郭永鵬

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，河北唐山 063200）

引言

某鋼廠燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱CCPP 機(jī)組）設(shè)計(jì)裝容量180 MW，包括MHPS M701S(DA)X 燃?xì)廨啓C(jī)/發(fā)電機(jī)和蒸汽輪機(jī)/發(fā)電機(jī)，燃料為高爐煤氣（BFG）和焦?fàn)t煤氣（COG）組成的混合煤氣。該機(jī)組電能主要供鋼廠自用，因此，機(jī)組穩(wěn)定可靠運(yùn)行才能保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，而熱值分析儀作為CCPP 機(jī)組中重要的組成部分，直接參與機(jī)組燃料熱值的測(cè)量和流量的控制，其測(cè)量和控制性能的好壞直接影響機(jī)組負(fù)荷的穩(wěn)定性，從而影響電網(wǎng)的質(zhì)量。

1 熱值分析儀的分類

熱值分析儀按測(cè)量方式不同主要分為如下幾種：

1.1 氣體密度式熱值分析儀

通過(guò)對(duì)燃料氣體密度的測(cè)量間接得到該燃料的熱值，該測(cè)量方法是一個(gè)相對(duì)測(cè)量法，常用于對(duì)天然氣和液化石油氣等烴類氣體熱值的測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性與氣體分子量有關(guān)，即與氣體密度有關(guān)。

1.2 色譜式熱值分析儀

通過(guò)對(duì)燃料氣體組分進(jìn)行分析，采用專用的計(jì)算方法對(duì)氣體組分中的可燃燒組分的含量及熱量進(jìn)行計(jì)算，從而得出燃料的熱值，該熱值為計(jì)算值，一般會(huì)與實(shí)際熱值有一定偏差，其準(zhǔn)確性取決于計(jì)算方法及氣體組分分析的準(zhǔn)確與否。

1.3 燃燒式熱值分析儀

通過(guò)對(duì)燃料樣品進(jìn)行燃燒的方式來(lái)分析燃料的發(fā)熱量。此類熱值儀的測(cè)量結(jié)果較為可靠準(zhǔn)確，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要配備專用的燃燒系統(tǒng)和測(cè)溫系統(tǒng)，測(cè)量結(jié)果受多種因素影響，多用于鋼廠等對(duì)熱值測(cè)量精度要求高的大型企業(yè)。

2 燃燒式熱值分析儀的工作原理

該廠選用了CS6T型國(guó)產(chǎn)燃燒式熱值儀，用來(lái)測(cè)量進(jìn)入CCPP 機(jī)組燃料（COG 和BFG 混合煤氣）的熱值，并依據(jù)測(cè)量出的熱值經(jīng)過(guò)邏輯運(yùn)算后控制焦?fàn)t煤氣流量閥開(kāi)度，從而調(diào)整進(jìn)入混合煤氣的焦?fàn)t煤氣流量，達(dá)到穩(wěn)定燃料熱值滿足機(jī)組運(yùn)行的目的。

CS6T 型熱值分析儀的工作原理如圖1 所示，將取自電除塵器（EP）出口燃料管道的定量樣氣與空氣在熱值儀燃燒室中燃燒，利用配套熱電偶檢測(cè)充分燃燒后的氣體與燃燒前的氣體溫度的差值，經(jīng)過(guò)放大和補(bǔ)償后換算成熱值A(chǔ)。同時(shí)，把利用孔板檢測(cè)到樣氣和空氣的流速作為差壓信號(hào)，在對(duì)流速波動(dòng)造成的示值偏差補(bǔ)償計(jì)算后輸出一個(gè)W.I 信號(hào)。然后，把通過(guò)密度計(jì)檢測(cè)到的密度信號(hào)，對(duì)W.I.信號(hào)增加補(bǔ)償后，輸出一個(gè)熱值信號(hào)B。熱值A(chǔ) 作為第一調(diào)節(jié)值參與機(jī)組燃料熱值的控制，此時(shí)熱值B僅用于監(jiān)測(cè)。當(dāng)熱值A(chǔ) 出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，熱值B 作為第一調(diào)節(jié)值參與機(jī)組燃料熱值的控制。所以，CS6T型熱值分析儀雖然采用燃燒方式對(duì)混合煤氣熱值進(jìn)行測(cè)量與控制，但在測(cè)量的過(guò)程中增加了密度補(bǔ)償，使得測(cè)量響應(yīng)快速，測(cè)量結(jié)果可靠性高，實(shí)現(xiàn)了熱值測(cè)量與控制的高精確度。

圖1 CS6T型熱值儀原理圖

3 組成和功能

CS6T型熱值分析儀主要由空氣壓力調(diào)整單元、氣體壓力調(diào)整單元、壓力檢測(cè)單元、檢測(cè)器、密度計(jì)、計(jì)算單元等部分組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 CS6T熱值儀結(jié)構(gòu)圖

3.1 空氣壓力調(diào)整單元

根據(jù)系統(tǒng)要求，過(guò)濾調(diào)節(jié)器FR1 將壓力為300～700 kPa 的壓縮空氣降低到200 kPa，再經(jīng)過(guò)PR3降到20 kPa，然后經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)針閥NV11 把壓力最終調(diào)整為500 Pa。

3.2 樣氣壓力調(diào)整單元

本系統(tǒng)依據(jù)采樣點(diǎn)的樣氣壓力通過(guò)增壓泵升高壓力，由壓力表P3顯示約為6 kPa。然后，樣氣經(jīng)過(guò)洗浴瓶WT1 和過(guò)濾器FT3 后，在壓力調(diào)整罐BR1里保持恒定的壓力，又經(jīng)過(guò)脫水器DH1 和減壓閥PR2后，最終控制壓力為500 Pa。

3.3 差壓檢測(cè)單元

用于計(jì)算孔板前后的差壓，并把此差壓信號(hào)在經(jīng)過(guò)差壓變送器和分配器后，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)?？装灏惭b在約50 ℃的恒溫室里，此溫度控制采用無(wú)觸點(diǎn)比例控制方法，阻止由于流速而造成的溫差。當(dāng)溫度超過(guò)90 ℃時(shí)，安全恒溫室動(dòng)作，切斷加熱器的電源；如果由于加熱器電源斷開(kāi)而使溫度下降，恒溫室報(bào)警動(dòng)作并獲得接點(diǎn)信號(hào)輸出。

3.4 檢測(cè)器

檢測(cè)器由燃燒室、信號(hào)放大電路和安全及觸發(fā)序列電路等構(gòu)成，其中燃燒室檢測(cè)樣氣燃燒前后的溫差。檢測(cè)到的信號(hào)由0～20 mV 放大到0～5 VDC，并傳輸?shù)接?jì)算單元。如果發(fā)生燃燒器熄火或過(guò)量燃燒，就會(huì)產(chǎn)生報(bào)警（閉合觸點(diǎn)）輸出。

3.5 燃燒單元

樣氣在燃燒室燃燒，并由熱電偶檢測(cè)溫度。由空氣入口進(jìn)入的空氣被分為初級(jí)氣流、二級(jí)氣流和三級(jí)空氣流；其中，初級(jí)和二級(jí)氣流用來(lái)幫助樣氣燃燒，三級(jí)氣流用來(lái)稀釋和攪動(dòng)排放氣體。樣氣與初級(jí)氣流混合后（如果是低熱值氣體，初級(jí)氣體須節(jié)流），再和二級(jí)空氣完全燃燒，產(chǎn)生燃燒溫度，最后，由三級(jí)空氣流迅速稀釋和攪動(dòng)并從檢測(cè)器頭部排出。升高的溫度由空氣入口處的冷端和被稀釋的混合排放氣體處的熱端這兩點(diǎn)的電勢(shì)差測(cè)量。

3.6 運(yùn)算單元

通過(guò)利用各差壓信號(hào)計(jì)算探測(cè)器信號(hào)，即可得出W.I 信號(hào)。同時(shí)，通過(guò)密度信號(hào)的密度補(bǔ)償生成熱量信號(hào)。在模數(shù)轉(zhuǎn)換之后，各輸入進(jìn)行數(shù)字計(jì)算，然后通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換生成 4～20 mADC（1～5 VDC）輸出。

4 故障處理及改進(jìn)

自2019 年10 月調(diào)試及投運(yùn)以來(lái)，設(shè)備工況基本穩(wěn)定，但也發(fā)生過(guò)因熱值分析儀故障導(dǎo)致的機(jī)組不穩(wěn)定運(yùn)行情況。

4.1 差壓和熱值異常報(bào)警

上游工序不穩(wěn)定導(dǎo)致混合煤氣壓力和熱值出現(xiàn)波動(dòng)，影響熱值儀的正常運(yùn)行。本系統(tǒng)樣氣與空氣的差壓設(shè)定在（500±50）Pa，熱值變化響應(yīng)時(shí)間約60 s，超過(guò)此差壓偏差值區(qū)間或燃料熱值變化速率小于60 s，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，該報(bào)警若持續(xù)60 min，機(jī)組就會(huì)聯(lián)鎖跳機(jī)，而上游工序檢修時(shí)高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣的壓力和熱值往往會(huì)出現(xiàn)快速波動(dòng)，導(dǎo)致熱值儀差壓報(bào)警或滅火。此情況需要運(yùn)行人員及時(shí)和調(diào)度溝通，掌握好上游工序動(dòng)態(tài)，提高反應(yīng)能力，做好系統(tǒng)平衡及應(yīng)對(duì)措施。

4.2 水洗罐結(jié)冰

本機(jī)組由于處在北方，冬天最低氣溫達(dá)到零下十幾度，極易造成水洗罐結(jié)冰。在熱值分析儀小室加裝防爆空調(diào)，并在相關(guān)設(shè)備上適量增加伴熱后解決。

4.3 樣氣未完全燃燒

因空氣管路堵塞熱值分析儀在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)樣氣未完全燃燒的情況。利用停機(jī)機(jī)會(huì)在空氣管路增加吹掃裝置，定期對(duì)空氣管路進(jìn)行吹掃，保證管路暢通。

4.4 檢修造成煤氣雜質(zhì)升高

上游工序檢修時(shí)，高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣中的雜質(zhì)升高，造成熱值儀樣氣管路堵塞而導(dǎo)致熱值儀滅火。此情況需增加吹掃裝置，定期對(duì)樣氣管路進(jìn)行吹掃，保證管路暢通。

5 結(jié)語(yǔ)

熱值儀在CCPP 機(jī)組中起著至關(guān)重要的作用，它連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行是整套機(jī)組高效順?lè)€(wěn)生產(chǎn)的關(guān)鍵，而本機(jī)組設(shè)計(jì)單套熱值分析儀運(yùn)行，無(wú)備用設(shè)備，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障不能及時(shí)解決的情況，整套機(jī)組就要停機(jī)處理，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定性。后期需結(jié)合技改增加一套熱值分析儀，平時(shí)作為備用，一旦本套設(shè)備出現(xiàn)故障，可以立即在線切換，保證機(jī)組能夠穩(wěn)定運(yùn)行。