1 000MW燃煤機組微油點火技術

王 毅

（綏中發電有限責任公司,遼寧 葫蘆島 125222）

隨著我國國民經濟的快速發展,電力總裝機容量和單機容量劇增,單機容量為1 000 MW的超超臨界燃煤機組已廣泛應用。電廠每年僅用于鍋爐啟停、低負荷助燃、穩燃的輕柴油就達幾千萬t。為了有效減少鍋爐啟停和低負荷穩燃、助燃的燃油損耗、節約成本,應采用微油點火技術。

微油點火技術實現了用微量的油直接引燃燃燒器中的稀相煤粉后點燃濃相煤粉,經逐級燃燒和能量逐級傳遞放大,實現冷爐啟動,并在低負荷和超低負荷運行時使鍋爐穩定燃燒。微油點火系統的投運能大幅減少發電廠的用油量,節油率可達95%以上,從而降低運營成本,給電廠帶來巨大的經濟效益[1][2]。綏中發電有限責任公司二期擴建的2× 1 000 MW超超臨界燃煤機組鍋爐B層燃燒器采用了微油點火方式。

1 微油點火系統

微油點火系統其原理是用微油油槍的高溫火焰點燃燃燒筒內的部分稀相煤粉,再加速引燃通過濃縮環的濃相煤粉,在高溫環境下迅速點燃煤粉可燃性揮發物,煤粉火焰迅速點燃燃燒筒內所有煤粉,以微量油直接點燃煤粉[5]。

微油點火過程：微油油槍通過噴口、利用壓縮空氣將射出的高壓、高速輕柴油射流撕碎并霧化,用高能點火槍點燃,在極短的時間內發生氣化,火焰溫度極高,迅速引燃煤粉揮發物后直接點燃所有燃燒筒內煤粉,逐級燃燒,能量逐級擴大。

微油點火系統構成包括微油燃燒器、微油油槍及點火槍、燃油系統、火檢系統、助燃風系統、壓縮空氣系統、壁溫檢測系統、微油控制系統等。

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構成。中心燃燒筒上開孔既能補充燃燒時所需氧量,又能對流散熱,以防壁溫超溫及結焦。煤粉濃縮環可以逐級提高煤粉濃度,使燃燒能量逐級迅速放大。

1.2 微油油槍及點火槍

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

點火槍用于點燃經霧化的輕柴油,進而點燃煤粉。其點火能量為220 V AC輸入轉換成2 500V DC輸出。

1.3 燃油系統

燃油系統是為微油油槍供輕質柴油的供回油管路,為油槍提供壓力穩定、油質清潔的輕柴油。

1.4 火檢系統

微油火檢系統用于檢測油槍著火是否正常,微油火檢探頭所采集到的火焰強度信號經火檢放大器處理后送至DCS的模擬量輸入（AI）板,同時將火焰著火信號送至DCS的開關量輸入（DI）板,進行有火和無火判斷。

1.5 助燃風系統

助燃風主要用于提供微油燃燒時所需氧量,并冷卻微油火檢探頭,在微油油槍停用后對其進行冷卻。燃燒器穩定燃燒時,助燃風應根據運行所需風量調整開度以便進行助燃和吹掃。

1.6 壓縮空氣系統

壓縮空氣系統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 壁溫檢測系統

壁溫檢測系統用來檢測燃燒器金屬壁溫是否超溫,以保證燃燒器正常運行。由2支K分度熱電偶固定插入燃燒器金屬壁經信號線傳輸至DCS,用于判斷報警和連鎖保護。

1.8 微油控制系統

綏中發電有限責任公司1 000 MW機組鍋爐B層燃燒器所用的8支微油油槍（另配有8支大油槍備用）其控制系統為單獨的微油控制系統,可方便實現就地和遠方DCS控制點火[3]。微油控制系統設備主要包括燃油閥、霧化閥、吹掃閥、點火槍。微油控制包括單支油槍啟動和停止、整層啟動和停止等。

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

a.單支微油油槍啟動和停止

單支油槍啟動和停止分為就地控制和遠程DCS控制2種方式。就地控制方式是在就地/遠程按鈕旋至“就地”,且DCS來就地啟動允許指令后可以實現在就地控制柜對單個微油油槍進行操作。遠程控制方式是在就地/遠程按鈕旋至“遠程”,在遠方通過DCS畫面對單支油槍進行操作。

單支油槍順控啟動：在遠程位DCS點火允許,按下微油點火啟動按鈕→開霧化閥→延時3 s點火槍打火,同時開燃油閥（15 s后點火槍停止打火）。

當同時滿足微油火檢有火、微油燃油閥開到位且B1吹掃閥關閉時,邏輯判斷單支微油油槍投運。

單支油槍順控停止：在遠程位按下微油停止按鈕→關燃油閥、霧化閥,燃油閥關到位后→開吹掃閥（15 s后關吹掃閥）。

b.整層啟動和停止

當微油油層啟動時,通過DCS遠程控制, FSSS（爐膛安全檢測系統）邏輯將按照34-56-12-78順序自動投運微油B層,每對之間的間隔時間為10 s;當微油油層停用時,FSSS邏輯將按照78-12-56-34順序自動停用微油B層,每對之間的間隔時間為10 s[2]。

2 微油點火分散控制系統（DCS）控制邏輯

綏中發電有限責任公司汽機和鍋爐控制系統均采用SIEMENS的T3000分散控制系統。硬件組成包括DPU控制器、開關量和模擬量信號輸入和輸出卡件、服務器、上下層雙環網、接口模件、工程師站、操作員站等。

2.1 微油點火方式選擇

鍋爐點火方式分為微油點火方式和正常點火方式,通過DCS可實現自由選擇。但考慮省油和經濟性一般選用微油點火方式。以下為微油點火方式選擇的控制邏輯（以3號鍋爐B層321微油燃燒器為例）,如圖1所示。

2.2 微油燃燒器遠方/就地選擇

微油燃燒器控制分為遠方DCS控制和就地控制2種方式,可通過以下邏輯進行選擇。其中SLC為選擇模塊,EN_ON和EN_OFF均默認為1,A_ON和A_OFF為有效輸入,當A_ON置1時選擇遠方點火方式。如圖2所示。

2.3 微油燃燒器程控邏輯

圖1 微油點火方式選擇控制邏輯

微油燃燒器程控是運用DCS分散控制系統的順序控制,按照預先設定的順序或邏輯設定的順序使控制動作逐次自動進行的控制,其控制對象為整個微油燃燒系統。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,實現自動控制;而條件順序控制是以生產過程的條件為依據,當條件滿足時執行相應的命令和動作,條件下不滿足時執行其余相關的命令和動作[5]。

微油燃燒器控制采用功能組及子組控制。功能級順控（GC）指某一系統內所有輔機及其相關設備的啟停順序控制。子組順控（SGC）指某個設備組,包括子環級（SLC）控制功能的啟停順序控制。對于每個子組項及相關設備,其狀態、啟動許可條件、操作順序和運行方式都在控制顯示器上顯示出畫面和系統相關信息[6]。

微油燃燒器功能級子組設備包括點火槍、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和停止功能子組。圖3中SGC模塊為子組級順控功能模塊,只有相應的允許條件滿足,且啟動或停止指令輸入1,FS_OP或FS_SD才輸出信號1,開始微油燃燒器程控啟動或停止順控步序,實現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步序模塊,當SGC模塊FS_OP發信號1,執行微油燃燒器順控啟動步序。圖5中當SGC模塊FS_SD發信號1,執行微油燃燒器順控停止步序。最后以END_STEP結束順控。

圖3 SGC模塊中,管腳EN_OP是程控點火允許,只有滿足啟動允許條件（EN_OP置1）時微油層啟321燃燒器啟動指令端A_OP才有效,當指令來時被置1,發順序程控啟動指令。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1時,發微油321程控停止指令。程控點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/停止邏輯

微油燃燒器層啟動/停止是通過遠方一鍵操作使整層8支微油燃燒器按邏輯中已設定的順序逐次啟動/停止,采用子環級控制（SLC）實現。

微油燃燒器層啟動邏輯如圖7所示。在SLC模塊中,當層啟動允許條件滿足時EN_ON端置1,當A_ON端置1時ON輸出為1,此時發出微油燃燒器層啟動指令。每隔10 s啟動2個,每臺微油燃燒器啟動指令為3 s脈沖指令。按34-56-12-78順序啟動,直到微油啟動完成后將A_OFF端置1,復位SLC模塊。

微油燃燒器層停止邏輯如圖8所示。當微油層不在停止過程中,EN_ON置1,此后若A_ON置1,則ON端置1,發微油燃燒器層停止指令。此后每隔10 s停2臺,按78-12-56-34順序停止微油燃燒器。當微油層停止完成時A_ON端置1,將子環SLC控制模塊復位。

2.5 微油燃燒器壁溫邏輯

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

圖9中壁溫信號經AI板輸入后,通過模塊判斷,若壁溫＞550℃,發高1值報警,若壁溫＞600℃,發高2值報警。若壁溫變化速率＞5℃/s,則由RS觸發器判斷為壁溫速率超限,可由微油程控燃燒器運行或SLC模塊進行復位。圖10中當壁溫1＞650℃時,且不是質量報警和壁溫速率超限,經2 s延時發微油321壁溫1高高高信號。

2.6 微油火檢判斷邏輯

微油火檢系統判斷微油著火是否正常,其有火和無火信號通過以下邏輯進行判斷（見圖11）。

圖11中,微油321有火信號由就地火焰檢測器通過DI板輸入DCS,若有火且321火檢無故障,則邏輯判斷油槍有火;若就地油槍無火,則經2 s延時邏輯判斷為微油321油槍無火。

3 結束語

綏中發電有限責任公司1 000 MW超超臨界機組采用微油點火系統,運行實踐證明,與傳統的大油槍相比微油系統的節油效率達90%以上,而且在冷態啟動過程中能快速點燃煤粉升溫,實現以煤代油。還能保證機組低負荷和超低負荷的穩燃效果,滿足機組正常運行的各項參數。隨著微油點火技術不斷完善和成熟,必然會成為我國大型發電機組以煤代油的主流技術。

[1] 趙兆林,李紅梅,沈繼忱.等離子點火技術與微油點火技術的比較[J].中小企業管理與科技,2010.

[2] 姚文達,李 碩,郭秀峰.電站鍋爐微油點火技術現狀與發展[J].華電技術,2008,30（1）：14-18.

[3] 彭三瓏.微油煤粉燃燒器及控制系統總的部分用戶使用說明書[R].深圳：東方電氣深圳東方鍋爐控制有限公司, 2009.

[4] 深圳東方鍋爐控制有限公司編.1 000MW超超臨界機組微油點火系統控制設計說明書[R].深圳：東方電氣深圳東方鍋爐控制有限公司,2009.

[5] 肖大雛.超超臨界機組控制設備及系統[M].北京：化學工業出版社,2008.6.

[6] 趙永康.1 000MW超超臨界燃煤發電機組集控運行培訓教材（熱控部分）[Z].遼寧：神華國華綏中發電有限責任公司,2008：215-223.

[7] 龍立義,胡言文,何江波.氣化微油點火技術在600MW超臨界機組中的應用[J].廣東電力,2007,20（10）：76-81.

[8] 趙 涵,孫智琳.利用微油點火技術降低鍋爐發電油耗[J].華電技術,2008,30（9）：1-3.