等离子点火系统应用维护手册.doc
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1、等离子点火系统应用维护手册QB/LYBLAZE洛阳博耐特工程技术有限公司企业标准QB/LYBLAZE-DLZSYS01-2006烈火-型等离子燃煤点火系统使用与维护说明书2006-09-01发布 2006-09-01实施洛阳博耐特工程技术有限公司 编制目 录安全说明.0第一章 绪论.1第二章 等离子点火系统主要构成部分.2第三章 等离子点火系统主要设备原理介绍.3第四章 等离子点火系统的安装.20第五章 等离子点火系统的调试.25第六章 等离子点火系统的维护.33安全说明本说明书声明: 列出了等离子点火煤粉系统安全和可靠运行所需的所有措施,对特殊的应用,可能需要附加补充资料和说明书,如果遇到这
2、种情况,请与洛阳博耐特公司最近的办事处或直接与本部联系:以求技术支援;如果在修理等离子点火煤粉点火系统设备时使用了未经厂家认可的零件,或是由不具备资格的人员进行不正确的操作将会增加出现危险的机会,这将导致事故的发生与设备损坏。 本手册所有安全提示请严格遵守。 请仔细阅读本说明书所提供的安全信息。警 告! 在设备运行过程中,等离子发生装置将处于高压带电状态,切勿触摸!否则,将导致死亡和严重的人身伤害! 等离子发生装置外部有安全防护罩隔离保护,防护罩内部为电气,冷却水和压缩空气的进、出接口,此部位有可能引发故障,非专业维护人员切勿接近。 正确合理的运输和保管方式,以与正确的连接、操作、安装和维护蚀
3、本装置成功和安全的首要条件,只有熟悉本使用说明书所包括的安全注意事项,结构安装,操作以与维护说明的人员才能从事本装置的工作。 即使是在等离子发生装置不工作时,开关柜与隔离变压器亦会带有危险电压,非停电状态,切勿进行任何工作;在从事任何维护和修理工作之前,电源柜所有电源必须切断并挂警示牌! 第一章 绪 论大型工业煤粉锅炉的点火和稳燃传统上都是采用燃烧重油或天然气等稀有燃料来实现的,近年来,随着世界性的能源紧张,原油价格不断上涨,火力发电燃油愈来愈受到限制。因此锅炉点火和稳燃用油被做为一项重要的指标来考核,为了减少重油(天然气)的耗量,传统的做法是提高煤粉的磨细度,提高风粉混合物和二次风的预热温度
4、,采用预燃室燃烧器,选用小油枪点火等等措施来较少燃油消耗,但始终不能达到解决根本问题的目的,若要进一步减少燃油到最终不用油,必须采用与传统上完全不同的全新工艺,这种工艺应既可保证提高燃烧过程的经济性,又可以改善火电厂的生态条件。洛阳博耐特工程技术有限公司开发的烈火-型等离子煤粉点火装置,采用直流空气等离子体做为点火源,可点燃挥发份较低的(7%)无烟煤,实现锅炉的冷态启动,是未来火力发电厂点火和稳燃的首选设备。采用等离子点火设备,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
5、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。第二章 等离子点火系统主要构成部分等离子煤粉点火系统由等离子点火设备与其辅助系统组成;其中等离子点火设
6、备由:1、 等离子发生器2、 等离子燃烧器辅助系统由:1、 压缩空气系统、2、 冷却水系统、3、 供配电与电源控制系统(含数字控制电源模块、隔离变压器、电抗器等)4、 图像火检系统、5、 一次风速在线检测系统、6、 热控系统、7、 冷炉制粉系统等组成。如下图1所示:图1 等离子点火系统基本构成图第三章 等离子点火系统主要设备原理介绍3.1 等离子发生器工作原理 利用直流电(500A)将以压缩空气为介质的气体(气压0.04-0.06Mpa)的电离后,产生功率稳定切可调、定项流动的直流空气等离子弧,该等离子体在燃烧器的一次燃烧筒中形成T5000K的梯度极大的局部高温区,煤粉颗粒通过该等离子“火核”
7、受到高温作用,并在10-3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E(E等=1/6E油)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,除此之外,等离子体对于煤粉的作用,可比通常情况下提高20% 80%的挥发份,即等离子体有再造挥发份的效应,这对于点燃低挥发份煤粉强化燃烧有特别的意义。图2.1 等离子发生器工作原理图本
8、发生器使用空气作为载体来产生高等离子电弧,它由阴极、阳极、冷却水腔和压缩空气腔等组成。其中阴极材料采用高导电率的特殊航天金属材料制成。阳极由高导电率、高导热率与抗氧化的特殊金属材料制成,它们均采用水冷方式,以承受电弧高温冲击。电源采用全波整流并具有恒流性能。其拉弧原理为:在阴阳极之间加500V直流电,再通过高压点火电路产生瞬时高压,电离阴阳极之间的压缩空气,产生等离子体;被电离的高温等离子体电弧在压缩空气作用下喷出。形成T5000K的高温火核。 3.2 等离子燃烧器3.2.1 点火原理等离子燃烧器是借助等离子发生器的电弧来点燃煤粉的煤粉燃烧器,与以往的煤粉燃烧器相比,等离子燃烧器在煤粉进入燃烧
9、器的初始阶段就用等离子弧将煤粉点燃,并将火焰在燃烧器内逐级放大,属内燃型燃烧器,可在炉膛内无火焰状态下直接点燃煤粉,从而实现锅炉的启动和低负荷稳燃。 3.2.2 等离子燃烧器设计原理根据高温等离子体有限能量不可能同无限的煤粉量与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与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与所伴随的物理
10、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。等离子燃烧器一次风气膜风等离子弧周界风风箱中心筒撞击式浓淡块等离子发生器图3.1 等离子燃烧器设计原理图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3t 9t/h,其喷口温度不低于1200。另外我们加设了第一级气膜冷却技术避免了煤粉的贴壁流动与挂焦,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
11、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。如图3.1所示。为了扩大燃烧器对一次风速的适应范围,等离子燃烧器的最后一级煤粉燃烧区不在燃烧室内燃烧而直接进入炉膛,因为煤粉燃烧后的热量使得空气体积迅速膨胀,受燃烧器内空间的限制,燃烧室内的风速会成倍提高,造成火焰扩散的速度小于煤粉的传播速度而使燃烧不稳,当采取前面所述措施后,有利于减小燃烧室内的风速,使燃烧稳
12、定。实际的运行实践证明:采用最后一级煤粉进入炉膛内燃烧的结构,燃烧的稳定度大大提高,对风速的要求降低了30%,煤粉的然尽度也大大提高。 3.2.3 等离子燃烧器设计方案根据锅炉的实际情况,考虑锅炉等离子煤粉点火过程中炉膛出口烟温的控制,磨煤机入口冷炉制粉蒸汽加热器的布置、燃烧器内部一次风改造量少等因素,设计将锅炉下层4台煤粉燃烧器改造为兼有等离子点火功能的等离子点火燃烧器。等离子点火煤粉燃烧器的各项外形尺寸完全按照锅炉原有的煤粉燃烧器接口尺寸设计,将原煤粉燃烧器从后部拉出后,可将等离子点火煤粉燃烧器直接推进就位,燃烧器前端与锅炉水冷壁平齐,后端与一次风管道弯头通过法兰连接。燃烧器侧面装有等离子
13、发生器,内部由一级燃烧室、二级燃烧室等部分组成。浓淡分离装置:燃烧器入口管段加装浓淡分离装置,使一次风分成浓淡两股气流,浓相进一级室,淡相进二级室。 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,产生大量挥发分并被点燃;二级燃烧室:挥发分与煤粉继续燃烧,并将后续引入的煤粉点燃,实现分级燃烧;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。等离子点火燃烧器的一级、二级燃烧室均利用其外层的冷一次风进行冷却,以保证燃烧器的安全运行。燃烧器本体的材质选用耐热钢,可耐受1050以上的高温,在其局部关键部位安装有热电偶,供运行人员监视
14、燃烧器的运行情况,防止燃烧器超温、结焦。等离子点火燃烧器的主要性能参数如下表序号项 目单 位数值备注供粉量t/h412实验实测值煤粉浓度kg/kg0.20.6计算值一次风温-5/230冷、热态一次风速m/s1625二次风温-5/340冷、热态喷口流速m/s5565估算喷燃器壁温度800实测值如图3.2所示,为电厂实际使用的燃烧器示意图,煤粉的浓度影响煤粉的着火温度,在点火区适当提高煤粉浓度有利于点火。等离子燃烧器内通过采用撞击式径向浓缩环获得点火区的相对较高浓度。由于等离子燃烧器采用内燃方式,燃烧器的壁面要承受高温,因此加入了气膜冷却风(如图3.1所示),避免了火焰和壁面的直接接触 ,同时也避
15、免了煤粉的贴壁流动与挂焦。为了减小燃烧器的尺寸,也可采取用一次风直接冷却的办法但须在燃烧器壁面上增加壁温测点(如图3.2所示),以防止燃烧器因超温而被烧蚀。对温度的测量采用K分度凯装热电偶,热电偶的外径4mm,具有很好的挠性,可直接从伸到炉外热电偶导管插入到测点,再用螺母固定到导管上,具有良好的可更换性。热电偶的测温范围为0800,燃烧器的长期壁温应控制在600以内,如果超温,可采取提高一次风速和降低一次风浓度的手段进行降温。等离子燃烧器的高温部分采用高耐热钢,其余和煤粉接触部位采用高耐磨钢。和现场管路连接时须正确选用焊条型号。等离子点火燃烧器即作为点火燃烧器又作为主燃烧器使用,这种等离子燃烧
16、器具点火和助燃的功能,在锅炉正常运行时又可作为主燃烧器投入。等离子燃烧器和一次风管路的连接方式做成和原燃烧器相同,改造工作量小。图3.2 等离子燃烧器实图3.2.4 等离子电气与控制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。其基本原理是通过等离子电源柜内的英国欧陆三相全桥可控硅晶闸管整流功率组件与直流控制器将三相交流电源变为稳定的直流电源。直流控制器为590+全数字控制整流装置。系统主要由4台隔离变压器、4台电抗器、电源柜、4台就地接线盒、4台点火柜等五部分组成。3.2.2.1 隔离变压器3.5 隔离变压器外形图等离子电源系统用隔离变压器参数:序号项目数值单位1隔离变
17、压器 变压器型式干式隔离变压器冷却方式AF绝缘耐热等级F联结组标号 Dy0-11额定电流(一次侧)29A额定电压(一次侧)6000V额定电流(二次侧)460A额定电压(二次侧)380V额定频率50Hz重量1200kg外型尺寸1450(宽)800(深)1600(高)mm隔离变压器的主要作用是变压、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。 3.2.2.2 电源柜电源柜选用上海自动化公司生产的BLAZE-1型电源柜,柜体外形尺寸与安装尺寸如下图所视:3.6 电源柜外形图电源柜为前后开门结构。前门上方安装有两块表从左到右分别为系统直流输出电压表、系统直流输出
18、电流表,下方为通风孔。电源柜技术参数如下:额定输入电压(1): 3AC380(+15%/-20%)额定输入电流: 500A额定频率: 45-65HZ额定直流输出电压: 500V额定直流输出电流: 500A过载能力: 130%额定输出功率: 200KW额定直流电流下的功耗:1328W安装海拔高度: 额定直流电流下1000M (3)环境等级(DIN IEC 721-3-3) :3K3防护等级(DIN 40050 IEC144):IP00电源柜正面视图如图3.6所示。其中主要部件为:1) 冷却风机:用来冷却柜内控制元件。2) 熔断器:电流过载保护。3) 电源开关:电源柜控制电源。4) 端子排:电源柜
19、与外部设备的接口。5) 直流模块590+。 6) 控制变压器:将柜内交流380V电源转变成交流220V电源供控制回路使用。图十一 电源柜原理图 3.9 电源柜端子接线图3.2.2.2.3 直流电抗器直流平波电抗器,由于烈火-I型等离子发生器是高压电离引弧,因此在启动阶段电源要工作在大电流(350 400A)的短路状态,这对直流模块是极其不利的。同时,由于等离子发生器在引弧瞬间会产生强烈的冲击负荷,即使是在正常工作情况下,由于电弧在阴极和阳极之间旋转产生电压跳变,也要求电源要有极强的恒流能力。这就要求平波电抗器要有足够的感抗。从平波的角度讲当然是电感量越大越好,但是一味的增加电感抗,不仅会增加设
20、备的成本,同时由于其尺寸过于庞大而不利于设备的推广使用。因此,在电抗容量设计上,通过大量实验工作最后定为510A,3mH的电抗器,其平波效果较为理想。3.2.2.2.4 控制PLC选用S7-300 CPU315-2DP可编程控制器来对直流电源和水气就地柜进行控制,实现等离子点火器的自动点火。具体方案如下: 使用PROFIBUS总线通过CP315-2DP上的DP通讯口与590+的通讯模块之间进行数据交换,以完成对主电路的操作控制和各类状态信息的读出和条件判断等,实现直流电源的控制。 点火柜控制信号与点火必须的压缩空气压力、冷却水压力等信号直接接入CPU315-2DP固有的开关量输入输出。 通过C
21、PU315-2DP内部的逻辑运算,实现点火装置的自动控制。按等离子发生器工作的特点和要求编制的控制程序保证了点火过程可顺利地进行,并对点火工作过程各装置提供了有效的监控和保护。根据系统要求启动等离子点火装置要分遥控/本控两种方式。,通过对直流电流的调整,控制等离子发生器的工率以适应不同煤种和工况条件下的点火参数需求。3.2.3 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,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,等离子点火系统的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。具体实现方案如下:1) 压缩空气由锅炉仪表用气母管开口,接支管分别送到等
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