超超临界机组等离子点火启动汽温控制

 我国是以煤为主要燃料的国家，为了提高燃料的利用效率，国内新建的大型燃煤发电机组均采用了超临界、超超临界技术，机组循环效率大大提高。在锅炉点火技术方面，新建机组绝大多数都采用了等离子或小油枪点火技术，燃油的消耗量也大大降低，很多采用等离子点火技术的燃煤机组在基建调试期间还实现了燃油的零消耗。但是，根据以往超超临界机组经验，在整套启动期间，采用等离子点火燃煤启动时，过热蒸汽和再热蒸汽超温现象普遍存在，具体现象如下：
①过热蒸汽和再热蒸汽超温，甚至发生再热蒸汽出口温度难以控制，汽温超过主汽温度的现象。
②为了控制汽温，减温水过调，造成减温水出口温度低于该压力下的饱和温度。
1 危害分析
以上不良现象的危害是很大的。过热蒸汽和再热蒸汽温度失控、减温水过调会造成：冲转参数偏离汽机设计冷态冲转参数，危及汽机的运行安全，甚至引发锅炉爆管。
从2000年等离子煤粉点火技术首次在一台50MW机组上应用成功至今，已有几百台机组先后采用了等离子点火技术，其中许多机组在启动过程中，发生过过热蒸汽和再热蒸汽超温现象，甚至引发锅炉爆管，造成了不小的损失，部分机组至今还没有解决此类问题。
2 原因分析
要分析以上不良现象发生的原因，得从等离子点火技术入手：
传统的煤粉锅炉点火方式是将煤粉喷入炉膛后被相邻的油枪火焰点燃，点火期间需要消耗大量的燃油。等离子点火技术是煤粉燃烧领域中的新技术，可利用高温等离子体在燃烧器内部直接点燃煤粉，替代点火所需的燃油。
如图1所示，等离子燃烧器后端弯头装有等离子发生器，该发生器在一定介质气压的条件下接触引弧，并在强磁场控制下获得稳定功率的定向流动空气等离子体。产生的等离子体温度可达4000K以上，并通过输送装置送到煤粉燃烧器的中心位置。锅炉一次风中的煤粉进入燃烧器中心位置后与高温等离子体相遇，煤粉颗粒会迅速破裂并释放出挥发物，然后开始猛烈的燃烧。当几乎所有的煤粉在燃烧器内部被点燃并形成稳定的火焰之后，再进入炉膛继续燃烧。
根据上述原理，煤粉点火过程将不再需要油枪等额外的点火源，利用等离子点火装置即可实现锅炉的点火启动和稳燃。
但是，由于目前的超超临界锅炉是按以前燃油启动的工况设计的，采用等离子点火后，炉内燃烧工况和温度场分布较以前发生了很大的变化，改变了烟气和蒸汽的传热特性。加之锅炉在进入干态运行前，直流锅炉主要表现为汽包锅炉的运行特性。
主要表现在：
①锅炉的辐射和对流传热比例发生变化，辐射传热减少，对流传热增多。
②燃烧系统对流烟气量增加，温度偏高。
③采用等离子点火启动初期，燃烧效率差，蒸汽系统流量偏小，温度偏高。
这样，在启动过程中就会发生引言中所提不良现象：用尽各种手段降低再热器温度，但再热器出口温度变化很小，造成再热器温度失控。主要原因还是受热面蒸汽量太小所至，按照传热学特性再热器出口温度只与高温再热器的进口温度有关。
另外，同样由于受热面蒸汽量太小，启动过程中，稍微增加减温水量，减温器后温度即降至该压力下的饱和温度，造成减温水作用失效。
3 对策
通过以上分析，我们可以得知，要解决上述问题，需要提高启动阶段锅炉燃烧效率，增加蒸汽量。可采取的具体措施有：
①尽量减少风烟总量，以增加炉膛辐射热。
②调整燃烧器配风，增加炉膛的燃尽率。减少一次风速（18～20m/s），增加对应层（特别是燃料风档板层）和上层二次风门挡板开度。一方面一次风可尽快着火，另一方面又能在炉膛充分燃烧。
③尽量提高一次风和二次风的温度，提前一次风的着火点，增加炉膛的燃烧率。
降低分离器出口压力，二方面的作用：一、降低分离器出口压力，以降低水冷壁出口温度，从而有效降增加炉膛的热量吸收，降低炉膛出口温度，对降低再热器出口温度起积极作用；二、降低分离器出口压力，以增加锅炉蒸发量，从而降低各级受热面温度，但要与汽机的冲转参数匹配。
④适当增加锅炉的燃料量，减少给水量，增加锅炉的蒸发量比例，降低各级汽温。
⑤提高给水温度，二方面的手段：一、增加除氧器的辅汽加热量；二、启动阶段，在水质合格的条件下，尽量回收启动分离器的疏水；三、适当减少给水流量，但要注意不能影响水动力安全。
⑥在汽机冲转参数允许的条件下，尽量开大高压旁路，以增加锅炉受热面的通流量，降低各级受热面的温度。
⑦降低锅炉炉膛燃烧器摆动喷嘴的角度（等离子断弧后），有效降低再热器出口温度。
⑧适当控制减温水，调节各级蒸汽温度，但必须注意避免减温水过调，保持蒸汽的过热度。
⑨整体协调上，尽量减少锅炉旁炉运行的时间，尽快进行机组冲转和并网，提高锅炉的负荷，避开蒸汽的高温区。
4 实践应用
以上对策是我们在多台超超临界机组的调试过程中，逐步摸索出来的，并通过了实践检验，例如：在安徽某电厂一期工程2×600MW机组采用的国产超临界燃煤锅炉是由上海锅炉厂有限公司制造的单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式，平衡通风、固态排渣、露天布置、燃煤、全钢构架、全悬吊结构п型超临界参数变压运行螺旋管圈直流锅炉。在A磨出口粉管上分别装了四台等离子点火器，锅炉点火直接用等离子进行点火，油枪作为备用。在#1机组的初期调试过程中，过热器和再热器汽温难以控制，出现超温现象，甚至导致过热器和再热器数次爆管；而在#1机组后期调试和#2机组的调试过程中，由于采用以上措施则成功的避免了此类事故的再次发生，#2机组甚至创造了调试阶段零MFT的佳绩。
另外，在此后的600MW、1000MW机组的调试过程中这些措施均收到了良好的效果。
5 结论
事实证明，此间所列措施如果加以应用，可以将超超临界机组等离子点火启动阶段的汽温控制在合理范围内，从而有效避免超温等不良现象的发生，对于机组的安全性、稳定性有积极的作用。