等离子点火装置控制飞灰含碳量的研究分析.doc

等离子点火技术应用中控制飞灰含碳量的研究分析 摘要：等离子煤粉点火燃烧器，采用直流空气等离子体做为点火源，可点燃挥发份较低的贫煤，实现锅炉的冷态启动而不用一滴油，是未来火力发电厂点火和稳燃的首选设备。但是，投运等离子点火期间，飞灰含碳量升高导致一些问题也随之出现，严重影响机组启动调试的安全性，甚至有酿成重大安全事故的隐患。因此，本文以国华沧东1号机为例，对采用等离子点火技术的机组出现的问题进行初步分析，并对如何控制飞灰含碳量的措施和方法进行探讨，以便提高采用等离子技术点燃的煤粉锅炉经济、高效、安全、环保。关键词：等离子、煤粉炉、氧量、风速、燃尽率。1、等离子技术介绍1.1 等离子点火机理 本装置利用直流电流（280-350A）在介质气压0.01-0.03Mpa的条件下接触引弧，并在强磁场下获得稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T大于5000K的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，并在几毫秒内迅速释放出挥发物，并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，这样就大大地减少促使煤粉燃烧所需要的引燃能量。2.2 等离子发生器工作原理本发生器为磁稳空气载体等离子发生器，它由线圈、阴极、阳极组成。其中阴极材料采用高导电率的金属材料或非金属材料制成。阳极由高导电率、高导热率及抗氧化的金属材料制成，它们均采用水冷方式，以承受电弧高温冲击。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。其拉弧原理为：首先设定输出电流，当阴极前进同阳极接触后，整个系统具有抗短路的能力且电流恒定不变，当阴极缓缓离开阳极时，电弧在线圈磁力的作用下拉出喷管外部。一定压力的空气在电弧的作用下，被电离为高温等离子体，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。2.3 等离子燃烧机理根据高温等离子体有限能量不可能同无限的煤粉量及风速相匹配的原则设计了多级燃烧器。它的意义在于应用多级放大的原理，使系统的风粉浓度、气流速度处于一个十分有利于点火的工况条件，从而完成一个持续稳定的点火、燃烧过程。实验证明运用这一原理及设计方法使单个燃烧器的出力可以从2T/H扩达到10T/H。在建立一级点火燃烧过程中我们采用了将经过浓缩的煤粉垂直送入等离子火炬中心区，10000的高温等离子体同浓煤粉的汇合及所伴随的物理化学过程使煤粉原挥发份的含量提高了80%，其点火延迟时间不大于1秒。点火燃烧器的性能决定了整个燃烧器运行的成败，在设计上该燃烧器出力约为500-800kg/h，其喷口温度不低于1200。另外加设了第一级气膜冷却技术避免了煤粉的贴壁流动及挂焦，同时又解决了燃烧器的烧蚀问题。该区称为第一区。第二区为混合燃烧区，在该区内一般采用“浓点浓”的原则，环形浓淡燃烧器的应用将淡粉流贴壁而浓粉掺入主点火燃烧器燃烧。这样做的结果既利于混合段的点火，又冷却了混合段的壁面。如果在特大流量条件还可采用多级点火。 第三区为强化燃烧区，在一、二区内挥发分基本燃尽，为提高疏松炭的燃尽率采用提前补氧强化燃烧措施，提前补氧的原因在于提高该区的热焓进而提高喷管的初速达到加大火焰长度提高燃尽度的目的，所采用的气膜冷却技术亦达到了避免结焦的目的。第四区为燃尽区，疏松碳的燃尽率，决定于火焰的长度。随烟气的温升燃尽率逐渐加大。2、等离子点火飞灰含碳量高原因分析等离子点火时产生的温度虽高，但在冷态启炉时热强度不够，因此会造成煤粉燃尽率低，加之煤种的不同，具体设备安装及运行工况也不同因素，沧东发电公司第1次用等离子点火启动后，锅炉飞灰含碳量达到42%。主要原因有:2.1. 等离子点火只是把煤粉中的挥发分迅速电离出来并点燃，进而引燃部分煤粉，而固定碳的完全燃烧取决于炉膛温度水平。在点火初始阶段，由于炉温较低，煤粉不能完全燃烧。2.2 磨煤机刚启动时，为满足锅炉升温、升压速率的限制及保护整个吹管阶段的再热器，炉膛烟温控制的比较低，所以初始给煤量比较低，因此煤粉浓度低，着火情况不够理想。2.3 由于燃烧煤种含硫量较高且易于结渣，因而在点火初期采用较高的一次风速，减少了煤粉在高温等离子体区间停留时间，造成燃烧不充分而引起机械不完全燃烧热损失的增加。2.4 由于设计煤种不同而采取的不同等离子点火装置的设计、安装、调试等原因引起的飞灰含碳量增加。3、控制等离子点火飞灰含碳量的技术措施分析为了防止飞灰可燃物浓度高造成的锅炉尾部烟道再燃或预热器、除灰设备着火等重大事故，通过分析研究，采取一系列措施，尽可能提高等离子点火初期煤粉燃尽率，从而降低飞灰含碳量。3.1 优化设备设计、安装和调试优化等离子点火技术的设计，使之更加适应不同煤种和不同工况。同时在设备安装调试时加大技术和人力投入，保证设备原设计工况运行。尤其对磨煤机各一次风粉管的风速进行调平(风速偏差小于士5%)，同时在热态时对各管风速进行微调，确保各管煤粉浓度基本一致。3.2 降低煤粉细度R煤粉细度对等离子煤粉点火燃烧器的着火特性有很大的影响，煤粉越细，升温越快，燃尽率越高。因此在点火试运期间进行了煤粉细度的调整试验，改变磨煤机出口的分离器挡板开度和煤粉细度。将A磨煤机分离器挡板开度从初始的50%调到32%后，煤粉细度R从4000降到2000，此时煤粉着火稳定性明显提高，火焰明亮，炉瞳燃烧状况良好，由于燃煤挥发分高(Var30%)、容易结焦且分离器挡板关小后将导致磨煤机的出力降低，因此不能再减小挡板开度。3.3 合理降低一次风速一次风速的合理选择对煤粉燃烧状况至关重要。由于神华煤易于结渣，当一次风速较低时，将引起燃烧器结焦、烧损甚至一次风管堵塞等问题。因此在试运初期应用等离子点火时，采用较高的一次风速就导致煤粉经过等离子弧核区的时间相对较短，煤粉着火情况较差，飞灰含碳量高。通过分析认为，点火初期含粉气流浓度较低(一般只为20%左右)，燃烧器结焦、风管堵粉的可能性极小，在后续点火时控制一次风速小于19m/s，并适当提高点火功率，待点燃后再适当提高一次风速。从实际燃烧情况看，调整一次风速为18-19m/s(磨煤机入口风量为68 t/h左右)后，煤粉着火稳定、火焰中心变亮，未出现结焦现象，既可以保证煤粉着火稳定、燃尽率高，又可保证燃烧设备安全、稳定运行。同时点火稳燃后，一次风速不宜高于28 m/s，否则将使燃烧效率下降，飞灰可燃物大幅度增加。3.4 提高磨煤机出口温度磨煤机出口温度对等离子煤粉点火燃烧器的着火特性有很大影响，一次风温度越高，煤粉着火所需要的着火热量越少，煤粉越容易燃尽。因此等离子点火装置投运时，应尽量提高磨煤机出口风粉混合物的温度。启动磨煤机时增加暖磨时间，将磨煤机及一次风管充分暖透，再启动制粉系统，炉内火焰明亮、无闪烁，煤粉燃烧状况良好。3.5 尽快提高炉膛温度冷态启动的准备工作应充分，在满足升温、升压曲线的前提下，应尽早投入其它燃烧器，尽快提高炉膛温度，随着热风温度及炉膛温度的升高，喷口火焰明显变长、变亮，煤粉燃尽率得到显著提高。采取上述各种措施后，锅炉飞灰可燃物含量大幅下降，点火初期只为25%左右，投人第2台磨煤机后，飞灰含碳量低于15%，进一步减少了因飞灰积聚而导致的锅炉尾部烟道二次燃烧、预热器和除灰设备着火等事故的发生。在等离子冷炉点火初期，要尽量控制飞灰可燃物含量在25%以内。如含量偏高，应适当调整一、二次风量、磨煤机出力、煤粉细度等，尽可能改善燃烧状况，防止风、煤配比不当。尽量避免油、