等离子点火系统使用说明书

第1页共46页QB/NJCN南京创能电力科技开发有限公司企业标准QB/NJCN-102011CNPIS-200型低温等离子点火系统使用说明书2011-04-02发布2011-09-01实施南京创能电力科技开发有限公司发布第1页共46页前言为了科学地建立健全企业标准体系和部门管理体系，指导和规范本企业开展标准化工作，推动开发部的部门职能，发挥主导部门的作用，根据南京创能电力技术有限公司创电经字〔2011〕1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。本标准由南京创能电力科技开发有限公司总经理办公室提出本标准由南京创能电力科技开发有限公司工程质量部起草。本标准由南京创能电力科技开发有限公司工程质量部负责管理和解释。起草人：审核：审定：批准：第1页共46页目录安全措施0第一章绪论1第二章低温等离子燃烧器工作原理2第三章低温等离子点火燃烧系统构成5第四章低温等离子点火系统的安装22第五章低温等离子点火系统的调试28第六章低温等离子点火系统的运行39第七章低温等离子点火系统的维护47安全措施本说明书声明：列出了等离子点火煤粉燃烧器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，如果遇到这种情况，请与南京创能电力科技开发有限公司联系：以求技术支援；如果在修理等离子点火煤粉燃烧器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及设备损坏。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，本装置将会出现危险电压，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。本装置被罩在一个安全防护罩内，防护罩上部为电、压缩空气，冷却水接口，此部位有可能引发故障，非专业维护人员切勿接近。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。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。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！第一章绪论预计到2011年底，我国发电装机容量将突破10.5亿千瓦，其中燃煤机组约占70%以上，每年还在以5000万千瓦的速度递增。在我国，这些锅炉的点火和稳燃每年将消耗石油1000万吨以上。如果现有火电机组全部改造为无油点火，每年可以节约发电燃油成本700亿元左右，等于为国家节约了一座中型油田的原油。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作为一项重要的指标来考核，为了减少油（天然气）的耗量，传统的做法是提高煤粉的细度，提高风粉混合物和二次风的预热温度，采用预燃室燃烧器，选用小油枪点火燃烧器等等，但是，这些方法都不能彻底解决问题，若要进一步减少燃油到最终不用油，必须采用同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等离子燃煤点火是世界燃煤点火方式的一次革命，彻底取代了现行火电厂锅炉启动燃油点火和稳焰的工作方式，实现了无油点火和低负荷稳燃；等离子点火装置是中国国家电力部门推广的新型环保节能型高新技术产品；国家计委早在在1997年“中国能源”白皮书中鼓励全社会开展以煤代油的工作；国家经贸委从保障国家经济安全，促进经济可持续发展的宗旨出发，制定了《节约和替代燃料油“十五”规划》，其中重点提出了等离子无油点火技术的推广。我公司生产的CNPIS型低温等离子无油点火装置，采用空气等离子体作为点火源，可点燃挥发份较低的无烟煤，实现锅炉的冷态启动而不用一滴油，是火力发电厂点火和稳燃的首选设备，采用第四代低温等离子全无油点火系统，点火与稳燃与传统燃油相比有以下几大优点：（1）、真正实现全无油点火。对于新建电厂可以节约上千万的初投资和试运行的费用；（2）、对煤的适应性广，完全满足劣质煤粉的点火要求，挥发份可低至4%；（3）、点火初期电除尘可以正常投入，同时也会降低NOX生成；（4）、取消了炉前燃油系统，也自然避免了由于燃油系统造成的各种事故；结论：采用低温等离子点火技术点燃煤粉锅炉经济、环保、安全、简单可靠，有百利无一害，当然是燃煤锅炉的首选设备，也是目前燃油系统改造的最佳替代产品。第二章低温等离子点火煤粉燃烧器工作原理2.1低温等离子点火机理本装置利用直流电流（200---500A）在介质气压0.08-0.22Mpa的条件下，利用高频起弧装置非接触引弧获得稳定功率的直流空气低温等离子体，该等离子体在热裂化室内部可以形成T4000K的梯度极大的局部高温区，使得燃料在燃烧前对燃料进行热裂化处理。点火的核心理念是在燃烧过程前加入物理反应，使得煤粉颗粒被最大程度的气化，经过等离子体气化后的混合燃料可燃气体成分数倍生成，实现煤制气后的低温燃烧。系统中等离子发生器并不作为点火火源使用，其特点是等离子发生器不直接作用于煤，而是作用于煤气粉混合物（煤分子+空气），即等离子弧作用于进入煤粉燃烧器的空气煤粉流。等离子弧作用区温度控制为3000~4000K，对煤粉颗粒及空气离子化，经充分混合后生成大量的可燃气体。2.2热裂化室的工作原理等离子点火系统热裂化室是系统的关键部件，采用了多级热裂解气化技术，多级气化、燃烧和周界冷却风等新技术。与传统等离子点火最大的区别就是对煤粉燃烧前进行热裂化处理；用低温等离子电弧加热一次风（煤粉+风）和碳芯的部分气化，以便从低品位原煤中获得高反应的双组份燃料（燃气加碳芯）。双组份燃料在同炉膛入口处的二次风混合时双组份燃料便开始燃烧，并点燃炉膛内的煤粉，再不需要投入柴油或天燃气去点燃锅炉和助燃火焰。系统主要工作机理是：燃料燃烧前对燃料进行热裂化处理。该机理促进下述三方面作用：1、煤粉的热裂解气化作用，催化固相可燃气体的逸出。2、煤粉中氧原子在加速热裂解反应速度中的作用，促进可燃气体逸出。3、燃料的异体自身热能转化作用，降低点火功率。在上述作用下，可把含于煤粉灰份中的潜在可燃部分尽多的释放出来成为可燃气体。这样一来，燃料燃烧通过等离子电弧进行热裂解化处理，使其挥发份（可燃气体）达到30%以上，温度达到800℃左右，进入炉膛时与二次风混合燃烧，形成了强劲的等离子火焰，点燃炉膛里的煤粉，替代油完成全无油点火，这就是等离子点火热裂化机理。煤粉热裂解过程，也是煤粉的初级气化过程，气化率达30%以上。热裂化室出口保证值：煤粉气化率＞30%出口温度＜结焦温度出口温度＞燃烧温度O2趋于0，严格控制在无氧状态2.3热裂化反应技术在降低NOX生成量的机理通常气粉混合物加热到773～973K，即分离出挥发份的温度，它是在气粉到达燃烧室前在热裂化反应室中完成的。把燃料预先加热到产生气粉挥发份的温度可以降低NOX的生成(30～50%)，这是由于煤粉预热后燃料中含氮组分发生破裂，同时生成氨基类或氰类含氮原子团(NH3，CN，HCN)。如果这个反应过程是在还原介质中进行(剩余空气系数DB0.4)，则上述类型的不稳定原子团多数转化成分子氮(N2)，而不转化成氮氧化物。试验时在温度加热到860K时，其抵达热化处理室(预热室)的时间为0.2秒时，NOX曾从0.83克/标准米3下降到0.26克/标准米3。燃料的热裂化处理法在很多情况下可以提高煤的反应性能，以此提高燃烧过程的稳定性及其强度；同时降低了NOX的形成。2.4等离子直接点燃煤粉与采用“热裂化反应”点燃煤粉的比较煤粉燃料在没有裂化反应过程的点火中，单位电耗在0.05～0.4千瓦时/公斤煤之间(具体取决于煤质)直接用于煤粉点燃的等离子的电弧电耗是相当大的，因此，在没有煤粉自身热裂化反应的同时放热的煤粉无油点火过程，从动力学上来说是没有效益的。这种公正的结论是美国科鲁日林.哥.恩，在他的研究报告中得到肯定的。在这种情况下，煤气化生成的吸热效能完全消耗了等离子能量。对大吨位锅炉燃烧,如对锅炉动力机组，其燃料消耗方式没有自身热能的转化是属于单一的异体热化原理，这是不可取的。把等离子技术有效地应用到大吨位煤粉锅炉燃烧领域的问题只有运用燃料的异体——自身热能转化原理，才能得到解决。这时等离子源在点火过程中完成,只起活化起爆作用；大部分煤粉的气化靠自身热能转化而达到。由于动力煤质的不断恶化(燃烧热值在12～15兆焦耳/公斤之间，挥发份在5～15%之间，灰分达(30～40%)，直接用等离子流或直接在炉膛空间用开式电弧进行点火，结果并不可靠，这是因为高度浓缩的等离子能量在炉膛里分散无法使煤粉产生自身热能转化。从上述分析可以看出，燃料燃烧前的热裂化处理，在燃料点火过程起着相当重要的作用，因为热裂化处理可以提高燃料的反应性能。利用等离子点燃高反应煤同样会得到相当的效益。如果把等离子的众多优势同动力煤热裂化处理的长处结合起来，那将会得到更大的效益。在这方面，已经研制出等离子点火技术和低品位煤稳燃技术，这两项技术都是建立在煤粉燃烧前预热裂化处理的理论基础之上。第三章低温等离子点火燃烧系统组成3.1低温等离子点火燃烧系统3.1.1燃烧系统（热裂化室）图3.1低温等离子燃烧器示意图低温等离子燃烧器是借助等离子发生器的电弧在热裂化室中对煤粉进行热裂化反应来点燃煤粉的煤粉燃烧器，分为一级热裂化室和二级热裂化室。如图3.1所示在一级热裂化室内冷风粉流同来自等离子喷出的T＝3000～4000（K）的电孤等离子接触时，同时热激化－氧气和煤粒子。此时，最初进入等离子电弧气流作用区的风粉只有其总量的3～10％，这是火焰自然的热物理边界限度所决定的，将有限的等离子高温电弧热激化少量的一次风粉，使煤粒子在加热速度达到103～104度.秒-1时产生热激化破裂。数据表明，250微米的动力煤粒子（工业煤粉细度），被热激化产生的内部热应力的作用下，在0.01～0.05秒内破裂成8～10个碎粒。煤粉粒