王 毅

（綏中發(fā)電有限責(zé)任公司,遼寧 葫蘆島 125222）

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,電力總裝機(jī)容量和單機(jī)容量劇增,單機(jī)容量為1 000 MW的超超臨界燃煤機(jī)組已廣泛應(yīng)用。電廠每年僅用于鍋爐啟停、低負(fù)荷助燃、穩(wěn)燃的輕柴油就達(dá)幾千萬(wàn)t。為了有效減少鍋爐啟停和低負(fù)荷穩(wěn)燃、助燃的燃油損耗、節(jié)約成本,應(yīng)采用微油點(diǎn)火技術(shù)。

微油點(diǎn)火技術(shù)實(shí)現(xiàn)了用微量的油直接引燃燃燒器中的稀相煤粉后點(diǎn)燃濃相煤粉,經(jīng)逐級(jí)燃燒和能量逐級(jí)傳遞放大,實(shí)現(xiàn)冷爐啟動(dòng),并在低負(fù)荷和超低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)使鍋爐穩(wěn)定燃燒。微油點(diǎn)火系統(tǒng)的投運(yùn)能大幅減少發(fā)電廠的用油量,節(jié)油率可達(dá)95%以上,從而降低運(yùn)營(yíng)成本,給電廠帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益[1][2]。綏中發(fā)電有限責(zé)任公司二期擴(kuò)建的2× 1 000 MW超超臨界燃煤機(jī)組鍋爐B層燃燒器采用了微油點(diǎn)火方式。

1 微油點(diǎn)火系統(tǒng)

微油點(diǎn)火系統(tǒng)其原理是用微油油槍的高溫火焰點(diǎn)燃燃燒筒內(nèi)的部分稀相煤粉,再加速引燃通過(guò)濃縮環(huán)的濃相煤粉,在高溫環(huán)境下迅速點(diǎn)燃煤粉可燃性揮發(fā)物,煤粉火焰迅速點(diǎn)燃燃燒筒內(nèi)所有煤粉,以微量油直接點(diǎn)燃煤粉[5]。

微油點(diǎn)火過(guò)程：微油油槍通過(guò)噴口、利用壓縮空氣將射出的高壓、高速輕柴油射流撕碎并霧化,用高能點(diǎn)火槍點(diǎn)燃,在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生氣化,火焰溫度極高,迅速引燃煤粉揮發(fā)物后直接點(diǎn)燃所有燃燒筒內(nèi)煤粉,逐級(jí)燃燒,能量逐級(jí)擴(kuò)大。

微油點(diǎn)火系統(tǒng)構(gòu)成包括微油燃燒器、微油油槍及點(diǎn)火槍、燃油系統(tǒng)、火檢系統(tǒng)、助燃風(fēng)系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、壁溫檢測(cè)系統(tǒng)、微油控制系統(tǒng)等。

1.1 微油燃燒器

微油燃燒器主要由中心燃燒筒和煤粉濃縮環(huán)構(gòu)成。中心燃燒筒上開(kāi)孔既能補(bǔ)充燃燒時(shí)所需氧量,又能對(duì)流散熱,以防壁溫超溫及結(jié)焦。煤粉濃縮環(huán)可以逐級(jí)提高煤粉濃度,使燃燒能量逐級(jí)迅速放大。

1.2 微油油槍及點(diǎn)火槍

微油油槍和點(diǎn)火槍固定安裝在微油燃燒器中心筒內(nèi)。點(diǎn)火初期微油油槍需要通入壓縮空氣來(lái)霧化柴油及提供初期燃燒所需氧量。

點(diǎn)火槍用于點(diǎn)燃經(jīng)霧化的輕柴油,進(jìn)而點(diǎn)燃煤粉。其點(diǎn)火能量為220 V AC輸入轉(zhuǎn)換成2 500V DC輸出。

1.3 燃油系統(tǒng)

燃油系統(tǒng)是為微油油槍供輕質(zhì)柴油的供回油管路,為油槍提供壓力穩(wěn)定、油質(zhì)清潔的輕柴油。

1.4 火檢系統(tǒng)

微油火檢系統(tǒng)用于檢測(cè)油槍著火是否正常,微油火檢探頭所采集到的火焰強(qiáng)度信號(hào)經(jīng)火檢放大器處理后送至DCS的模擬量輸入（AI）板,同時(shí)將火焰著火信號(hào)送至DCS的開(kāi)關(guān)量輸入（DI）板,進(jìn)行有火和無(wú)火判斷。

1.5 助燃風(fēng)系統(tǒng)

助燃風(fēng)主要用于提供微油燃燒時(shí)所需氧量,并冷卻微油火檢探頭,在微油油槍停用后對(duì)其進(jìn)行冷卻。燃燒器穩(wěn)定燃燒時(shí),助燃風(fēng)應(yīng)根據(jù)運(yùn)行所需風(fēng)量調(diào)整開(kāi)度以便進(jìn)行助燃和吹掃。

1.6 壓縮空氣系統(tǒng)

壓縮空氣系統(tǒng)用于霧化微油和清掃油槍。壓縮空氣壓力為0.5～0.6 MPa。

1.7 壁溫檢測(cè)系統(tǒng)

壁溫檢測(cè)系統(tǒng)用來(lái)檢測(cè)燃燒器金屬壁溫是否超溫,以保證燃燒器正常運(yùn)行。由2支K分度熱電偶固定插入燃燒器金屬壁經(jīng)信號(hào)線傳輸至DCS,用于判斷報(bào)警和連鎖保護(hù)。

1.8 微油控制系統(tǒng)

綏中發(fā)電有限責(zé)任公司1 000 MW機(jī)組鍋爐B層燃燒器所用的8支微油油槍（另配有8支大油槍備用）其控制系統(tǒng)為單獨(dú)的微油控制系統(tǒng),可方便實(shí)現(xiàn)就地和遠(yuǎn)方DCS控制點(diǎn)火[3]。微油控制系統(tǒng)設(shè)備主要包括燃油閥、霧化閥、吹掃閥、點(diǎn)火槍。微油控制包括單支油槍啟動(dòng)和停止、整層啟動(dòng)和停止等。

要進(jìn)入微油控制模式應(yīng)滿足以下條件：微油火檢有火（DCS邏輯判斷8取6）;微油油角閥全開(kāi)（DCS邏輯判斷8取6）;操作面板點(diǎn)“微油模式”按鈕[4]。

a.單支微油油槍啟動(dòng)和停止

單支油槍啟動(dòng)和停止分為就地控制和遠(yuǎn)程DCS控制2種方式。就地控制方式是在就地/遠(yuǎn)程按鈕旋至“就地”,且DCS來(lái)就地啟動(dòng)允許指令后可以實(shí)現(xiàn)在就地控制柜對(duì)單個(gè)微油油槍進(jìn)行操作。遠(yuǎn)程控制方式是在就地/遠(yuǎn)程按鈕旋至“遠(yuǎn)程”,在遠(yuǎn)方通過(guò)DCS畫(huà)面對(duì)單支油槍進(jìn)行操作。

單支油槍順控啟動(dòng)：在遠(yuǎn)程位DCS點(diǎn)火允許,按下微油點(diǎn)火啟動(dòng)按鈕→開(kāi)霧化閥→延時(shí)3 s點(diǎn)火槍打火,同時(shí)開(kāi)燃油閥（15 s后點(diǎn)火槍停止打火）。

當(dāng)同時(shí)滿足微油火檢有火、微油燃油閥開(kāi)到位且B1吹掃閥關(guān)閉時(shí),邏輯判斷單支微油油槍投運(yùn)。

單支油槍順控停止：在遠(yuǎn)程位按下微油停止按鈕→關(guān)燃油閥、霧化閥,燃油閥關(guān)到位后→開(kāi)吹掃閥（15 s后關(guān)吹掃閥）。

b.整層啟動(dòng)和停止

當(dāng)微油油層啟動(dòng)時(shí),通過(guò)DCS遠(yuǎn)程控制, FSSS（爐膛安全檢測(cè)系統(tǒng)）邏輯將按照34-56-12-78順序自動(dòng)投運(yùn)微油B層,每對(duì)之間的間隔時(shí)間為10 s;當(dāng)微油油層停用時(shí),FSSS邏輯將按照78-12-56-34順序自動(dòng)停用微油B層,每對(duì)之間的間隔時(shí)間為10 s[2]。

2 微油點(diǎn)火分散控制系統(tǒng)（DCS）控制邏輯

綏中發(fā)電有限責(zé)任公司汽機(jī)和鍋爐控制系統(tǒng)均采用SIEMENS的T3000分散控制系統(tǒng)。硬件組成包括DPU控制器、開(kāi)關(guān)量和模擬量信號(hào)輸入和輸出卡件、服務(wù)器、上下層雙環(huán)網(wǎng)、接口模件、工程師站、操作員站等。

2.1 微油點(diǎn)火方式選擇

鍋爐點(diǎn)火方式分為微油點(diǎn)火方式和正常點(diǎn)火方式,通過(guò)DCS可實(shí)現(xiàn)自由選擇。但考慮省油和經(jīng)濟(jì)性一般選用微油點(diǎn)火方式。以下為微油點(diǎn)火方式選擇的控制邏輯（以3號(hào)鍋爐B層321微油燃燒器為例）,如圖1所示。

2.2 微油燃燒器遠(yuǎn)方/就地選擇

微油燃燒器控制分為遠(yuǎn)方DCS控制和就地控制2種方式,可通過(guò)以下邏輯進(jìn)行選擇。其中SLC為選擇模塊,EN_ON和EN_OFF均默認(rèn)為1,A_ON和A_OFF為有效輸入,當(dāng)A_ON置1時(shí)選擇遠(yuǎn)方點(diǎn)火方式。如圖2所示。

2.3 微油燃燒器程控邏輯

圖1 微油點(diǎn)火方式選擇控制邏輯

微油燃燒器程控是運(yùn)用DCS分散控制系統(tǒng)的順序控制,按照預(yù)先設(shè)定的順序或邏輯設(shè)定的順序使控制動(dòng)作逐次自動(dòng)進(jìn)行的控制,其控制對(duì)象為整個(gè)微油燃燒系統(tǒng)。其中貫穿有邏輯順序控制和條件順序控制,邏輯順序控制是以邏輯先后次序作為順序切換條件,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制;而條件順序控制是以生產(chǎn)過(guò)程的條件為依據(jù),當(dāng)條件滿足時(shí)執(zhí)行相應(yīng)的命令和動(dòng)作,條件下不滿足時(shí)執(zhí)行其余相關(guān)的命令和動(dòng)作[5]。

微油燃燒器控制采用功能組及子組控制。功能級(jí)順控（GC）指某一系統(tǒng)內(nèi)所有輔機(jī)及其相關(guān)設(shè)備的啟停順序控制。子組順控（SGC）指某個(gè)設(shè)備組,包括子環(huán)級(jí)（SLC）控制功能的啟停順序控制。對(duì)于每個(gè)子組項(xiàng)及相關(guān)設(shè)備,其狀態(tài)、啟動(dòng)許可條件、操作順序和運(yùn)行方式都在控制顯示器上顯示出畫(huà)面和系統(tǒng)相關(guān)信息[6]。

微油燃燒器功能級(jí)子組設(shè)備包括點(diǎn)火槍、油角閥、霧化閥、吹掃閥等。圖3、圖4、圖5為微油燃燒器順序程控啟動(dòng)和停止功能子組。圖3中SGC模塊為子組級(jí)順控功能模塊,只有相應(yīng)的允許條件滿足,且啟動(dòng)或停止指令輸入1,FS_OP或FS_SD才輸出信號(hào)1,開(kāi)始微油燃燒器程控啟動(dòng)或停止順控步序,實(shí)現(xiàn)微油燃燒器順序控制啟或停。圖4中STEP模塊為順控子組中單個(gè)步序模塊,當(dāng)SGC模塊FS_OP發(fā)信號(hào)1,執(zhí)行微油燃燒器順控啟動(dòng)步序。圖5中當(dāng)SGC模塊FS_SD發(fā)信號(hào)1,執(zhí)行微油燃燒器順控停止步序。最后以END_STEP結(jié)束順控。

圖3 SGC模塊中,管腳EN_OP是程控點(diǎn)火允許,只有滿足啟動(dòng)允許條件（EN_OP置1）時(shí)微油層啟321燃燒器啟動(dòng)指令端A_OP才有效,當(dāng)指令來(lái)時(shí)被置1,發(fā)順序程控啟動(dòng)指令。同樣,EN_SD為程控停止允許,只有滿足停止條件該端置1,A_ SD有效。微油層停321燃燒器停止指令或程控跳閘來(lái)1時(shí),發(fā)微油321程控停止指令。程控點(diǎn)火允許和停止允許邏輯如圖6所示。

圖4 微油燃燒器程控邏輯

2.4 微油燃燒器層啟動(dòng)/停止邏輯

微油燃燒器層啟動(dòng)/停止是通過(guò)遠(yuǎn)方一鍵操作使整層8支微油燃燒器按邏輯中已設(shè)定的順序逐次啟動(dòng)/停止,采用子環(huán)級(jí)控制（SLC）實(shí)現(xiàn)。

微油燃燒器層啟動(dòng)邏輯如圖7所示。在SLC模塊中,當(dāng)層啟動(dòng)允許條件滿足時(shí)EN_ON端置1,當(dāng)A_ON端置1時(shí)ON輸出為1,此時(shí)發(fā)出微油燃燒器層啟動(dòng)指令。每隔10 s啟動(dòng)2個(gè),每臺(tái)微油燃燒器啟動(dòng)指令為3 s脈沖指令。按34-56-12-78順序啟動(dòng),直到微油啟動(dòng)完成后將A_OFF端置1,復(fù)位SLC模塊。

微油燃燒器層停止邏輯如圖8所示。當(dāng)微油層不在停止過(guò)程中,EN_ON置1,此后若A_ON置1,則ON端置1,發(fā)微油燃燒器層停止指令。此后每隔10 s停2臺(tái),按78-12-56-34順序停止微油燃燒器。當(dāng)微油層停止完成時(shí)A_ON端置1,將子環(huán)SLC控制模塊復(fù)位。

2.5 微油燃燒器壁溫邏輯

微油燃燒器壁溫檢測(cè)系統(tǒng)是判斷和檢測(cè)燃燒器金屬壁溫是否超溫（溫度范圍在600℃以內(nèi)）,以保護(hù)鍋爐安全穩(wěn)定燃燒。微油燃燒器壁溫邏輯如圖9、圖10所示。

圖9中壁溫信號(hào)經(jīng)AI板輸入后,通過(guò)模塊判斷,若壁溫＞550℃,發(fā)高1值報(bào)警,若壁溫＞600℃,發(fā)高2值報(bào)警。若壁溫變化速率＞5℃/s,則由RS觸發(fā)器判斷為壁溫速率超限,可由微油程控燃燒器運(yùn)行或SLC模塊進(jìn)行復(fù)位。圖10中當(dāng)壁溫1＞650℃時(shí),且不是質(zhì)量報(bào)警和壁溫速率超限,經(jīng)2 s延時(shí)發(fā)微油321壁溫1高高高信號(hào)。

2.6 微油火檢判斷邏輯

微油火檢系統(tǒng)判斷微油著火是否正常,其有火和無(wú)火信號(hào)通過(guò)以下邏輯進(jìn)行判斷（見(jiàn)圖11）。

圖11中,微油321有火信號(hào)由就地火焰檢測(cè)器通過(guò)DI板輸入DCS,若有火且321火檢無(wú)故障,則邏輯判斷油槍有火;若就地油槍無(wú)火,則經(jīng)2 s延時(shí)邏輯判斷為微油321油槍無(wú)火。

3 結(jié)束語(yǔ)

綏中發(fā)電有限責(zé)任公司1 000 MW超超臨界機(jī)組采用微油點(diǎn)火系統(tǒng),運(yùn)行實(shí)踐證明,與傳統(tǒng)的大油槍相比微油系統(tǒng)的節(jié)油效率達(dá)90%以上,而且在冷態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中能快速點(diǎn)燃煤粉升溫,實(shí)現(xiàn)以煤代油。還能保證機(jī)組低負(fù)荷和超低負(fù)荷的穩(wěn)燃效果,滿足機(jī)組正常運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)。隨著微油點(diǎn)火技術(shù)不斷完善和成熟,必然會(huì)成為我國(guó)大型發(fā)電機(jī)組以煤代油的主流技術(shù)。

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