驱动机构、进出水口、导电接头等构成，阴极为旋转结构的等离子发生器还需要加装一套旋转驱动机构。阴极头导电面为具有高导电性的金属材料铸成，采用水冷的方式冷却，连续工作时间大于50小时。（3）线圈组件线圈组件由导电管绕成的线圈、绝缘材料、进出水接头、导电接头、壳体等构成。导电管内通水冷却，寿命为5年。二、等离子电气系统等离子发生器电源系统是用来产生维持等离子电弧稳定的直流电源装置。其基本原理是通过三相全控桥式晶闸管整流电路，将三相交流电源变为稳定的直流电源，其由隔离变压器和电源柜两大部分组成。电源柜内主要有由六组大功率晶闸管组成的三相全控整流桥、大功率直流调速器6RA70、直流电抗器、交流接触器、控制PLC等。等离子电源系统用隔离变压器参数：额定电压：0.38/0.36KV额定功率：200KVA额定频率：50HZ相数：三相接线方式：Δ/Y冷却风式：自然冷却绝缘等级：F绝缘水平：AC3/3温升：100K选用材料：30Q130冷轧有取向硅钢片、环氧树脂真空浇注.隔离变压器的主要作用是隔离。一次绕阻接成三角形，使3次谐波能够通过，减少高次谐波的影响；二次绕组接成星型，可得到零线，避免等离子发生器带电。三、等离子空气系统压缩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，需要压缩空气以一定的流速吹出阳极才能形成可利用的电弧。因此，等离子点火系统需要配备压缩空气系统，压缩空气的要求是洁净的而且是压力稳定的。压缩空气由空压机经过滤装置储气罐出口母管的管道分别送到等离子点火装置，等离子点火装置上的压缩空气管道上设有压力表和一个压力开关，把压力满足信号送回本燃烧器整流柜，入口的压缩空气压力要求不大于0.02MPa，每台等离子装置的压缩空气流量约为1.0Nm3/min-1.5Nm3/min。压缩空气系统中同时设计有备用吹扫空气管路，吹扫空气取自图像火检探头冷却风机出口母管，用于保证在锅炉高负荷运行、等离子点火器停用时点火器不受煤粉污染。图5-3-2压缩空气系统图四、等离子冷却水系统等离子电弧形成后，弧柱温度一般在5000K到30000K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。为了保证良好的冷却效果，需要保证冷却水压力不低于0.3MPa，冷却水温度不能高于30℃。为减少冷却水对阳极和阴极的腐蚀，采用除盐化学水作为冷却水。冷却水经母管分别送至等离子点火器，单个等离子点火器的冷却水用量约为10t/h，冷却水进入等离子装置后再分两路分别送入线圈和阳极，另一路进入阴极。回水采用无压回水，等离子点火器回水经母管流经换热器冷却后返回冷却水箱。等离子装置来水管道上设有手动调节阀，用于调整等离子点火器冷却水流量，同时安装有冷却水压力表、过滤器及压力开关，压力满足信号送回等离子整流柜。每台发生器来水管路装有压力开关，压力满足信号送至控制系统PLC，保证等离子点火燃烧器投入时冷却水不间断。图5-3-3冷却水系统图五、监控系统为了确保等离子燃烧器的安全运行，在燃烧器的相应位置安装了监视壁面温度的热电偶。安装位置如图5-3-4所示。热电偶的型号主要为K分度或铠装热电偶。图5-3-4壁温测量为了在等离子燃烧器运行时能够监测一次风速，控制一次风速在设计范围，在一次风管加装一次风速测量系统。六、图像火焰监视在DLZ-200等离子点火系统中为每个等离子点火燃烧器配置了一支高清晰图像火检探头。该探头采用军用CCD直接摄取煤粉燃烧的火焰图像，图像清晰，不失真。为使CCD避开炉内高温，每只探头均采用长工作距监测镜头，探头外层加装了隔热机构，有效阻断二次风传导热及炉膛辐射热。探头前部采用特种耐温玻璃，能抗1500℃熔融灰渣对镜面的冲刷，镜面长期光滑无损。每只探头均需通入冷却风，一方面冷却CCD和镜头，另一方面冷却风通过探头前端3通道风3组合弧形冷却风喷射机构，可避免飞灰、焦块污染镜头。技术参数：①探头风阻：进口风质P1=2000Pa时，冷却风风管Q=64Nm3/h②探头外径：φ69mm③CCD工作电压：U=12V/DC④输出信号：标准Pal制式视频信号⑤在冷却风正常工作情况下耐温1200℃1、等离子体点火器的运行启动前的主要冷态调整试验项目：(1)等离子燃烧器对应的一次风管流速标定；(2)上述一次风管预调平；(3)冷风蒸汽加热器蒸汽压力、温度、流量、风量、风侧阻力及出入口风温的调整试验；(4)等离子点火器拉弧试验。2、首次锅炉冷态点火启动（以A制粉系统为例）在第一次冷态点火启动时，投运等离子燃烧器无油点火并进行膨胀检查、热紧螺栓和吹管。在等离子燃烧器投入过程记录每一只等离子燃烧器从投煤到点燃的时间间隔，进行煤粉细度调整，确认煤粉细度和分离器挡板开度及一次风速的关系。其具体步骤如下：(1)启动一台一次风机，投入A磨暖风器，A磨煤机暖磨，待磨煤机出口风温至50℃；(2)投A磨给煤机，A磨布煤；(3)顺序启动4台等离子点火器，并调整电压、电流至最佳值；(4)启动A磨煤机，给煤量维持在最低出力下等离子燃烧器投入运行，根据着火情况，记录每一只等离子燃烧器从投煤到点燃的时间间隔；(5)进行制粉细度调整，确认磨煤机的最低出力，以及在最低出力下煤粉细度和分离器挡板开度及一次风速的关系等试验，调整各参数至最佳值；(6)逐渐使锅炉升压至0.5MPa，在此过程完成膨胀检查、热紧螺栓等工作；(7)根据锅炉升温、升压曲线，调整磨煤机的给煤量，完成不同出力下等离子燃烧器的性能调整试验。3、锅炉冷态启动（以A磨煤机为例）(1)启动引风机、送风机、一台一次风机；(2)投A磨给煤机，A磨布煤；(3)投入A磨暖风器，A磨煤机暖磨，待磨出口风温升至50℃；(4)顺序启动4台等离子点火器，并调整电压、电流至最佳值；(5)启动A磨煤机，给煤量维持最低出力，等离子燃烧器投入运行，根据着火情况，调整各参数至最佳值，着火稳定后，调整给煤量至适当出力运行；(6)根据锅炉升温、升压曲线，逐渐调整磨煤机的给煤量，观察炉膛出口烟温和炉内燃烧情况,如燃烧稳定,可继续增加出力,观察炉出口烟温是否超限(5380C),适当调整上层燃烧器喷入的的冷风量,完成汽轮机冲转、定速，发电机并网等工作；(7)逐渐调整磨煤机给煤量，机组升负荷至12%BMCR；(8)依顺序投运其他各层燃烧器、磨煤机，升负荷；(9)根据规程规定，投运等离子燃烧器以外的每只燃烧器之前，应先投对应的小油枪。待煤粉点燃着火燃烧稳定后立即将小油枪退出运行；(10)在锅炉达到50%负荷并且燃烧稳定时，依顺序将等离子点火器退出运行。4、机组滑停过程中等离子燃烧器的投入和停运（以A制粉系统为例）(1)机组降负荷至50％，维持三台磨煤机运行；(2)维持A磨煤机给煤量32t/h，按顺序启动1～4号等离子点火器，调节电弧功率在110KW左右；(3)根据汽温要求，逐步降低其它给煤机给煤量至最小，停磨；(4)根据汽温要求，逐步降A给煤机给煤量，发电机解列，汽轮机打闸，停A磨，锅炉熄火。5、等离子运行调节注意事项:(1)锅炉具备点火启动条件，引、送风机投入，相应的等离子燃烧器一次风速保持在18—20m/s；(2）等离子发生器拉弧稳定后，根据炉温及所燃煤种的好坏情况，调节电弧的电流及电压，使电弧功率稳定在90—110KW范围内(实际为85-90KW)；要防止投入功率的节跃，应采取：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，又能适应最大出力的要求。等离子燃烧器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）调整磨煤机出力和细度至最佳状态。降低中速磨煤机出力的措施：降低碾磨压力；调整分离器开度；适当减小一次风量，但风量的调整应满足一次风管的最低流速，中速磨最低风量应保证允许的风速，同时要注意磨煤机的振动情况。在等离子点火装置投运期间，磨煤机受最低煤量限制，投入的燃料量可能较大，要注意观察炉水和蒸汽压力升高的速度以及过热器、再热器的温升情况，根据锅炉升压、升温曲线，通过调整机组旁路系统阀门的开度，控制锅炉升压、升温速度，同时要防止锅炉壁温差超限及过热器、再热器在干烧阶段超温(4）加强炉内燃烧状况监视，实地观察炉膛燃烧，火焰应明亮，燃烧充分，火炬长，火焰监视器显示燃烧正常，如发现炉内燃烧恶劣，炉膛负压波动大，应迅速调节一次风速及给煤机转速，若炉膛燃烧仍不好，应停止等离子发生器，经充分通风，查明原因后重新再投；(5）调整等离子燃烧器燃烧的原则为：既要保证着火稳定，减少不完全燃烧损失，提高燃尽率，又要随炉温和风温的升高尽可能开大气膜或周界冷却风，提高一次风速，控制燃烧器壁温测点不超温，燃烧器不结焦，在满足升温、升压曲线的前题下，尽快提高炉膛温度，有利于提高燃烧效率；(6）等离子燃烧器都投入后，还需投入其他主燃烧器时，应以先投入等离子燃烧器相邻上部主燃烧器为原则，观察实际燃烧情况，合理配风组织燃烧；(7）机组并网带负荷后，根据燃烧情况及锅炉运行规程规定，将“点火”状态及时切换到“助燃”状态，一般到锅炉额定负荷的40%以上可退出等离子助燃；(8）要防止等离子燃烧器结渣和烧损，方法有：a.调整点火功率可调；b.调整风速；c.降低煤粉浓度；d.开大气膜风，而且气膜风的气源应采用冷风；e.加强壁温在线监视，若壁温过高应分析原因及时处理；(9）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；(10）在启停等离子电源所在母线上的大型设备时，要注意等离子不能断弧；(11）注意按时更换阴极头。6、等离子体点火助燃系统运行中的主要参数1）电源：三相电源380V频率：50±2%Hz最大消耗功率：250kVA负荷电流工作范围：（200~375）±2%A电弧电压调节范围：（250~400）±5%V2）压缩空气：最低气压：0.1MPa最高气压：0.4MPa空气压力调节范围：0.12~0.3MPa最小消耗量：60m3/h最大消耗量：100m3/h3）冷却水：最小压力：0.15MPa正常压力：0.20MPa最大压力：0.4MPa最大流量：10t/h4）水质要求：除盐水，温度≤40℃5）输粉管内风速（一次风）：最低风速：18m/s最高风速：26m/s最低风温：60℃6）等离子发生器功率范围正常运行80—120kW7）阴极寿命设计工况下不低于50h(易更换)8）阳极寿命设计工况下不低于1000h9）等离子燃烧器出力设计最低出力的100%—200%范围10）投粉后的着火时间中储式系统：投粉后不大于30秒直吹式系统：投粉后不大于180秒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六、火焰检测系统火焰检测器是锅炉燃烧器装置中的重要部件之一，它的作用是对火焰进行检测和监视。在锅炉点火、低负荷运行或有异常情况时防止锅炉灭火和炉内爆炸事故，确保锅炉安全运行。火焰检测系统的核心配置是火焰监测器即火焰检测开关。常见的火焰监测器有火焰棒，紫外线检测器和红外线监测器。火焰棒是利用火焰使空气电离导电的原理工作。将能耐高温的硅碳棒电极伸到火焰的根部，检测该点空气的电导。在没有火焰时，空气的电导率很低。但是在有火焰时，由于火焰能使空气电离，导电率变高。用电极测得这个导电率的变化值，就可以取得有无火焰的开关量信息。由于火焰棒必须直接伸入火焰，而且煤种的变化和燃烧方式的变化都会影响火焰棒的工作，因此该种火焰检测方式目前仅用于点火器上，用于检测点火器的火焰。红外线火焰检测器的敏感元件通常是光敏电阻或光电池。它们都对可见光和红外线敏感。由于红外线监测器会受到高温炉墙辐射的影响，不能直接利用火焰产生的红外线变化来区别火焰的有无，因此大多用检测火焰闪烁频率的方法来检测火焰。火焰燃烧时会发出不断闪烁的可见光，而且闪烁的频率在150HZ以上，用光电元件检测出火焰闪烁的频率，就可以根据转换后的电信息的频率变化得到火焰有无的开关量信息。紫外线火焰检测器的敏感元件是一个充满气体的放电管，火焰根部的紫外线能使放电管内气体电离而导通，根据放电管是否导通，就可以取得火焰有无的开关量信息。紫外线监测器能准确检测到火焰根部的紫外线辐射量而不会受紫外线辐射的影响，然而煤灰对于紫外线都有强烈的吸收能力，因此紫外线监测器在燃气的锅炉上使用的较多。图5-3-5油、煤粉、煤气、1650℃黑体的辐射强度光谱分布图火焰检测系统（以FORNEY为例）根据上海锅炉有限公司锅炉的技术特点，提供的一套完整的美国FORNEY公司RM-DR6101E火焰检测系统，每个煤燃烧器(单台炉共24只)都分别装设火焰检测扫描器IDD-IIU，以辨别煤燃烧器火焰，实现“一对一”检测。FORNEY公司新型的智能火焰检测器由绕性光纤组件（含外导管、内导管、安装管组件）、火检扫描器IDD-IIU、电缆组件和火检放大器RM-DR6101E组成。外导管组件固定在二次风箱内，该组件由金属软管、硬导管、冷却风进气管等组成。内导管组件在使用时插入外导管组件中，由光导纤维、金属软管、导管、螺母等组成。火检内导管组件采用多种隔热措施，内导管组件极端耐高温达400℃。在冷却风系统正常运行的情况下，火检内导管组件温度为50℃。图5-3-6火检结构图火检扫描器IDD-IIU将光信号转换成电信号,并进行预处理，通过4芯屏蔽电缆将火焰信号输出到火检放大器。RM-DR6101E火检放大器是一种可固定式双通道放大器，它由微处理器（CPU），存储器，模拟电路，串行通讯口，信号处理线路，电源控制回路构成。放大器将由火检扫描器来的火焰信号进行放大并加以处理。编程器与火检放大器的微处理器直接进行通讯，配有FORNEY公司自主开发的编程软件包以支持火检系统的诊断和调节参数。在解决火检“偷看”问题的主要技术措施从两方面进行考虑：首先通过精确的理论计算来提供最佳的火检安装位置，以便火检以最佳的方位进行看火；其次可通过设定煤的不同有火/无火门槛值及选择不同的增益来调整，以达到区分煤的不同火焰。FORNEY公司RM-DR6101E火焰检测系统具有正确监视各种火焰状态（如火焰频率、强度等），不发出错误信息，对燃烧器火焰检测回路有足够的灵敏度，对工况变化能进行有效的跟踪，具有根据工况变化选择不同参数设置功能，可对低光度有足够的响应，对各种干扰可进行可靠的逻辑处理，以达到正确识别的目的。火焰检测器的安装位置使其相邻的、对面炉膛反射的或相邻火焰的背景干扰处于最小。火焰检测器具有全电子自检系统,提供直观的火焰信号，系统故障时能发出火检系统故障信号，防止保护系统拒动或误动。火检故障开关量信号由放大器输出至DCS系统。燃烧器的火焰检测器有输出4～20mA信号,以表示火焰的强度。并有“有火焰”和“无火焰”的无源干接点信号及自检和故障信号输出。RM-DR6101E火焰检测系统火焰检测系统为检测器IDD-IIU与智能处理器RM-DR6101E是分体式产品，以保证含有CPU处理器的设备远离锅炉，确保火焰检测系统长期、可靠运行。具体检测原理如下图：图5-3-7火检检测原理信号处理器RM-DR6101E集中安装于放大器柜中(布置在电子设备间内)。放大器机柜