煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术介绍.ppt
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煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术,PlasmaIgnitionandCombustionStabilizationTechnologyforPulverized-CoalFiredBoiler,目录Contents,烟台龙源电力技术股份有限公司简介CompanysProfile等离子点火原理TheoriesofPlasmaIgnition等离子点火系统TheoriesofPlasmaIgnition等离子点火技术应用ApplicationofPlasmaIgnitionTechnique煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术的发展OverviewofPlasmaIgnitionTechnique,烟台龙源电力技术股份有限公司简介CompanysProfile,烟台龙源电力技术股份有限公司主要从事电力领域燃烧控制设备及系统的研究开发、设计制造、现场调试、人员培训、技术咨询等业务,是首家开发和推广应用电站锅炉等离子点火及稳燃技术的高科技企业。
烟台龙源电力技术股份有限公司简介CompanysProfile,等离子无油点火系统发展的现状CompanysProfile,等离子煤粉点火及稳燃技术是一项煤粉锅炉点火及稳燃过程中以煤代油的有效措施,自2000年9月该技术经过国家电力公司专家组鉴定以来,等离子煤粉点火及稳燃技术在不断完善中被广泛应用,取得了巨大的经济效益和社会效益。
目前,该技术已经在近500余台电站锅炉上得到成功应用,囊括了不同煤种(烟煤、褐煤到贫煤),不同制粉系统,不同燃烧方式,从501000MW不同容量范围的各型机组。
在大量工程实践的基础上,使该技术逐步发展,日益成熟,系统得到进一步优化、完善,装置的可靠性得到大大提高。
华能汕头电厂、国华台山电厂等600MW为主的110多台基建机组已实现全过程无油调试启动。
广东惠来电厂、江西黄金埠电厂等近10台机组实现燃油系统停用,其中,吉林热电厂10号、11号两台125MW机组自2003年便取消了炉前油系统,连续三年实现无油点火起动和低负荷稳燃。
目前,彻底取消燃油系统的火电厂包括东营电厂21000MW机组、康平电厂2600MW机组、东胜电厂2330MW机组、阜康电厂2150MW机组;其中东胜电厂1号机组于2008年1月24日通过168小时试运,成为全球首台取消炉前燃油系统,安装两层等离子点火系统的火电燃煤机组。
等离子煤粉点火在工程实践中得到各大发电公司、电力设计院及锅炉制造厂的认可,事实证明等离子煤粉点火技术已经成熟,具备了大面积推广无燃油电厂的条件,是火电厂必然的发展方向。
目录Contents,烟台龙源电力技术股份有限公司简介CompanysProfile等离子点火原理TheoriesofPlasmaIgnition等离子点火系统TheoriesofPlasmaIgnition等离子点火技术应用ApplicationofPlasmaIgnitionTechnique煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术的发展OverviewofPlasmaIgnitionTechnique,等离子点火原理TheoriesofPlasmaIgnition,等离子是继固态、液态和气态之后的第四种物质形态。
等离子体对外呈中性,但在等离子体内有许多带电的阳离子和阴离子,形成一个400010000之间的高温以及温度梯度的超高温区。
等离子发生器利用直流电流(300A,300V)在介质气压(0.010.03MPa)的条件下接触引弧,并在强磁场控制下获得稳定功率的直流空气等离子体。
等离子点火原理TheoriesofPlasmaIgnition,等离子发生器APlasmaGeneratorA,功率50150KW连续可调,等离子点火原理TheoriesofPlasmaIgnition,等离子发生器BPlasmaGeneratorB,输送等离子体长度可达1.52m,等离子点火原理TheoriesofPlasmaIgnition,目录Contents,烟台龙源电力技术股份有限公司简介CompanysProfile等离子点火原理TheoriesofPlasmaIgnition等离子点火系统TheoriesofPlasmaIgnition等离子点火技术应用ApplicationofPlasmaIgnitionTechnique煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术的发展OverviewofPlasmaIgnitionTechnique,等离子点火系统PlasmaIgnitionSystem,用户只需提供380V交流电源和除盐水,PowerSupply&RectifyingCabinet,FlameMonitor,PlasmaBurner,PlasmaGenerator,FlameMonitorTV,OperatingInterface,CoolingWaterInlet,CoolingWaterOutlet,CompressedAir,技术介绍,等离子点火系统控制示意图,技术介绍,系统组成,控制系统(以四角切园燃烧锅炉为例),技术介绍,系统组成,冷却水系统(以四角切园燃烧锅炉为例),技术介绍,系统组成,高压风系统(以四角切园燃烧锅炉为例),等离子点火控制系统介绍,等离子发生器是等离子点火系统的核心部分,用来产生高温等离子电弧,其基本原理是在一定的磁场强度下,通过给特定结构的电极加特定的直流电源,通过电极的前后运动使电极之间的压缩空气在大电流、强磁场的作用下电离,形成高温等离子弧,冷却水用来冷却电极。
将高温等离子弧置于煤粉管道中,煤粉以一定的风速一定的浓度经过电弧时,煤粉颗粒受高温迅速破裂,析出挥发份,再造挥发份,从而使煤粉迅速燃烧。
特定直流电源的提供及自动调节控制,直流电源与电极动作的紧密配合能够使发生器自动点火成功,是自动控制的关键。
根据锅炉容量的不同,单台炉(100MW以上)应配备4个等离子点火装置,还需要通过现场总线实现设备的分布式集中控制,并且应留有与电厂其他控制系统的接口(如电厂的集散控制系统DCS)。
根据等离子点火系统的独有特点,我公司通过考察和比较国内外知名公司的工控产品的性能和价格,最终选用了德国西门子公司生产的可编程控制器及大功率直流传动装置来给等离子发生器提供电源,并完成等离子点火的自动控制过程;并通过Profibus现场总线或硬接线方式实现设备的分布式集中控制。
等离子点火系统介绍及控制任务,等离子点火控制系统介绍,选用西门子公司的SIMOREGDCMaster6RA70、6R28及ABB500型系列全数字直流调速装置,配以大功率晶闸管三相全控桥式整流装置来得到大功率稳定的可调节的直流电源。
具有以下特点:
功率50150KW连续可调;能通过自适应自动测量出输出回路的电阻和电感值,并自动调节电流调节器的增益和积分时间,以达到控制参数的最优化;具有完善的通讯功能,支持USS串口通讯和Profibus现场总线通讯方式;具有简易便捷的参数设定及监控;具有完善的过压,欠压,过流等保护功能;通过其他功能模板可实现很多附加功能。
等离子发生器电源,等离子点火控制系统介绍,选用S7-200CPU224可编程控制器来对直流电源和电极动作进行控制,实现等离子点火器的自动点火。
具体方案如下:
使用USS串口通讯协议,S7-200PLC采用自由口通讯方式编程,通过CPU224上的RS485通讯口PORT0与整流装置6RA70的RS485通讯口X172,完成PLC与整流装置之间的数据交换,从而完成PLC对整流装置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;电极控制信号及启弧必须的压缩空气压力、冷却水压力等信号直接接入CPU224固有的开关量输入输出端子,完成PLC对启弧条件信号的采集;通过CPU224内部的逻辑运算,实现等离子发生器启弧的自动控制。
等离子发生器启弧逻辑控制PLC,等离子点火控制系统介绍,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发生器启弧过程可顺利地进行,并对发生器启弧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发生器要分遥控/本控两种方式。
在本控操作时,通过电源柜可以对直流电流和阴极位置随时进行必要的调整,以适应不同煤种和工况条件下的点火参数需求。
自动控制等离子发生器启弧流程如插图所示:
控制程序结构与流程,等离子点火控制系统介绍,分散控制系统DCS在的火电厂的应用已经很普及,作为锅炉点火的重要部分的等离子点火系统的控制要结合到DCS系统的控制中,由DCS操作员站来完成对等离子点火的监控。
等离子点火控制系统可以采用硬接线方式或通信方式方便的接入电厂的DCS系统。
等离子点火控制系统的控制信号通过硬接线的方式接入DCS系统,实现电厂DCS对等离子点火的监控。
等离子点火控制系统通过电源柜的S7-200PLC的I/O扩展模块,采用标准的420ma和无源节点信号直接接到电厂DCS的I/O模块上,从而完成DCS系统对等离子点火控制系统信号的采集与控制。
该种控制方式等离子点火的控制逻辑要由DCS来完成,实现DCS对等离子点火的控制。
等离子点火控制系统自动化程度很高,数据采集量大,控制站较多,控制逻辑复杂,应用环境较差,要求系统可靠性较高。
采用SIEMENS可编程控制器和直流驱动装置很好的完成了等离子点火系统的自动控制任务,采用Profibus工业现场总线网络实现中心控制室对各个角等离子点火的分布式集中控制,适应火电厂自动化的数字化和网络化的发展方向。
等离子点火控制系统与电厂分散控制系统(DCS)的接口,SIMOREGDCMaster6RA70系列全数字直流调速装置等离子整流柜原理接线图-I,控制程序结构与流程,控制程序结构与流程,SIMOREGDCMaster6RA70系列全数字直流调速装置等离子整流柜原理接线图-II,控制程序结构与流程,SIMOREGDCMaster6RA70系列全数字直流调速装置等离子整流柜原理接线图-III,四角切圆锅炉方案PlasmaIgnitionSystem,等离子燃烧器一般安装在下数第一层或第二层。
四角切圆锅炉方案PlasmaIgnitionSystem,等离子燃烧器一般安装在下数第一层或第二层。
墙式燃烧锅炉方案PlasmaIgnitionSystem,等离子燃烧器一般安装在下数第一层或第二层。
墙式燃烧锅炉方案PlasmaIgnitionSystem,二次风箱secondairwindbox,等离子燃烧器plasmaburner,一次风管primaryairpipe,煤粉分离器PFseparator,等离子点火系统PlasmaIgnitionSystem,等离子燃烧器及发生器系统,等离子点火系统PlasmaIgnitionSystem,日立旋流燃烧器改造方案ProposalforHT-NR3Burner,巴威旋流燃烧器改造方案ProposalforB&WBurner,技术介绍,1.加装蒸汽加热暖风器2.加装燃气或油加热暖风器3.联络风道,直吹式制粉系统冷炉制粉技术,直吹式制粉系统冷炉制粉技术,直吹式制粉系统冷炉制粉技术TechnologyofColdFurnacePulverizingCoalforDirectFiringPulverizingSystem,磨煤机pulverizer,冷风coldair,燃气加热方案Heatingbygas,燃气或小油枪,目录Contents,烟台龙源电力技术股份有限公司简介CompanysProfile等离子点火原理TheoriesofPlasmaIgnition等离子点火系统TheoriesofPlasmaIgnition等离子点火技术应用ApplicationofPlasmaIgnitionTechnique煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术的发展OverviewofPlasmaIgnitionTechnique,等离子点火技术应用ApplicationofPlasmaIgnitionTechnique,本报告介绍华能汕头电厂3号锅炉NOx、SO2排放测试的试验目的、试验依据、试验测点、仪器及测试方法、试验要求以及试验结果。
试验结果表明:
(1)锅炉最大连续出力运行时,NOx排放量平均值为180mg/m3(标准状态),远低于保证值400mg/m3(标准状态)。
(2)锅炉额定出力运行时,SO2平均排放量为637mg/m3(标准状态),低于国家标准GB132232003规定的第2时段排放量2100mg/m3(标准状态)。
摘自西安热工院华能汕头电厂3号锅炉NOX、SO2排放测试报告,等离子点火技术应用ApplicationofPlasmaIgnitionTechnique,等离子点火技术应用ApplicationofPlasmaIgnitionTechnique,利用冷热态试验装置掌握煤粉的着火特性与直接点燃煤粉的基本条件Combustioncharacteristicsandfundamentalconditionsofdirectlylightingpulverizedcoalbymeansofexperimentalapparatusesincold/hotmodes,挥发分为36.1%的煤粉在两种煤粉细度下浓度与层流火焰传播速度的关系Therelationshipofconcentrationofcoalandpropagationspeedoflaminarflamein2differentgranularitieswiththevolatilecontent36.1%ofthepulverizedcoal.,挥发分为16.9%的煤粉在两种细度下浓度与火焰传播速度的关系Therelationshipofconcentrationofcoalandpropagationspeedin2differentgranularitieswiththevolatilecontent16.9%ofthepulverizedcoal.,利用冷热态试验装置掌握煤粉的着火特性与直接点燃煤粉的基本条件Combustioncharacteristicsandfundamentalconditionsofdirectlylightingpulverizedcoalbymeansofexperimentalapparatusesincold/hotmodes,挥发分为36.1%、29.2%、16.9%三种细煤粉的浓度与火焰传播速度的关系Therelationshipofconcentrationofcoalandpropagationspeedfor3kindsoffinecoalwiththevolatilecontent36.1%、29.2%、16.9%.,利用冷热态试验装置掌握煤粉的着火特性与直接点燃煤粉的基本条件Combustioncharacteristicsandfundamentalconditionsofdirectlylightingpulverizedcoalbymeansofexperimentalapparatusesincold/hotmodes,挥发份为16.3%的细煤粉中加入35的岩石粉时对火焰传播的影响Theeffectonthepropagationspeedofflameforthefinecoaladdedwith35%fossilpowder,withthevolatile16.3%.,利用冷热态试验装置掌握煤粉的着火特性与直接点燃煤粉的基本条件Combustioncharacteristicsandfundamentalconditionsofdirectlylightingpulverizedcoalbymeansofexperimentalapparatusesincold/hotmodes,等离子点火技术试验ApplicationofPlasmaIgnitionTechnique,2001年耗资上千万建成了冷态和热态模化试验台,设置了不同直径的一次风管道,配备了不同出力的给粉机,以适应不同容量的等离子燃烧器试验;设有两相流试验系统、细粉分选系统、能保证最大燃烧器热态点火所需的燃烧室、湿式除尘系统、空气加热系统、火焰监测系统以及相应的控制和检测系统。
该试验台能够以冷态模化的方法进行燃烧器流场、阻力等特性的研究;通过两相流模化研究风粉的浓缩技术;在1:
1的相似条件下,以电厂的各类燃烧器进行等离子燃烧器的热态试验研究。
试验台同时作为产品设计、出厂验收的必要手段,以确保产品达到设计性能。
该试验台已成为等离子点火及稳燃技术研发及设计生产的关键设施。
主汽升压曲线TheCurveofSublimationPressureofMainSteam,主汽升压曲线TheCurveofSublimationTemperatureofMainSteam,目录Contents,烟台龙源电力技术股份有限公司简介CompanysProfile等离子点火原理TheoriesofPlasmaIgnition等离子点火系统TheoriesofPlasmaIgnition等离子点火技术应用ApplicationofPlasmaIgnitionTechnique煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术的发展OverviewofPlasmaIgnitionTechnique,煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术的发展OverviewofPlasmaIgnitionTechnique,传统的电站锅炉启动、停滑、低负荷稳燃都要消耗大量燃油。
以600MW新建机组为例,168期间用油4800-6000吨,折合人民币2800-3600万人民币(6000/吨)。
在中国,电站锅炉每年调试、点火及稳燃用油500万吨,费用超过200亿元人民币。
煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术的发展OverviewofPlasmaIgnitionTechnique,等离子点火及稳燃系统以煤代油,实现电站锅炉无油启停与稳燃。
运行成本仅为燃油运行成本的1020;,100,20,0,20,40,60,80,100,燃油运行成本costofoil,等离子运行成本costofplasma,成本运行燃料费用单位:
Operatingfuelcost(),煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术的发展OverviewofPlasmaIgnitionTechnique,20世纪70年代初,美国、前苏联和澳大利亚等国的一些公司和科研单位都曾投入大量的人力、财力研究开发等离子点火技术。
但因技术的局限性,均未实现工业应用。
煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术的发展OverviewofPlasmaIgnitionTechnique,2008年5月发布的国家重点节能技术推广目录(第一批),质量体系认证证书,ISO9000认证证书,领导关怀与政策支持,原能源部长黄毅诚参观佳木斯电厂等离子点火装置,领导关怀与政策支持,原电力部副部长陆延昌参加等离子点火装置鉴定会并参观烟台电厂等离子点火装置,领导关怀与政策支持,发改委领导的批示,2005年9月国家能源局呈报的广东台山600MW机组3号炉采用我公司等离子点火装置实现零耗油的报告,国家发改委领导作了重要批示,“作为电力系统的一项重要节油措施大力推广”。
煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术的发展OverviewofPlasmaIgnitionTechnique,国际合作,发展规划展望,燃煤电厂取消燃油系统,发展规划展望,意义:
电站燃煤锅炉取消燃油系统实现单一燃料运行管理,是电力行业划时代的进步,一直是电力工作者长期努力的目标。
我国电力建设每年以6000万千瓦的速度在发展,发电用煤60是适用于等离子点火的烟煤,尤其600MW以上的大机组,大多数采用优质烟煤,例如1000MW机组14个工程计30余台机组都是采用的优质烟煤,都具有实现无油启动、无油稳燃以至实行无油电厂的可能。
电站燃煤锅炉取消燃油系统在大机组中有巨大的市场。
效益:
火电机组的耗油量极高,据统计,全国火电机组每年启停及稳燃消耗燃油高达500万吨,约占全国轻质燃油消耗量的20%。
同时,采用等离子点火及稳燃技术在基建期间就可以取消了油库、输油设备及炉前油系统,降低了工程造价和节省了油库占地,经济效益十分显著。
取消燃油系统,以煤代油符合国家战略能源政策,不仅经济效益显著,对电厂管理可以消除燃油系统泄漏而时常发生的着火、设备损坏等安全隐患,减少设备的维护量。
从燃烧角度来讲,可以杜绝煤油混烧引发的空预器着火、电除尘阴极积碳等事故的发生,电站锅炉在点火初期电除尘装置就可以投运,减少粉尘排放,符合国家能源环保政策。
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