等离子点火使用手册(修订稿).doc

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1、QB/YTLY国电电力烟台龙源电力技术有限公司企业标准QB/YTLY-102007 DLZ-200型等离子点火装置使用及维护说明书 （修订版）2007-01-01发布 2007-01-01实施国电电力烟台龙源电力技术有限公司 发布QB/YTLY-102007-2007Preface前 言为了科学地建立健全企业标准体系和管理体系，指导和规范本企业开展标准化工作，根据龙源电力技术有限公司烟电经字20021号文关于修编制定公司标准体系实施方案的通知的指示精神，按企业标准体系的构成和编写的基本规定的要求，以相关的国家标准、行业标准为依据，结合公司产品的实际情况，特制定本标准。本标准由烟台龙源电力技术有

2、限公司总经理工作部提出。本标准由烟台龙源电力技术有限公司技术开发部起草。本标准由烟台龙源电力技术有限公司技术开发部负责管理和解释。本标准第一版于2003年1月1日发布，并于2007年1月1日重新修订。起草人： 唐宏、陈学渊、纪少华、张孝勇、程跃彬、李春岩、刘鹏、李本伟、薛若连审 核： 张孝勇审 定： 唐 宏批 准： 王公林目 录 安全措施.0第一章 绪论.1第二章 等离子燃烧器工作原理.2第三章 等离子点火燃烧系统构成.5第四章 等离子点火系统的安装.22第五章 等离子点火系统的调试.28第六章 等离子点火系统的运行.39第七章 等离子点火系统的维护.47附页 DLZ-200型等离子点火系统的

3、应用业绩.470 Safety Precautions安全措施This manual herein claims本说明书声明 This manual includes all the basic measures and precautions necessary for the safe and reliable operation of plasma ignition and stabilized combustion system. However, supplementary data may be indispensable for special utilization, In s

4、uch case, it is recommended that you contact with your nearest Yantai Longyuan branch or our headquarter for technical support, Using unauthorized parts for repair and/or operation by unqualified personnel may jeopardize the normal and safe operation of the system, which may lead to accident and equ

5、ipment breakdown,列出了等离子燃烧系统安全和可靠运行所需的所有基本措施。对特殊的应用，可能需要附加补充资料和说明书，如果遇到这种情况，请与烟台龙源公司最近的办事处（分公司）或直接与本部联系，以求技术支援；如果在修理等离子燃烧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，这将可能导致事故的发生及设备损坏。 Please follow all the safety precautions in this manual.本手册所有安全提示请严格遵守。 Please read carefully the safety data and i

6、nformation in this manual.请仔细阅读本说明书所提供的安全信息。WARNING!警 告! The electric gun will load high voltage that exceeds safety voltage. Please do not touch the instrument; this may cause severe injure, death and serious damage to the equipment. 在设备运行过程中，本装置电子发射枪将出现危险电压，切勿触摸。否则，将导致死亡和严重的人身伤害以及财产损失。 The electri

7、c gun is placed in a safety hood. Electric wire, cooling water inlet and outlet go under the hood. Keep away from the hood if any malfunction occurs in this part unless you are maintenance staff. 本装置电子发射枪被罩在一个安全防护罩内，防护罩下部为电气，冷却水进、出接口，此部位有可能引发故障，非专业维护人员切勿接近。 Only experienced staff who entirely unders

8、tand and get completely familiar with all the safety precautions, structure, operation and maintenance included in this manual are eligible for operating this system.只有首先完全熟悉本使用说明书所包括的安全注意事项，结构安装，操作以及维护说明的相当熟练的人员才能从事本装置的工作。 The successful installation and safe operation rely on careful transportatio

9、n, proper maintenance, correct connection, installation operation and maintenance.本装置成功和安全的运行依赖于精心的运输和适当的保管，以及正确的连接，操作安装和维护。The power cabinet inlet and isolating transformer bear voltage high above safety range even when the plasma generator is not in working mode. Please do not do any maintenance a

10、nd repair work unless power is off. All power must be shut down and and hang warning sign on the equipment before any maintenance and repair work.即使是在等离子发生器不工作时，电源柜进线及隔离变压器亦带有危险电压，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！ 现场所有工作必须遵守国家电力安全规程以及电力系统两票三制等保证安全的规章制度。Chapter 1. Introduction第一章 绪 论The

11、 traditional ignition and combustion stabilization of big industrial pulverized coal boiler utilizes heavy oil natural gas or other scarce fuel. With the worldwide scarcity of energy and the ever-increasing oil price, fuel oil for power plant is under growing pressure, and quantity of oil used for i

12、gnition and combustion stabilization is thus regarded as a key index. Decreasing the average diameter of pulverized coal, increase the pre-heat temperature of coal-air mixture and secondary air, preheat burners as well as small oil guns are traditional ways to reduce oil consumption; and there leave

13、s little space for these methods to improve. Revolutionary technology is needed to further reduce oil consumption, and even to realize zero oil consumption. This technology should meet the cost-benefit concern of power plants and improve the ecological environment, DLZ-200 plasma ignition system use

14、s direct air plasma for ignition, and is able to ignite meager coal with low volatile(10%) and start boiler from cold state without oil, The plasma ignition system is the ideal ignition and combustion stabilization equipment, comparing with traditional oil ignition, it has the following advantages:

15、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，采用预燃室燃烧器，选用小油枪点火等等，但是，这些方法已到了尽头，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DLZ-200型等离子煤粉点火装置，采用直流空气等离子体作为点火源，可点燃挥发分较低的（10%）贫煤，实

16、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，采用等离子点火装置，点火和稳燃与传统的燃油相比有以下几大优点：1) Economic; The operation and maintenance cost is only 15%-20% of oil ignition, and plasma ignition technology can save tens of millions of investment and trial operation cost.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

17、行费用；2) Environmental friendly: the electro-static precipitator can be applied at the beginning of ignition , reducing dust pollution at the early stage of ignition, Whats more, using coal as the only fuel, oil transportation and storage could be reduced therefore the environment is improved. 环保：由于点火

18、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) High efficiency高效：The plasma contains particles with great energy that can accelerate thermo chemical transfer and promote complete burning, such as atoms(C,H,O), radicle(OH, H2, O2), ion(O2、H2、OH、O、H) and electrons

19、 as well.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) Simplicity: Power plant may operate with only one kind of fuel, and the system and operation is simplified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） Safety: Removing oil system from burning boilers reduce many accidents

20、 caused by oil system.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。Conclusion结论：With all the advantages of plasma ignition and combustion stabilization system mentioned above, it is the optimum choice for coal burning boilers, and also the best substitute for in current oil system of power plants. In year 2002

21、, the State Power Corporation publicized Instruction of plasma ignition system for power plant boilers, promoting plasma ignition technology all around the country.既然采用等离子技术点燃煤粉锅炉经济、高效、简单、安全、环保，有百利而无一害，当然是燃煤锅炉的首选设备，是目前燃油系统改造的最佳替代产品。2002年国家电力公司发布了电站锅炉等离子点火技术应用指南，推广等离子点火技术。Chapter 2. Theorem of plasma

22、 burner第二章 等离子燃烧器工作原理2.1 Ignition theorem点火机理This system uses DC(280-350A), and strikes arc under medium air pressure of 5-15Kpa, getting stable DC air plasma within a strong magnet field. Plasma forms a partial hyper temperature(T5000K) area with large temperature grads in the primary burning chamb

23、er, the pulverized coal releases volatile within 10-3 seconds, scatters and burns quickly through the hyper heat of plasma. This reactivity occurs in gas and alter the particle grade of the mixture, therefore the burning of pulverized coal is greatly accelerated and the threshold of energy needed(E)

24、 for burning is greatly reduced.( EPlasma=1/6EOil) 本装置利用直流电流（280-350A）在介质气压5-15Kpa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T5000K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）The plasma

25、 contains particles with great energy that can accelerate thermo chemical transfer and promote complete burning, such as atoms(C,H,O), radicle(OH, H2, O2), ion(O2、H2、OH、O、H) and electrons as well. Moreover, plasma can increase 20%-80% volatile compared with ordinary ignition, that is to say plasma i

26、s able to reproduce volatile, which is of great significance to meager coal with little volatile. 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。2.2 Theorem of plasma generator等离子发生器工作原理图2.1

27、等离子发生器工作原理图The plasma generator, using magnet field stabilized air medium, is composed of coil, cathode and anode. The cathode is made of metal or non-metal with high electrical conductivity. The anode is made of high electrical conductivity, high 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

28、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3前进同阳极2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，其能量密度高达105 106W/cm2，为点燃不同的煤种创造了良好的条件。2.3 燃烧机理图2.2 燃烧机理图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

29、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12T/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，T5000K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20% 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，在设计上该燃烧器中心筒出力约为500 800kg/h，其喷口温度不低于1200。另外我们加设了风粉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

30、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，所采用的风粉冷却技术亦达到了避免结焦的目的（1998年获专利）。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。第三章 等离子点火燃烧系统组成3.1 等离子点

31、火燃烧系统3.1.1 燃烧系统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，从而实现锅炉的无油启动和无油低负荷稳燃。 等离子燃烧器IIIII等 离子 发生 器一次风I气膜风等离子弧周界风图3.1 等离子燃烧器示意图风箱中心筒撞击式浓淡块如图3.1所示，等离子发生器产生稳定功率的直流空气等离子体，该等离子体在燃烧器的中心筒中形成T5000K的梯度极大的局部高温区，煤粉颗粒通过该等离子“火核”受到高温作用，并在10-3秒

32、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）。除此之外，等离子体有再造挥发份的效应，这对于点燃贫煤强化燃烧有特别的意义。根据有限的点火功率不可能直接点燃无限的煤粉量的问题，等离子燃烧器采用了多级燃烧结构，如图3.1所示，煤粉首先在中心筒中点燃，进入中心筒的粉量根据燃烧器的不同在500 800kg/h之间，这部分煤粉在中心筒中稳定燃烧，并在中心筒的出口处形成稳定的二级煤粉的点火源，并以次逐级放大，最大可点燃12T/H

33、的粉量。等离子燃烧器的高温部分采用耐热铸钢，其余和煤粉接触部位采用高耐磨铸钢。和现场管路连接时须正确选用焊条型号。3.1.2 风粉系统3.1.2.1 给粉机对于仓储式制粉系统，为满足等离子燃烧器对于煤粉浓度和均匀性的要求并能做主燃烧器使用，与等离子燃烧器相匹配的给粉机选择，应满足做主燃烧器使用时燃烧器的最大出力，100MW及以下等级的锅炉，与等离子燃烧器匹配的给粉机额定出力以2-6t/h为宜。对200MW及以上容量的锅炉，一般选用给粉机的额定出力在3-9t/h为宜。3.1.2.2 磨煤机A 对于直吹制粉系统，选定的点火用磨煤机，最低出力应能满足最低投入功率的要求，MPS中速磨宜采用可变加载型。

34、B 根据磨煤机的型式，调整其出力和细度至最佳状态，例如：适当调整回粉门的开度、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环风速），对于MPS中速磨煤机还应适当调整碾磨压力。3.1.2.3 暖风器暖风器的作用是加热一次风，用于冷态制粉。暖风器的设计内容包括换热面积，风阻，蒸汽的参数等。暖风器的安装主要应包括暖风器进出口风道的连接方式、支吊架的位置、整体重量、入口蒸汽管道尺寸及连接方式、出口疏水管道尺寸及连接方式。暖风器安装完毕投运前需要进行压力试验。3.2 等离子点火器系统3.2.1 等离子发生器等离子发生器是用来产生高温等离子弧的装置，

35、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58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，线圈通电产生强磁场，将等离子体压缩，并由载体风吹出阳极，形成可以利用的高温电弧。3.4 DLZ-200型 等离子点火器外形图 等离子发生器根据长度以及使用炉型分为4种类型，为DLZ-200型，DLZ-200型，DLZ-200型，DLZ-200型。DLZ-200型和DLZ-200型用于四角切圆锅炉径向插入燃烧器系统。DLZ-200型和DLZ-200型用于四角

36、切圆锅炉轴向插入燃烧器系统。DLZ-200型也用于前墙以及前后墙对冲锅炉。3.2.1.1 阳极组件阳极组件由阳极、冷却水道、载体风通道及壳体等构成。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，在设计工况下，连续工作时间不低于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。还可以在在阳极前部使用等离子弧输送技术输送到燃烧器中心筒。3.2.1.2 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，在设计工况下，连续工作时间不低于50小时。对于不同型号的发生器，所使用的阴极

37、头型号是不同的，现场使用应当注意。3.2.1.3 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。3.2.2 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 、直流电抗器、交流接触器、控制PLC等。目前普遍使用的直流调速装置有SIEMENS的6RA70系列，SIEMENS的6RA28系列和ABB的DCS500系列。3.2.

38、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：额定电压：0.38/0.36KV额定电流：304/321A额定功率：200KVA额定频率：50HZ相数：三相联结组标号：D,yn11接线方式：/ 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。3.2.2.2 电源柜（参见电源柜说明书）电源柜选用德国RITTAL公司生产的PS4000型电源柜，柜体外形尺寸及安

39、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。前门上方安装有三块表从左到右分别为系统实际电压表、系统实际电流表、系统给定电流表，下方为排气孔。电源柜技术参数如下：额定输入电压(1)： 3AC400(+15%/-20%)额定输入电流： 332A额定频率： 45-65HZ额定直流输出电压： 485V额定直流输出电流： 400A过载能力： 180%额定输出功率： 194KW额定直流电流下的功耗：1328W电子电路电源额定供电电压： 2AC380(-25%) 460(+15%); In=1A或1AC190(-25%) 230(+15%); In=2A(-35% 1 分钟)冷却风扇额定电

40、压： 3AC400( 15%) 50HZ额定电流： 0.3A额定流量： 570m3/h噪音等级： 73dBA运行环境温度： 040(2) 强迫风冷存储和运输温度： -25+70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说明： (1) 电源柜进线电压可低于额定电压 ，输出电压也相应降低。(2) 指定的直流输出电压，在进线电压低于5%（额定输入电压）时也能达到。(3) 负载系数K1(直流电流)同冷却温度有关。(4) 负载系数K2与安装高度有关。(5) 总的衰减系数K=K1K2。3.2.3

41、 等离子载体风系统载体风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，需要载体风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载体风系统，载体风的要求是洁净的而且压力，流速是稳定的。各种等离子发生器具体实现方案如下：1） DLZ-200型和DLZ-200型等离子发生器采用高压离心风机或者容积式罗茨风机作为载体风气源。发生器前仪表组件处最佳压力范围为5-8Kpa。2）DLZ-200型等离子发生器优先采用压缩空气作为载体风气源，也可以采用高压离心风机或者容积式罗茨风机，发生器前仪表组件处最佳压力范围为8-12Kpa。3）DLZ-200型

42、等离子发生器采用压缩空气作为载体风气源，发生器前仪表组件处压力为10-15Kpa。等离子发生器前的载体风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电源柜，每台等离子装置的载体风流量约为1.0NM3/min -1.5NM3/min。如使用电厂杂用载体风系统，母管需要有滤油，滤水装置。载体风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。 3.11 载体风系统图3.2.4 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10000K范围，因此对于形成电弧的等离子发生器的阴极和阳极

43、以及线圈必须通过水冷的方式来进行冷却，否则很快会被烧毁。通过大量实验总结出为保证好的冷却效果，需要冷却水以高的流速冲刷阳极和阴极，因此需要保证等离子发生器前仪表组件处冷却水压差不低于0.2Mpa的压力。另外，冷却水温度不能高于40，否则冷却效果差。为减少冷却水对阳极和阴极的腐蚀，要采用电厂的除盐化学水。具体实现方案如下：1）冷却水系统采用闭式循环系统，由自制冷却水箱、冷却水泵、换热器及阀门、压力表、管路组成，冷却水泵两台互为备用。系统材质均为不锈钢，回水无压力，冷却水箱、水泵安装保证不振动。换热器根据现场情况安装。2）冷却水直接取自电厂除盐水箱，附属设备与自制冷却水箱系统相同。3）冷却水取自电厂闭式循环水系统，回水有压力。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，等离子点火器回水经母管流经换热器冷却后返回。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（CCS或者SOR厂家），压力满足信号送回本等离子电源柜。对于两台炉公用冷却水系统，回水分管道加装截止阀。