李 斌，劉云鶴，甄雨衡，王 焜，呂忠峰，張軼軒

（白山熱電有限責(zé)任公司，吉林 白山 134300）

目前我國大部分燃煤機(jī)組均采用燃油點(diǎn)火，在冷態(tài)啟動過程或者低負(fù)荷運(yùn)行過程中均需耗用大量的燃油。在啟動過程中和低負(fù)荷運(yùn)行工況下，投入的燃油在爐內(nèi)冷態(tài)大空間環(huán)境下缺氧燃燒，造成大量不完全燃燒［1-2］。為了有效降低火電機(jī)組鍋爐在點(diǎn)火啟動、穩(wěn)燃助燃及停爐過程中的燃油耗量，滿足鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行的需求，白山熱電有限責(zé)任公司（以下簡稱白山熱電廠）擬采用燃?xì)恻c(diǎn)火，利用燃?xì)獾闹鸱艧狳c(diǎn)燃煤粉，實(shí)現(xiàn)微量燃?xì)庠诶鋺B(tài)下點(diǎn)燃煤粉，降低鍋爐啟動點(diǎn)火及低負(fù)荷穩(wěn)燃的燃料成本。

然而，引入燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)后，勢必會對原有的鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）造成影響［3］。目前FSSS在煤粉爐微油點(diǎn)火系統(tǒng)、等離子點(diǎn)火系統(tǒng)設(shè)計(jì)都已經(jīng)很成熟［4-5］，而對于煤粉爐燃?xì)恻c(diǎn)火FSSS的設(shè)計(jì)來說，由于燃?xì)馊剂系奶厥庑裕€需要開展相關(guān)的研究、設(shè)計(jì)及優(yōu)化工作，因此，本文以白山熱電廠300MW亞臨界燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)為研究對象，對燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)在大型煤粉爐FSSS的設(shè)計(jì)和運(yùn)用進(jìn)行研究。

1 設(shè)備概況

該廠300MW 機(jī)組鍋爐為SG-1025／17.5-M889型亞臨界壓力中間一次再熱自然循環(huán)鍋爐，配有WR水平濃淡低氮燃燒器。采用熱風(fēng)送粉方式，通過A、B、C、D四層煤粉管道和兩層三次風(fēng)接至鍋爐四角燃燒器，燃燒器風(fēng)箱中設(shè)有兩層（AB層和BC層）共8支啟動及助燃簡單機(jī)械霧化油槍，在B層煤粉燃燒器內(nèi)設(shè)有4支空氣霧化啟動小油槍。

本次燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)改造保留原有燃油點(diǎn)火系統(tǒng)，將C層煤粉燃燒器改為微氣點(diǎn)火煤粉燃燒器，CD層增設(shè)燃?xì)獯髿鈽?；采用主動穩(wěn)定燃燒的結(jié)構(gòu)與控制的設(shè)計(jì)方法，在燃燒器小空間內(nèi)利用空氣與燃?xì)獬浞诸A(yù)混燃燒，產(chǎn)生高溫燃燒中心，點(diǎn)燃小空間內(nèi)的煤粉流，然后分級點(diǎn)燃整個(gè)一次風(fēng)粉流。在確保燃燒器安全、穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，利用微量燃?xì)饧纯蓪?shí)現(xiàn)整個(gè)一次風(fēng)粉混合物以穩(wěn)定著火燃燒的狀態(tài)進(jìn)入爐膛，確保不因爐膛熱負(fù)荷過低、燃燒不穩(wěn)而熄火，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組深度調(diào)峰及鍋爐點(diǎn)火成功。

2 FSSS功能及邏輯設(shè)計(jì)

2.1 FSSS主要功能

FSSS一般分為兩個(gè)部分，即燃燒器控制系統(tǒng)（BCS）和燃料安全控制系統(tǒng)（FSS）。BCS的主要功能是對鍋爐燃燒系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和順序控制，保證點(diǎn)火器、油槍和磨煤機(jī)系統(tǒng)的安全啟動、停止、運(yùn)行。FSS的功能是在鍋爐點(diǎn)火前和跳閘、停爐后對爐膛進(jìn)行吹掃、防止可燃物在爐膛積存，在監(jiān)測到危及設(shè)備、人身安全的工況時(shí)，啟動主燃料跳閘（MFT），迅速切斷燃料，緊急停爐。

根據(jù)本次燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)改造的特點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)安全需求對FSSS進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化改造后FSSS主要功能包括：MFT；燃?xì)馊剂咸l（GFT）；燃?xì)庑孤┰囼?yàn)；爐膛吹掃；燃?xì)馊紵骺刂疲幻悍廴紵骺刂啤?/p>

2.2 FSSS邏輯設(shè)計(jì)

2.2.1 MFT條件及動作指令設(shè)計(jì)

MFT是FSSS最重要的功能，當(dāng)出現(xiàn)可能引起爐膛爆炸或危及鍋爐安全的情況時(shí)，立即切斷燃料，防止?fàn)t膛爆炸，確保鍋爐安全運(yùn)行。FSSS邏輯需要監(jiān)視以下不同的MFT條件，如果任何一個(gè)條件成立，F(xiàn)SSS邏輯就會跳閘。在該MFT條件消失，且鍋爐吹掃結(jié)束后，復(fù)位MFT。

原有MFT判定邏輯中“所有燃料喪失”主要指的是煤粉和燃油，本次改造對其進(jìn)行優(yōu)化，在原有“所有油槍角閥關(guān)閉或來油快關(guān)閥關(guān)閉且所有給粉機(jī)全?！钡幕A(chǔ)上增加“CD層全部燃?xì)饨情y關(guān)閉或燃?xì)夤怅P(guān)斷閥處于關(guān)狀態(tài)”，修改后全燃料喪失邏輯為：鍋爐已點(diǎn)火；燃油進(jìn)油快關(guān)閥全關(guān)，或燃油油層各油閥均關(guān)閉；燃?xì)夤怅P(guān)斷閥全關(guān)，或CD層全部燃?xì)饨情y均關(guān)閉；A至D給粉機(jī)均停運(yùn)。

本次改造主要在原有MFT聯(lián)鎖動作指令上新增了燃?xì)庀到y(tǒng)相關(guān)聯(lián)鎖動作指令，其余部分保持原有聯(lián)鎖動作指令。另一方面，新增燃?xì)庀到y(tǒng)相關(guān)聯(lián)鎖動作指令設(shè)計(jì)成軟硬件互相冗余，當(dāng)MFT條件出現(xiàn)時(shí)，控制站會送出相應(yīng)的信號來停掉相關(guān)的設(shè)備，同時(shí)MFT繼電器柜也會向該設(shè)備送出硬接線信號來停掉他。這種軟硬件互相冗余的設(shè)計(jì)，有效地提高了MFT動作的可靠性。硬回路改造為關(guān)燃?xì)夤鈿鈩雨P(guān)斷閥和關(guān)爐前C／CD層燃?xì)怅P(guān)斷閥，通過MFT繼電器接點(diǎn)送出信號來直接關(guān)閉所有的燃?xì)鈿鈩雨P(guān)斷閥。軟回路改造主要包括：動作GFT；關(guān)燃?xì)夤怅P(guān)斷閥；關(guān)爐前C／CD層燃?xì)怅P(guān)斷閥；關(guān)所有燃?xì)饨情y；關(guān)閉燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥；退出所有點(diǎn)火器。

2.2.2 GFT條件及動作指令設(shè)計(jì)

新增的燃?xì)馊剂咸l條件主要包含：MFT跳閘；運(yùn)行人員手動發(fā)出關(guān)閉燃?xì)饽腹荜P(guān)斷閥的指令；燃?xì)鈮毫?bào)警（取壓力開關(guān)，定值0.1MPa）：燃?xì)鈮毫Φ蛨?bào)警超過3s，且任意燃?xì)饨情y打開（3取2）；燃?xì)庑孤﹫?bào)警（燃?xì)庑孤﹫?bào)警器取或）。

當(dāng)任何一個(gè)跳閘條件滿足后，都將引起GFT。GFT／MFT跳閘采用同一跳閘控制回路，即邏輯組態(tài)時(shí)把GFT信號、MFT信號進(jìn)行邏輯或運(yùn)算后，由對應(yīng)的MFT跳閘繼電器執(zhí)行GFT指令，軟硬件互相冗余的設(shè)計(jì)有效提高了GFT動作的可靠性，相應(yīng)的GFT聯(lián)鎖動作指令和MFT聯(lián)鎖動作指令保持一致。

2.3 燃?xì)庑孤┰囼?yàn)

由于天然氣燃料的特殊性，天然氣系統(tǒng)泄漏試驗(yàn)是對爐燃?xì)饽腹荜P(guān)斷閥（前＼后）、燃?xì)饽腹芩龅拿荛]性試驗(yàn)，防止天然氣泄漏，引起爐膛爆燃。泄漏試驗(yàn)允許條件包括：MFT／GFT已跳閘；所有燃?xì)夥派㈤y已關(guān)；燃?xì)饽腹荜P(guān)斷閥已關(guān)；各燃?xì)怅P(guān)斷閥已關(guān)；所有燃?xì)饨情y已關(guān)；全爐膛無火。

當(dāng)試驗(yàn)條件滿足時(shí)，可啟動燃?xì)庑孤┰囼?yàn)。另一方面，增加燃?xì)庑孤┰囼?yàn)旁路，在確定不必要進(jìn)行燃?xì)夤苈沸孤┰囼?yàn)的情況下，可予以旁路。試驗(yàn)步驟如下。

a.打開燃?xì)饽腹荜P(guān)斷閥、C／CD層燃?xì)庵Ч荜P(guān)斷閥和煙道燃?xì)庵Ч荜P(guān)斷閥，對管路進(jìn)行充壓30s。如果30s之內(nèi)，燃?xì)饽腹荜P(guān)斷閥后燃?xì)夤艿缐毫φ＃?.2～0.4MPa），則充壓成功，關(guān)閉燃?xì)饽腹荜P(guān)斷閥；如果30s之內(nèi)燃?xì)鈮毫π盘柌粷M足，則充壓失敗，并發(fā)出燃?xì)庑孤┰囼?yàn)失敗的報(bào)警顯示。

b.第一階段試驗(yàn)：計(jì)時(shí)120s：檢測燃?xì)夤艿?、各層燃?xì)饨情y是否合格；120s之內(nèi)如果燃?xì)夤艿罋鈮合陆抵烈?guī)定值（0.2MPa）以下，則燃?xì)庑孤┰囼?yàn)失敗，應(yīng)消除泄漏點(diǎn)后重新做泄漏試驗(yàn)；180s計(jì)時(shí)結(jié)束，燃?xì)夤艿罋鈮壕S持在規(guī)定值（0.2MPa）以上，則第一階段試驗(yàn)成功，開啟燃?xì)夤艿婪派㈤y對燃?xì)夤艿肋M(jìn)行泄壓。

c.管路泄壓：如果30s之內(nèi)，燃?xì)夤艿罋鈮航抵烈?guī)定值（0.1MPa）以下，壓力開關(guān)動作，則泄壓成功，關(guān)閉燃?xì)夤艿婪派⑴趴臻y；如果30s之內(nèi)，燃?xì)夤艿罋鈮何唇抵烈?guī)定值（0.1MPa）以下，壓力開關(guān)不動作，則泄壓失敗，并發(fā)出燃?xì)庑孤┰囼?yàn)失敗的報(bào)警顯示。

d.第二階段試驗(yàn)：計(jì)時(shí)120s：檢測燃?xì)饽腹荜P(guān)斷閥是否合格；如果120s計(jì)時(shí)結(jié)束，燃?xì)鈮毫ξ瓷仙?.1MPa以上，則第二階段試驗(yàn)成功。

e.燃?xì)庑孤┰囼?yàn)完成。

2.4 爐膛吹掃

鍋爐點(diǎn)火前和點(diǎn)火失敗后必須進(jìn)行爐膛吹掃，目的是排除爐膛和煙道內(nèi)積存的可燃混合物。完整的吹掃過程是鍋爐點(diǎn)火的必要條件之一，在5min吹掃過程中，若失去任一項(xiàng)吹掃條件，吹掃程序就會中斷并報(bào)警，待吹掃條件全部滿足才能重新吹掃。

本次改造主要在原吹掃條件下新增了所有燃?xì)饨情y關(guān)閉、燃?xì)饽腹荜P(guān)斷閥關(guān)閉、燃?xì)庑孤┰囼?yàn)完成或旁路的判定，其余部分保持原有判斷條件不變。當(dāng)吹掃條件滿足后，執(zhí)行吹掃程控，主要流程不變。

2.5 燃?xì)馊紵飨到y(tǒng)控制

CD層燃?xì)獯髿鈽屧诠δ茉O(shè)計(jì)上與原有AB層、BC層油槍類似，主要用于機(jī)組啟動階段，配合其余兩層油槍，完成鍋爐點(diǎn)火，提升煙溫；另一方面，也可以在機(jī)組正常運(yùn)行階段投運(yùn)，燃用部分燃?xì)?，降低燃料成本。因此，其控制邏輯設(shè)計(jì)參照原有AB層、BC層油槍控制邏輯設(shè)計(jì)。

C層微氣槍在功能設(shè)計(jì)上與原有B層微油槍類似，可作為點(diǎn)火，也可以作為穩(wěn)燃來進(jìn)行投運(yùn)。C層煤粉燃燒器維持原有的FSSS邏輯，這時(shí)微氣槍不參與MFT邏輯保護(hù)，可隨時(shí)操作。C層微氣槍只能依靠自己所屬的高能點(diǎn)火器進(jìn)行點(diǎn)火，不允許依靠其他燃燒器的火焰進(jìn)行點(diǎn)火。C層微氣槍處于遙控方式時(shí)，其控制為單角控制，畫面上設(shè)了單控操作區(qū)用以實(shí)現(xiàn)單支啟停。

單角控制：C層所屬的4支燃?xì)馕鈽尅D層所屬的4支燃?xì)獯髿鈽尩目刂葡到y(tǒng)能自動完成高能點(diǎn)火器的推進(jìn)及退出、高能點(diǎn)火器點(diǎn)火、燃?xì)饨情y的打開、進(jìn)氣、退出、點(diǎn)火結(jié)果監(jiān)視及處理。就地點(diǎn)火系統(tǒng)只接收FSSS發(fā)來的點(diǎn)火允許、啟動、停運(yùn)控制信號和跳閘信號。

3 結(jié)論

隨著環(huán)保及節(jié)能要求的逐步提高，燃?xì)庾鰹槊悍坼仩t點(diǎn)火燃料的應(yīng)用將會日益廣泛，其控制方式與傳統(tǒng)微油點(diǎn)火煤粉鍋爐相比有很大不同，相應(yīng)的FSSS控制邏輯需根據(jù)燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文以白山熱電廠300MW機(jī)組為研究對象，通過對引入燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)后FSSS的邏輯梳理，對爐膛吹掃、全燃料跳閘、點(diǎn)火允許條件、燃?xì)馊剂咸l、燃?xì)庑孤┰囼?yàn)等內(nèi)容進(jìn)行了設(shè)計(jì)和優(yōu)化。改進(jìn)后，經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證完全達(dá)到試驗(yàn)要求，在后續(xù)的點(diǎn)火生產(chǎn)運(yùn)行過程中，F(xiàn)SSS邏輯動作正常，燃?xì)恻c(diǎn)火系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，保障鍋爐在各個(gè)負(fù)荷段安全穩(wěn)定運(yùn)行，有效降低了燃料成本。