于曉輝，司瑞才，刁云鵬

(1.吉林電力股份有限公司二道江發(fā)電公司，吉林 通化 134003;2.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學研究院，長春 130021;3，國網(wǎng)吉林省電力有限公司，長春 130021))

隨著國家環(huán)保要求的提高、監(jiān)管力度的加強，排污費用日漸提高，火力發(fā)電廠為了減少污染物排放量，降低企業(yè)成本，根據(jù)具體情況采取不同措施以求可持續(xù)發(fā)展。吉林電力股份有限公司二道江發(fā)電公司(以下簡稱二道江發(fā)電公司)鄰近通化鋼鐵公司，可以就近利用該公司的煤氣，減少發(fā)電燃煤量從而減少煙氣污染物排放量，保護大氣環(huán)境。以下對該公司粉鍋爐摻燒煤氣改造項目及火焰檢測系統(tǒng)設計要點進行分析。

1 機組概況

二道江發(fā)電公司現(xiàn)有4臺燃煤機組，總裝機容量為600 MW。其中 7、8號機組單機容量為100 MW，鍋爐蒸發(fā)量為410 t/h，采用四角切圓燃燒方式，燃燒器按照3層粉1層油布置，共12個煤粉燃燒器和4根重柴油點火槍，1、2號機組單機容量為200 MW，鍋爐蒸發(fā)量為670 t/h，同樣采用四角切圓燃燒方式，燃燒器按照4層粉2層油布置，共配置16個煤粉燃燒器和8個油燃燒器。

根據(jù)通化鋼鐵公司當前可提供的焦爐煤氣和高爐煤氣量和未來氣量的變化情況，二道江發(fā)電公司煤粉爐摻燒煤氣工程共涉及4臺機組(2×100 MW機組配2×410 t/h鍋爐;2×200 MW機組配2×670 t/h鍋爐)，其中2臺410 t/h鍋爐摻燒焦爐煤氣，2臺670 t/h鍋爐摻燒高爐煤氣。鍋爐燃燒器改造，410 t/h鍋爐在B層和C層煤粉一次風噴口之間增加1層焦爐煤氣燃燒器，共加裝4個焦爐煤氣燃燒器;670 t/h鍋爐在三次風噴口加裝1層共4個高爐煤氣燃燒器。

目前煤氣僅用于摻燒，當鍋爐負荷達到摻燒負荷低限，爐內溫度水平已遠高于煤氣著火溫度時，鍋爐可采用投入煤氣摻燒運行模式。摻燒改造之后維持原有油點火方式，點火燃料為重柴油。高爐煤氣摻燒量為13.5%，焦爐煤氣摻燒量為4.6%，鍋爐摻燒的合理范圍為高爐煤氣摻燒量不大于20%，焦爐煤氣摻燒量不大于10%。

2 火焰檢測系統(tǒng)設計分析

2.1 配置火焰檢測器的必要性

火焰檢測器是構成鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)最重要的核心檢測儀表設備，是滅火保護系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及點火燃燒自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)的決定性因素，因此，火焰檢測器配置方案的完整性與選型的合理性是保證FSSS準確可靠的關鍵。

按照DL/T 1091—2008《火力發(fā)電廠鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)技術規(guī)程》，容量等級670 t/h以下的鍋爐可采用全爐膛火焰監(jiān)視和滅火保護;容量等級1 000 t/h以上的鍋爐，應對各燃燒器(包括主燃燒器和點火燃燒器)單獨監(jiān)視，一旦檢測到某個燃燒器火焰熄滅，應自動關閉該燃燒器的安全關斷閥。

按照DL/T 435—2004《火電廠煤粉鍋爐燃燒室防爆規(guī)程》規(guī)定，在設計爐膛及布置燃燒器時，應根據(jù)爐型選定壓力取樣點、火焰檢測器、點火器、油(氣)槍的安裝地點，及提供能正確觀察到燃燒器著火區(qū)情況的條件，因此，對用于點火助燃的油氣槍要求配置火焰檢測器。對摻燒燃氣，根據(jù)美國國家防火協(xié)會ANSI/NFPA 85—2007《鍋爐及其燃燒系統(tǒng)安全規(guī)范》的規(guī)定，所有燃氣燃燒器均需配置長明燈和火焰檢測裝置。本著對標準執(zhí)行就高不就低的準則以及燃氣應用存在較大的潛在危害，并參考了同類工程案例經驗，執(zhí)行美國NFPA 85—2007規(guī)定。以一對一方式為鍋爐4只煤氣燃燒器配置獨立的火焰監(jiān)測裝置。

2.2 火焰檢測器的選型方案

2.2.1 火焰檢測器的選型

煤、油、煤氣、天然氣等各類燃料燃燒過程主要表現(xiàn)出發(fā)熱、電離狀態(tài)，火焰不同部位的輻射出紅外線、可見光、紫外線以及光譜及火焰的脈動或閃爍現(xiàn)象等物理或化學變化特征。目前，紅外、紫外以可見光以及雙傳感器等型式的輻射型火焰檢測器以壽命長、運行穩(wěn)定、性價比高、識別能力強等諸多優(yōu)點，成為當前火電機組的主導應用類型。而間接輻射型火焰檢測器通常由光電傳感器探頭部分和信號分析單元兩部分組成。將探頭與信號分析單元在物理結構集成為一體，則稱為一體化火焰檢測器。相應的如果探頭與信號分析單元在物理結構上各自獨立各成一體，則稱為分體式火焰檢測器?；饳z探頭為適應擺動燃燒器和安裝空間受限的鍋爐結構，又被分為外窺式和光纖型，柔性探頭與鋼性探頭2種。

二道江發(fā)電公司1、2號鍋爐同為四角切圓燃燒方式，燃燒器為固定式，二次風道略長，現(xiàn)有的煤粉火焰檢測器和油槍配置的均為分體式火焰檢測器，原有的火檢柜和就地接線盒有加裝4路火焰檢測器的空間，在此基礎上加裝分體式氣火焰檢測器比較方便，公用部分如火焰檢測器屏、端子箱、冷卻風等可以利用已有的設備。鍋爐摻燒的高爐煤氣體積分數(shù)為:CO 23.1%、CH40.8%、H21.2%、N255.6%、CmHn0%、CO217.9%、O21%，煤氣低位發(fā)熱量為3 001.24 kJ/m3。這種燃料在燃燒時將釋放大量的紅外線，因此根據(jù)燃燒的成分、鍋爐的結構和現(xiàn)有煤和油燃燒器配置的火焰檢測器類型、產品的運行環(huán)境等綜合因素分析，以最大的減少工程造價并保證系統(tǒng)的完整性和可靠性為根本，1、2號鍋爐配置的高爐煤氣火焰檢測器采用防爆紅外型分體光纖型。

二道江發(fā)電公司7號、8號鍋爐為四角切圓燃燒方式，燃燒器為固定式，二次風道短，現(xiàn)有的煤粉火焰檢測器和油槍配置的火焰檢測器均為外窺式一體化火焰檢測器。鍋爐摻燒的焦爐煤氣體積分數(shù)為:CH423.31%、H256.71%、N27.38%、CO 8%、CmHn1.80%、O20.4%、CO22.4%，煤氣低位發(fā)熱量為16 778 kJ/m3。從焦爐煤氣的成分比重來看，主要成分為CH4，燃燒時會釋放出大量的紫外線，因此，根據(jù)燃料的成份特性、鍋爐結構和現(xiàn)有煤和油燃燒器配置的火焰檢測器類型、產品的運行環(huán)境等綜合因素考慮，7、8號鍋爐配置的焦爐煤氣火焰檢測器采用防爆紫外型一體化內窺式配置。

2.2.2 探頭位置選擇

摻燒煤氣后，鍋爐燃燒隨摻燒煤氣量變化會有如下波動。

a.爐膛溫度隨摻燒高爐煤氣量增加而下降，隨焦爐煤氣量增加而增加。

b.燃燒器區(qū)域的火焰黑度隨高爐煤氣量增加而減小，隨焦爐煤氣量增加而增加;高爐煤氣會抑制煤粉燃燒，而焦爐煤氣會促進煤粉燃燒。

c.摻燒高爐煤氣會使主蒸汽溫度降低，而摻燒焦爐煤氣會使主蒸汽溫度升高。

d.隨著高爐煤氣摻燒量的增大，排煙溫度呈上升趨勢，隨著焦爐煤氣摻燒量的增大，排煙溫度呈下降趨勢。

e.鍋爐效率隨高爐煤氣量增大而下降，隨焦爐煤氣量增大而上升。

根據(jù)7、8爐焦爐煤氣燃燒器布置在B層和C層之間二次風噴口處，1、2號爐高爐煤氣燃燒器加裝在頂層的三次風噴口的位置情況。同時結合摻燒后火焰的燃燒特征，為更好地觀察到煤氣燃燒器噴口根部的初始燃燒情況，并保證檢測到燃燒信號的穩(wěn)定性，確定火焰檢測器安裝位置應在煤氣的燃燒器噴口內，且保持探頭與燃燒器水平軸線平行。

2.2.3 火檢冷卻風系統(tǒng)的校核

二道江發(fā)電公司1、2號鍋爐和7、8號鍋爐均采用火檢專用風機向火檢探頭提供冷卻風源，經過單臺鍋爐加裝的4路火焰檢測器所需冷卻風量總計為240 m3/h，現(xiàn)有的冷卻風機的容量為300 m3/h，完全滿足提供所需的冷卻風量，且現(xiàn)有的冷卻風系統(tǒng)管路系統(tǒng)不需要擴容改造。加裝的火檢冷卻風由原冷卻風豎管的上端接入，在支管與火焰檢測器間安裝一根金屬軟管為探頭提供冷卻風源。

3 結束語

二道江發(fā)電公司煤氣摻燒項目火焰檢測系統(tǒng)設備配置，可保證FSSS工作準確可靠。1、2號鍋爐摻燒高爐煤氣在燃燒時會釋放大量的紅外線，鍋爐配置防爆紅外型分體光纖型高爐煤氣火焰檢測器;7、8號鍋爐摻燒的焦爐煤氣燃燒時會釋放出大量的紫外線，鍋爐配置防爆紫外型一體化內窺式的焦爐煤氣火焰檢測器。