无燃油等离子体点火及助燃电厂设计与运行导则送审稿.docx
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无燃油等离子体点火及助燃电厂设计与运行导则送审稿
备案号:
—2010
Q/
中国国电企业标准
Q/—2010
无燃油等离子体点火及助燃电厂
设计、调试与运行导则
Guidefordesign、commissioningandoperationofplasmaignitionandcombustionstabilizationonfueloil-freepowerplant
(送审稿)
2010--发布2010--实施
中国国电发布
目次
前言
无燃油等离子体点火及助燃电厂与燃用煤质、炉型、容量、制粉系统和无燃油等离子体点火及助燃系统多重因素有关,而且还涉及到电厂、锅炉制造厂、电力设计院、调试单位和等离子体点火设备制造厂,需要对涉及各方面的技术进行规范。
本导则是在研究总结无燃油等离子体点火及助燃电厂应用经验的基础上编制的,目的是规范无燃油等离子体点火及助燃电厂的设计、制造、调试和运行,提高无燃油等离子体点火及助燃电厂运行的安全可靠性。
本导则由中国国电集团公司提出。
本导则起草单位:
国家电力公司电力规划设计总院、国电康平发电有限公司、国电东胜热电有限公司、国电沈西热电有限公司、东北电力设计院、东北电力科学研究院有限公司、哈尔滨锅炉厂有限责任公司、烟台龙源电力技术股份有限公司。
本导则起草人:
王雨蓬、唐宏、苗雨旺、崔学霖、牛涛、林淑胜、王新光、陈彦森、李佩国、钱亢木、路野、潘浩、李延苓。
无燃油等离子体点火及助燃电厂设计、调试与运行导则
1范围
本导则规定了无燃油等离子体点火及助燃电厂设计、调试与运行应遵循的原则。
本导则适用于单机容量为50MW~1000MW级、设计燃用贫煤、烟煤和褐煤、采用切向和墙式燃烧方式煤粉锅炉的火力发电厂。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB1094.11电力变压器第11部分:
干式变压器
GB5226.1机械安全机械电气设备第1部分:
通用技术条件
GB50217电力工程电缆设计规范
GB/T3048.5电线电缆电性能试验方法第5部分:
绝缘电阻试验
GB/T4830工业自动化仪表气源压力范围和质量
GB/T20160旋转电机绝缘电阻测试
GB/T22764.4低压机柜第4部分:
电气安全要求
DL5000火力发电厂设计技术规程
DL/T435电站煤粉锅炉炉膛防爆规程
DL/T455锅炉暖风器
DL/T852锅炉启动调试导则
DL/T5044电力工程直流系统设计技术规程
DL/T5047电力建设施工及验收技术规范(锅炉机组篇)
DL/T5054火力发电厂汽水管道设计技术规定
DL/T5145火力发电厂制粉系统设计计算技术规定
DL/T5153火力发电厂厂用电设计技术规定
DL/T5175火力发电厂热工控制系统设计技术规定
DL/T5204火力发电厂油气管道设计规程
JB/T5943工程机械焊接件通用技术条件
IEEEStdC57.110-2004施加非正弦负载电流时变压器性能确定的推荐实施规程(RecommendedPracticeforEstablishingTransformerCapabilityWhenSupplyingNonsinusoidalLoadCurrents)
3术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1等离子体plasma
等离子体是载体工质(空气)被电离产生的,内部存在阴、阳离子,对外呈中性的热电离气体。
3.2
等离子体发生器plasmatron(plasmagenerator)
利用稳定电源将连续供给的载体工质(空气)电离从而产生等离子体电弧的装置。
3.3
等离子体发生器阳极plasmatronanode
等离子体发生器中接正电的电极,简称阳极(anode)。
3.4
等离子体发生器阴极plasmatroncathode
等离子体发生器中接负电的电极,简称阴极(cathode)。
3.5
等离子体燃烧器plasmaburner
配有等离子体发生器并以等离子体点火和稳燃的煤粉燃烧器。
3.6
等离子体点火plasmaignition
利用等离子体发生器产生的等离子体电弧在等离子体燃烧器内点燃一定浓度的煤粉/空气混合物气流的过程。
3.7
冷风蒸汽加热器steam-airheaterforpulverizer
为锅炉冷态启动磨煤机提供热空气而用蒸汽加热空气的设备。
3.8
冷风燃油加热器airheaterwithoilcombustor
采用小出力油枪为锅炉冷态启动磨煤机提供热空气而置于风道的油燃烧室(通常用于褐煤)。
3.9
图像火焰监视器flamevideomonitor
通过视频图像采集,并输出图像视频信号到监视系统,供运行人员观察火焰燃烧情况的设备。
3.10
吹扫风purgingair
用于等离子体发生器在载体工质(空气)停用后的清扫和防污染的高压风(一般来自火检冷却风机)。
3.11
煤粉浓度pulverized-coalconcentration
煤粉/空气混合物气流中的煤粉与空气的质量流量比。
3.12
等离子体点火模式plasmamodeforignition
在锅炉启停期间,等离子体发生器与炉膛安全保护系统(FSSS)联动、投入等离子体点火功能时的运行模式。
3.13
等离子体稳燃模式plasmamodeforstabilization
在锅炉稳燃期间,等离子体发生器不与炉膛安全保护系统(FSSS)联动、投入等离子体点火功能时的运行模式。
3.14
载体工质(空气)系统airmediumsystem
为等离子体发生器提供载体工质(空气)的系统,通常是由空气压缩机或高压离心风机提供。
3.15
冷却水系统coolingwatersystem
为等离子体发生器阴、阳极和线圈提供冷却水的系统。
3.16
冷炉制粉系统coalpulverizingsystemforboilercoldstart-up
锅炉燃烧器不投燃油冷态启动时利用本炉制粉设备制备煤粉的系统。
通常在原制粉系统上增加冷风加热设备(冷风蒸汽加热器)或引自邻炉热风,为磨煤机提供热风的系统(包括相应的管道、阀门及其控制系统)。
3.17
无燃油等离子体点火及助燃系统fueloil-freeplasmaignitionandcombustionstabilizationsystem
由等离子体燃烧器、电源系统、载体工质(空气)系统、冷却水系统、冷炉制粉系统及监测控制系统组成的系统。
3.18
无燃油燃电厂fueloil-freepowerplantwithplasmaignitionandcombustionstabilization
采用无燃油等离子体点火及助燃系统实现燃煤锅炉启停和低负荷稳燃,即不设燃油系统的电厂。
4无燃油等离子体点火及助燃电厂的适应性
4.1煤质的适应性
4.1.1对于采用切圆燃烧方式的无燃油电厂锅炉煤质特性满足下述要求时,可采用无燃油等离子体点火及助燃系统:
a)烟煤:
灰分Aar≤35%,且Mar≤15%,Vdaf≥30%(相当于Var≥15%);;
b)褐煤:
灰分Aar≤30%,且Mar≤25%,Vdaf≥40%(相当于Var≥18%);
或灰分Aar≤17%,且Mar≤40%,Vdaf≥42%(相当于Var≥18%)。
4.1.2对于采用墙式燃烧方式的无燃油电厂锅炉煤质特性满足下述要求时,可采用无燃油等离子体点火及助燃系统:
a)烟煤:
灰分Aar≤35%,且Mar≤10%,Vdaf≥32%(相当于Var≥18%);
b)褐煤:
灰分Aar≤30%,且Mar≤25%,Vdaf≥40%(相当于Var≥18%);
或灰分Aar≤17%,且Mar≤40%,Vdaf≥42%(相当于Var≥18%)。
4.1.3当煤质参数在4.1.1和4.1.2规定的范围以外时,应通过调整煤粉细度、煤粉浓度、一、二次风速、煤粉/空气混合物温度、加大等离子体发生器的功率等措施,并经试验验证后,方可采用无燃油等离子体点火及助燃系统。
4.2锅炉型式
适用于煤粉悬浮燃烧的锅炉,型式包括:
——角式切向燃烧锅炉;
——墙式切向燃烧锅炉;
——墙式对冲燃烧锅炉。
4.3燃烧器型式
适用的燃烧器型式:
——角式切向燃烧直流燃烧器;
——墙式切向燃烧直流燃烧器;
——墙式旋流燃烧器。
4.4制粉系统型式
4.4.1中间储仓式制粉系统个别乏气送粉系统!
中间储仓式制粉系统电厂,可采用无燃油电厂等离子体点火和助燃技术。
4.4.2中速磨煤机直吹式制粉系统
中速磨煤机直吹式制粉系统电厂,宜采用无燃油电厂等离子体点火和助燃技术。
4.4.3钢球磨煤机直吹式制粉系统
钢球磨煤机直吹式制粉系统电厂,宜采用无燃油电厂等离子体点火和助燃技术。
5无燃油等离子体点火及助燃系统性能要求
5.1无燃油等离子体点火及助燃系统应能安全稳定地点燃煤粉,不发生爆燃和二次燃烧,满足不设燃油系统时锅炉在各种状态下启、停及正常运行的要求。
5.2等离子体燃烧器应不影响锅炉主燃烧器的设计性能。
5.3等离子体燃烧器应满足各燃烧器间阻力匹配的要求。
5.4等离子体燃烧器应满足与制粉系统接口的要求。
5.5等离子体燃烧器在运行中应满足主燃烧器的正常运行以及低负荷助燃的要求。
5.6无燃油等离子体点火及助燃系统的相关设备应合理匹配,保证整个系统安全可靠运行。
5.7无燃油等离子体点火及助燃系统应满足锅炉正常检修周期的要求。
5.8等离子体点火控制系统应具有与炉膛安全保护系统(FSSS)、分散控制系统(DCS)等的接口。
5.9无燃油等离子体点火及助燃系统应设置图像火焰监视、等离子体燃烧器的壁温监测。
5.10等离子体点火系统和对应的制粉系统应有足够的备用。
6无燃油等离子体点火及助燃电厂的设计
6.1通则
除不设计常规的点火及助燃油系统外,无燃油等离子体点火及助燃电厂应按DL5000规定进行设计。
6.2启动锅炉选型
6.2.1启动锅炉型式应为燃煤链条锅炉。
6.2.2若有其它可靠的蒸汽汽源,可不设启动锅炉。
6.3冷炉制粉系统设计
6.3.1储仓式制粉系统
6.3.1.1对储仓式钢球磨煤机热风送粉制粉系统,无燃油等离子体点火及助燃系统应利用本炉煤粉仓中剩余煤粉或邻炉输送的煤粉。
宜从邻炉引入热风(或设置冷风蒸汽加热器)。
邻炉送粉和引入热风的位置见图1。
图1储仓式钢球磨煤机热风送粉系统
1—锅炉;2—空气预热器;3—送风机;4—给煤机;5—下降干燥管;6—磨煤机;
7—木块分离器;8—粗粉分离器;9—防爆门;10—细粉分离器;11—锁气器;12—木屑分离器;
13—换向器;14—吸潮管;15—螺旋输粉机;16—煤粉仓;17—给粉机;18—风粉混合器;
19—一次风机;20—乏气风箱;21—排粉风机;22—二次风箱;23—燃烧器;24—乏气喷口;
25—邻炉煤粉输入点;26—邻炉热风引入点(或设置冷风蒸汽加热器)
6.3.1.2对于储仓式钢球磨煤机乏气送粉系统,等离子体燃烧器应对应两台排粉机,无燃油等离子体点火及助燃系统应利用本炉煤粉仓中剩余煤粉或邻炉输送的煤粉,邻炉送粉引入位置见图2。
图2储仓式钢球磨煤机乏气送粉系统
1—锅炉;2—空气预热器;3—送风机;4—给煤机;5—下降干燥管;6—磨煤机;
7—木块分离器;8—粗粉分离器;9—防爆门;10—细粉分离器;11—锁气器;12—木屑分离器;
13—换向器;14—吸潮管;15—螺旋输粉机;16—煤粉仓;17—给粉机;18—风粉混合器;
19—一次风箱;20—排粉风机;21—二次风箱;22—燃烧器;23—邻炉煤粉输入点
6.3.2直吹式制粉系统
6.3.2.1冷炉制粉热风来源:
a)邻炉引入热风;
b)冷风加热器:
1)冷风蒸汽加热器;
2)冷风蒸汽加热器和冷风燃油加热器串联加热方式。
6.3.2.2邻炉引入热风要求:
a)根据锅炉点火启动期间对等离子体燃烧器出力的要求,按DL/T5145计算求出所需的干燥剂量和温度,确定需要从邻炉引入的热风量和热风温度;根据布置的热风管道,按DL/T5145计算热风管道的阻力。
b)邻炉引入热风方式应不影响邻炉的正常运行。
c)邻炉引入热风方式其风道应装设严密的隔断门。
6.3.3冷风加热器的选用
6.3.3.1应采用冷风蒸汽加热器不宜采用电加热器加热空气。
该选何种?
6.3.3.2冷风加热器的选择应按制粉系统热力计算的结果确定,每台炉可设2台或3台冷风加热器。
6.3.4冷风蒸汽加热器汽源
冷炉制粉需要的加热蒸汽汽源可取自启动锅炉、辅助蒸汽或相邻锅炉再热器入口蒸汽。
不同煤质对冷风蒸汽加热器汽源的要求是:
a)当入炉煤的收到基水分不大于19%时,冷风蒸汽加热器宜采用厂用辅助蒸汽汽源,蒸汽压力应不低于0.8MPa。
原则性系统如图3。
b)当入炉煤的收到基水分大于19%时,冷风蒸汽加热器宜采用2种加热汽源:
1)厂用辅助蒸汽,蒸汽压力应不低于0.8MPa;
2)锅炉再热器入口蒸汽,蒸汽压力应不低于2.5MPa。
并且首台机组试运行时入炉煤收到基水分应不大于19%,原则性系统如图4。
c)当入炉煤的收到基水分大于19%,且无锅炉再热器入口蒸汽汽源时,可采用冷风蒸汽加热器与冷风燃油加热器串联加热方式。
原则性系统如图5。
图3冷风蒸汽加热器蒸汽侧原则性系统示意图
图4冷风蒸汽加热器蒸汽侧原则性系统示意图
图5冷风蒸汽加热系统与冷风燃油加热系统串联原则性系统图
6.3.5冷风蒸汽加热系统的设计与布置
6.3.5.1加热蒸汽及其疏水系统设计
加热蒸汽管道接至冷风蒸汽加热器的蒸汽接口,冷风蒸汽加热器的疏水宜排至锅炉定排扩容器或锅炉无压放水母管,按DL/T5054规定执行。
如不能进入上述疏水系统时,可另设疏水扩容器。
6.3.5.2冷风蒸汽加热器布置
6.3.5.2.1冷风蒸汽加热器的设计和布置应便于检修维护,疏水舒畅。
6.3.5.2.2冷风蒸汽加热器宜布置在磨煤机入口热风道的旁路风道上,冷风蒸汽加热器阻力小于400Pa。
6.3.5.2.3冷风蒸汽加热器的布置方式:
a)冷风蒸汽加热器布置于炉侧热风风道原则性系统,如图5。
图5冷风蒸汽加热器布置于炉侧热风道原则性系统示意图
b)冷风蒸汽加热器布置在磨煤机入口另设的旁路风道原则性系统,如图6。
图6冷风蒸汽加热器布置于磨煤机入口另设的旁路风道原则性系统示意图
6.3.6冷风燃油加热系统的设计与布置
6.3.6.1加热燃油来源
加热燃油可取自柴油发电机组的油箱,也可取自油罐车。
6.3.6.2加热燃油系统的设计
燃油系统设计按DL/T5204规定执行。
6.3.6.3冷风燃油加热系统的布置
6.3.6.3.1冷风燃油加热器的设计和布置应便于检修维护。
6.3.6.3.2冷风燃油加热器应串联在冷风蒸汽加热器之后。
6.3.6.3.3冷风燃油加热器增压风系统风机的取风口尽量避开磨煤机密封风机取风口或其他取风口,避免出现“抢风”现象,以减少对油燃烧器助燃风的影响。
6.4载体工质(空气)系统设计
等离子体发生器需要清洁、压力稳定的空气作为载体工质,宜采用全厂的仪表用压缩空气。
6.5闭式循环冷却水系统设计
等离子体发生器需要水冷却,冷却水水质为除盐水,水温小于40℃。
冷却水供水宜取自全厂闭式循环冷却水供水母管,系统回水宜回到全厂闭式循环冷却水回水母管。
6.6电气系统设计
6.6.1对应锅炉每层等离子体发生器的电源宜设置专用低压变压器,由机组中压母线引接。
当容量及谐波含量符合要求时也可由其他工作变压器PC母线引接。
6.6.2每层的等离子体燃烧器与对应的磨煤机电源设置在同一电源通道。
6.6.3当两台以上等离子体发生器引接于同一电源系统时,除等离子体发生器电源外的其它设备不应由此电源系统供电,应提高供电变压器的容量以补偿谐波引起的涡流损耗并在高、低压绕组间设置屏蔽。
在经济、技术比较合理的情况下可采取抑制谐波的措施。
6.6.4无燃油等离子体点火及助燃系统供电变压器的容量、结构及材料应考虑谐波影响,变压器容量应按照IEEEStdC57.110-2004执行。
建议隔离变压器与专用低压变压器的容量匹配见表1。
表1隔离变压器与专用等离子体低压变压器的容量匹配建议
隔离变数量
台
隔离变容量
kVA
低压变压器容量
kVA
4
200
1000
300
1600
5
200
1250
300
2000
6
200
1600
300
2000
8
200
2000
300
2500
6.6.5为等离子体发生器电源供电的电缆应采用XLPE绝缘多芯屏蔽电缆,绞缆结构为圆形,应考虑最严重敷设条件下的降容系数。
6.6.6为等离子体发生器电源供电的断路器应采用智能框架空气断路器,以获得较高的分断能力以及保护的选择性、灵敏性。
6.6.7冷却水泵及高压风机由成对的互为备用的MCC分别供电;应为冷却风机分别提供一路保安电源;图像火焰监视控制柜电源应取自机组热工仪表电源。
6.6.8机组电动给水泵、吸风机等大容量负荷启动时的厂用母线电压降低应不影响等离子体点火设备的运行,否则应避免其与等离子体发生器电源来自同一电源通道。
6.6.9无燃油等离子体点火及助燃系统电气设备的布置应符合DL/T5153及DL/T5044的要求。
6.6.10供电设备与整流设备应分隔房间布置,并在设计暖通设施时充分考虑设备发热、谐波影响。
6.6.11整流柜与等离子体发生器间电缆距离不应超过150m。
6.7控制系统的设计
6.7.1监测系统
监测系统包括图像火焰监视和等离子体燃烧器壁温监测。
6.7.2控制系统
6.7.2.1分散控制系统(DCS)应统筹无燃油等离子体点火及助燃系统的控制,以完成等离子体发生器点火及稳燃的操作和监控,宜采用硬接线方式,由DCS直接控制。
6.7.2.2如果改造机组DCS没有足够备用点,应单独设置无燃油等离子体点火及助燃控制系统,控制系统采用可编程控制器(PLC)和触摸屏组成,应按等离子体发生器的工作特点和要求编制控制程序,提供有效的控制和保护。
6.7.2.3DCS采用通讯方式控制无燃油等离子体点火及助燃系统时,由DCS实现监控,触摸屏作为后备操作盘。
6.7.2.4DCS与炉膛安全保护系统(FSSS)应考虑对无燃油等离子体点火及助燃系统的控制与保护逻辑,实现锅炉运行监控管理。
6.7.2.5直吹式制粉系统锅炉等离子体燃烧器对应的磨煤机的出口快关门应一对一控制。
6.8等离子体燃烧器的布置
6.8.1切向燃烧直流燃烧器
6.8.1.1根据直流燃烧器的结构、布置方式及其与煤粉管道的连接方式,等离子体发生器宜采用轴向方式布置。
在无轴向方式布置条件时,可采用径向布置方式。
6.8.1.2等离子体燃烧器的喷口设计与外部轮廓结构尺寸宜与锅炉水冷壁开孔相匹配,并与锅炉设计燃用煤质的燃烧性能相适应。
6.8.1.3等离子体燃烧器可设置二层或三层,通常宜布置在炉膛自下而上第一、二层和第三层煤粉燃烧器的位置,按DL/T435的标准执行。
6.8.2墙式燃烧旋流燃烧器
6.8.2.1墙式燃烧旋流燃烧器应采用轴向方式布置等离子体发生器。
6.8.2.2等离子体燃烧器可设置二层或三层,布置在墙式燃烧锅炉的前墙和后墙的最下层或最下层及最下第二层,按DL/T435的标准执行。
6.9等离子体点火系统的设计
6.9.1冷风加热器
6.9.1.1冷风蒸汽加热器的设计
6.9.1.1.1冷风蒸汽加热器宜采用高频焊螺旋鳍片管换热器,不宜采用铝质套片管式换热器。
6.9.1.1.2冷风蒸汽加热器的设计和布置应便于疏水,防止发生水击。
6.9.1.1.3冷风蒸汽加热器的入口应设置蒸汽压力、温度和入口风温的指示仪表。
6.9.1.1.4冷风蒸汽加热器的传热面积应有20%的裕量。
6.9.1.2冷风燃油加热器的设计
6.9.1.2.1冷风燃油加热器内表面应采用耐火材料。
6.9.1.2.2设置冷风燃油加热器的风道外表面应予以保温,其设计按DL/T5072规定执行。
6.9.1.2.3冷风燃油加热器应设置图像火焰监视、可见光火焰检测和壁温监测。
6.9.1.2.4冷风燃油加热器应设置防止热烟气和热风外漏的电动执行机构。
6.9.2载体工质(空气)系统
6.9.2.1宜采用电厂的仪表用压缩空气作为等离子体发生器的载体工质,空气品质应满足GB/T4830的要求。
6.9.2.2如电厂不能提供仪表用压缩空气,可采用高压离心风机提供的高压风(空气)。
风机宜布置在锅炉运转层靠近用气点的位置,应考虑到风机入口空气含尘问题。
6.9.2.3根据等离子体发生器的型式确定载体工质的风量和阻力。
6.9.2.4每层等离子体燃烧器宜设置的高压离心风机2台,其中1台为备用。
每台风机风量裕量不应低于35%,压力裕量不应低于30%。
6.9.2.5如采用高压离心风机提供等离子体发生器的载体工质,载体工质管道的流速应为6m/s~10m/s。
6.9.2.6每只等离子体发生器的载体工质管道上应设置压力表和压力开关,“压力满足”信号反馈至控制系统。
当压力不满足时,联锁跳闸该等离子体发生器。
6.9.2.7高压离心风机出口应设置压力表和压力开关,当压力不满足时,联锁启动备用高压离心风机。
6.9.2.8当采用仪表用压缩空气作为载体工质时,应设置等离子体发生器吹扫管道。
吹扫风源宜取自无燃油等离子体点火及助燃系统图像火焰监视探头的冷却风机。
6.9.2.9载体工质(空气)系统的配置:
切向和墙式燃烧锅炉等离子体发生器载体工质(空气)系统配置的原则性系统(仅示一层等离子体燃烧器的载体工质空气系统)见图8、图9、图10和图11。
图8切向燃烧锅炉采用电厂仪表用压缩空气作为载体工质的原则性系统示意图
图9切向燃烧锅炉采用高压离心风机提供载体工质的原则性系统示意图
图10墙式燃烧锅炉采用高压离心风机提供载体工质的原则性系统示意图
6.9.3冷却水系统
6.9.3.1等离子体发生器冷却水应采用除盐水,温度小于40℃。
6.9.3.2每只等离子体发生器冷却水管道上应设置阀门、过滤器、压力表和压力开关(或流量开关),“压力满足”信号(或“流量满足”信号)反馈至控制系统。
当压力(或流量)不满足时,联锁跳闸该等离子体发生器。
6.9.3.3如电厂冷却水压力不满足等离
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