超超臨界機組等離子點火啟動汽溫控制

 我國是以煤為主要燃料的國家，為了提高燃料的利用效率，國內(nèi)新建的大型燃煤發(fā)電機組均采用了超臨界、超超臨界技術(shù)，機組循環(huán)效率大大提高。在鍋爐點火技術(shù)方面，新建機組絕大多數(shù)都采用了等離子或小油槍點火技術(shù)，燃油的消耗量也大大降低，很多采用等離子點火技術(shù)的燃煤機組在基建調(diào)試期間還實現(xiàn)了燃油的零消耗。但是，根據(jù)以往超超臨界機組經(jīng)驗，在整套啟動期間，采用等離子點火燃煤啟動時，過熱蒸汽和再熱蒸汽超溫現(xiàn)象普遍存在，具體現(xiàn)象如下：
①過熱蒸汽和再熱蒸汽超溫，甚至發(fā)生再熱蒸汽出口溫度難以控制，汽溫超過主汽溫度的現(xiàn)象。
②為了控制汽溫，減溫水過調(diào)，造成減溫水出口溫度低于該壓力下的飽和溫度。
1 危害分析
以上不良現(xiàn)象的危害是很大的。過熱蒸汽和再熱蒸汽溫度失控、減溫水過調(diào)會造成：沖轉(zhuǎn)參數(shù)偏離汽機設(shè)計冷態(tài)沖轉(zhuǎn)參數(shù)，危及汽機的運行安全，甚至引發(fā)鍋爐爆管。
從2000年等離子煤粉點火技術(shù)首次在一臺50MW機組上應(yīng)用成功至今，已有幾百臺機組先后采用了等離子點火技術(shù)，其中許多機組在啟動過程中，發(fā)生過過熱蒸汽和再熱蒸汽超溫現(xiàn)象，甚至引發(fā)鍋爐爆管，造成了不小的損失，部分機組至今還沒有解決此類問題。
2 原因分析
要分析以上不良現(xiàn)象發(fā)生的原因，得從等離子點火技術(shù)入手：
傳統(tǒng)的煤粉鍋爐點火方式是將煤粉噴入爐膛后被相鄰的油槍火焰點燃，點火期間需要消耗大量的燃油。等離子點火技術(shù)是煤粉燃燒領(lǐng)域中的新技術(shù)，可利用高溫等離子體在燃燒器內(nèi)部直接點燃煤粉，替代點火所需的燃油。
如圖1所示，等離子燃燒器后端彎頭裝有等離子發(fā)生器，該發(fā)生器在一定介質(zhì)氣壓的條件下接觸引弧，并在強磁場控制下獲得穩(wěn)定功率的定向流動空氣等離子體。產(chǎn)生的等離子體溫度可達4000K以上，并通過輸送裝置送到煤粉燃燒器的中心位置。鍋爐一次風(fēng)中的煤粉進入燃燒器中心位置后與高溫等離子體相遇，煤粉顆粒會迅速破裂并釋放出揮發(fā)物，然后開始猛烈的燃燒。當(dāng)幾乎所有的煤粉在燃燒器內(nèi)部被點燃并形成穩(wěn)定的火焰之后，再進入爐膛繼續(xù)燃燒。
根據(jù)上述原理，煤粉點火過程將不再需要油槍等額外的點火源，利用等離子點火裝置即可實現(xiàn)鍋爐的點火啟動和穩(wěn)燃。
但是，由于目前的超超臨界鍋爐是按以前燃油啟動的工況設(shè)計的，采用等離子點火后，爐內(nèi)燃燒工況和溫度場分布較以前發(fā)生了很大的變化，改變了煙氣和蒸汽的傳熱特性。加之鍋爐在進入干態(tài)運行前，直流鍋爐主要表現(xiàn)為汽包鍋爐的運行特性。
主要表現(xiàn)在：
①鍋爐的輻射和對流傳熱比例發(fā)生變化，輻射傳熱減少，對流傳熱增多。
②燃燒系統(tǒng)對流煙氣量增加，溫度偏高。
③采用等離子點火啟動初期，燃燒效率差，蒸汽系統(tǒng)流量偏小，溫度偏高。
這樣，在啟動過程中就會發(fā)生引言中所提不良現(xiàn)象：用盡各種手段降低再熱器溫度，但再熱器出口溫度變化很小，造成再熱器溫度失控。主要原因還是受熱面蒸汽量太小所至，按照傳熱學(xué)特性再熱器出口溫度只與高溫再熱器的進口溫度有關(guān)。
另外，同樣由于受熱面蒸汽量太小，啟動過程中，稍微增加減溫水量，減溫器后溫度即降至該壓力下的飽和溫度，造成減溫水作用失效。
3 對策
通過以上分析，我們可以得知，要解決上述問題，需要提高啟動階段鍋爐燃燒效率，增加蒸汽量?？刹扇〉木唧w措施有：
①盡量減少風(fēng)煙總量，以增加爐膛輻射熱。
②調(diào)整燃燒器配風(fēng)，增加爐膛的燃盡率。減少一次風(fēng)速（18～20m/s），增加對應(yīng)層（特別是燃料風(fēng)檔板層）和上層二次風(fēng)門擋板開度。一方面一次風(fēng)可盡快著火，另一方面又能在爐膛充分燃燒。
③盡量提高一次風(fēng)和二次風(fēng)的溫度，提前一次風(fēng)的著火點，增加爐膛的燃燒率。
降低分離器出口壓力，二方面的作用：一、降低分離器出口壓力，以降低水冷壁出口溫度，從而有效降增加爐膛的熱量吸收，降低爐膛出口溫度，對降低再熱器出口溫度起積極作用；二、降低分離器出口壓力，以增加鍋爐蒸發(fā)量，從而降低各級受熱面溫度，但要與汽機的沖轉(zhuǎn)參數(shù)匹配。
④適當(dāng)增加鍋爐的燃料量，減少給水量，增加鍋爐的蒸發(fā)量比例，降低各級汽溫。
⑤提高給水溫度，二方面的手段：一、增加除氧器的輔汽加熱量；二、啟動階段，在水質(zhì)合格的條件下，盡量回收啟動分離器的疏水；三、適當(dāng)減少給水流量，但要注意不能影響水動力安全。
⑥在汽機沖轉(zhuǎn)參數(shù)允許的條件下，盡量開大高壓旁路，以增加鍋爐受熱面的通流量，降低各級受熱面的溫度。
⑦降低鍋爐爐膛燃燒器擺動噴嘴的角度（等離子斷弧后），有效降低再熱器出口溫度。
⑧適當(dāng)控制減溫水，調(diào)節(jié)各級蒸汽溫度，但必須注意避免減溫水過調(diào)，保持蒸汽的過熱度。
⑨整體協(xié)調(diào)上，盡量減少鍋爐旁爐運行的時間，盡快進行機組沖轉(zhuǎn)和并網(wǎng)，提高鍋爐的負荷，避開蒸汽的高溫區(qū)。
4 實踐應(yīng)用
以上對策是我們在多臺超超臨界機組的調(diào)試過程中，逐步摸索出來的，并通過了實踐檢驗，例如：在安徽某電廠一期工程2×600MW機組采用的國產(chǎn)超臨界燃煤鍋爐是由上海鍋爐廠有限公司制造的單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式，平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置、燃煤、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)п型超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流鍋爐。在A磨出口粉管上分別裝了四臺等離子點火器，鍋爐點火直接用等離子進行點火，油槍作為備用。在#1機組的初期調(diào)試過程中，過熱器和再熱器汽溫難以控制，出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，甚至導(dǎo)致過熱器和再熱器數(shù)次爆管；而在#1機組后期調(diào)試和#2機組的調(diào)試過程中，由于采用以上措施則成功的避免了此類事故的再次發(fā)生，#2機組甚至創(chuàng)造了調(diào)試階段零MFT的佳績。
另外，在此后的600MW、1000MW機組的調(diào)試過程中這些措施均收到了良好的效果。
5 結(jié)論
事實證明，此間所列措施如果加以應(yīng)用，可以將超超臨界機組等離子點火啟動階段的汽溫控制在合理范圍內(nèi)，從而有效避免超溫等不良現(xiàn)象的發(fā)生，對于機組的安全性、穩(wěn)定性有積極的作用。