1 000MW燃煤机组微油点火技术

王 毅

（绥中发电有限责任公司,辽宁 葫芦岛 125222）

随着我国国民经济的快速发展,电力总装机容量和单机容量剧增,单机容量为1 000 MW的超超临界燃煤机组已广泛应用。电厂每年仅用于锅炉启停、低负荷助燃、稳燃的轻柴油就达几千万t。为了有效减少锅炉启停和低负荷稳燃、助燃的燃油损耗、节约成本,应采用微油点火技术。

微油点火技术实现了用微量的油直接引燃燃烧器中的稀相煤粉后点燃浓相煤粉,经逐级燃烧和能量逐级传递放大,实现冷炉启动,并在低负荷和超低负荷运行时使锅炉稳定燃烧。微油点火系统的投运能大幅减少发电厂的用油量,节油率可达95%以上,从而降低运营成本,给电厂带来巨大的经济效益[1][2]。绥中发电有限责任公司二期扩建的2× 1 000 MW超超临界燃煤机组锅炉B层燃烧器采用了微油点火方式。

1 微油点火系统

微油点火系统其原理是用微油油枪的高温火焰点燃燃烧筒内的部分稀相煤粉,再加速引燃通过浓缩环的浓相煤粉,在高温环境下迅速点燃煤粉可燃性挥发物,煤粉火焰迅速点燃燃烧筒内所有煤粉,以微量油直接点燃煤粉[5]。

微油点火过程：微油油枪通过喷口、利用压缩空气将射出的高压、高速轻柴油射流撕碎并雾化,用高能点火枪点燃,在极短的时间内发生气化,火焰温度极高,迅速引燃煤粉挥发物后直接点燃所有燃烧筒内煤粉,逐级燃烧,能量逐级扩大。

微油点火系统构成包括微油燃烧器、微油油枪及点火枪、燃油系统、火检系统、助燃风系统、压缩空气系统、壁温检测系统、微油控制系统等。

1.1 微油燃烧器

微油燃烧器主要由中心燃烧筒和煤粉浓缩环构成。中心燃烧筒上开孔既能补充燃烧时所需氧量,又能对流散热,以防壁温超温及结焦。煤粉浓缩环可以逐级提高煤粉浓度,使燃烧能量逐级迅速放大。

1.2 微油油枪及点火枪

微油油枪和点火枪固定安装在微油燃烧器中心筒内。点火初期微油油枪需要通入压缩空气来雾化柴油及提供初期燃烧所需氧量。

点火枪用于点燃经雾化的轻柴油,进而点燃煤粉。其点火能量为220 V AC输入转换成2 500V DC输出。

1.3 燃油系统

燃油系统是为微油油枪供轻质柴油的供回油管路,为油枪提供压力稳定、油质清洁的轻柴油。

1.4 火检系统

微油火检系统用于检测油枪着火是否正常,微油火检探头所采集到的火焰强度信号经火检放大器处理后送至DCS的模拟量输入（AI）板,同时将火焰着火信号送至DCS的开关量输入（DI）板,进行有火和无火判断。

1.5 助燃风系统

助燃风主要用于提供微油燃烧时所需氧量,并冷却微油火检探头,在微油油枪停用后对其进行冷却。燃烧器稳定燃烧时,助燃风应根据运行所需风量调整开度以便进行助燃和吹扫。

1.6 压缩空气系统

压缩空气系统用于雾化微油和清扫油枪。压缩空气压力为0.5～0.6 MPa。

1.7 壁温检测系统

壁温检测系统用来检测燃烧器金属壁温是否超温,以保证燃烧器正常运行。由2支K分度热电偶固定插入燃烧器金属壁经信号线传输至DCS,用于判断报警和连锁保护。

1.8 微油控制系统

绥中发电有限责任公司1 000 MW机组锅炉B层燃烧器所用的8支微油油枪（另配有8支大油枪备用）其控制系统为单独的微油控制系统,可方便实现就地和远方DCS控制点火[3]。微油控制系统设备主要包括燃油阀、雾化阀、吹扫阀、点火枪。微油控制包括单支油枪启动和停止、整层启动和停止等。

要进入微油控制模式应满足以下条件：微油火检有火（DCS逻辑判断8取6）;微油油角阀全开（DCS逻辑判断8取6）;操作面板点“微油模式”按钮[4]。

a.单支微油油枪启动和停止

单支油枪启动和停止分为就地控制和远程DCS控制2种方式。就地控制方式是在就地/远程按钮旋至“就地”,且DCS来就地启动允许指令后可以实现在就地控制柜对单个微油油枪进行操作。远程控制方式是在就地/远程按钮旋至“远程”,在远方通过DCS画面对单支油枪进行操作。

单支油枪顺控启动：在远程位DCS点火允许,按下微油点火启动按钮→开雾化阀→延时3 s点火枪打火,同时开燃油阀（15 s后点火枪停止打火）。

当同时满足微油火检有火、微油燃油阀开到位且B1吹扫阀关闭时,逻辑判断单支微油油枪投运。

单支油枪顺控停止：在远程位按下微油停止按钮→关燃油阀、雾化阀,燃油阀关到位后→开吹扫阀（15 s后关吹扫阀）。

b.整层启动和停止

当微油油层启动时,通过DCS远程控制, FSSS（炉膛安全检测系统）逻辑将按照34-56-12-78顺序自动投运微油B层,每对之间的间隔时间为10 s;当微油油层停用时,FSSS逻辑将按照78-12-56-34顺序自动停用微油B层,每对之间的间隔时间为10 s[2]。

2 微油点火分散控制系统（DCS）控制逻辑

绥中发电有限责任公司汽机和锅炉控制系统均采用SIEMENS的T3000分散控制系统。硬件组成包括DPU控制器、开关量和模拟量信号输入和输出卡件、服务器、上下层双环网、接口模件、工程师站、操作员站等。

2.1 微油点火方式选择

锅炉点火方式分为微油点火方式和正常点火方式,通过DCS可实现自由选择。但考虑省油和经济性一般选用微油点火方式。以下为微油点火方式选择的控制逻辑（以3号锅炉B层321微油燃烧器为例）,如图1所示。

2.2 微油燃烧器远方/就地选择

微油燃烧器控制分为远方DCS控制和就地控制2种方式,可通过以下逻辑进行选择。其中SLC为选择模块,EN_ON和EN_OFF均默认为1,A_ON和A_OFF为有效输入,当A_ON置1时选择远方点火方式。如图2所示。

2.3 微油燃烧器程控逻辑

图1 微油点火方式选择控制逻辑

微油燃烧器程控是运用DCS分散控制系统的顺序控制,按照预先设定的顺序或逻辑设定的顺序使控制动作逐次自动进行的控制,其控制对象为整个微油燃烧系统。其中贯穿有逻辑顺序控制和条件顺序控制,逻辑顺序控制是以逻辑先后次序作为顺序切换条件,实现自动控制;而条件顺序控制是以生产过程的条件为依据,当条件满足时执行相应的命令和动作,条件下不满足时执行其余相关的命令和动作[5]。

微油燃烧器控制采用功能组及子组控制。功能级顺控（GC）指某一系统内所有辅机及其相关设备的启停顺序控制。子组顺控（SGC）指某个设备组,包括子环级（SLC）控制功能的启停顺序控制。对于每个子组项及相关设备,其状态、启动许可条件、操作顺序和运行方式都在控制显示器上显示出画面和系统相关信息[6]。

微油燃烧器功能级子组设备包括点火枪、油角阀、雾化阀、吹扫阀等。图3、图4、图5为微油燃烧器顺序程控启动和停止功能子组。图3中SGC模块为子组级顺控功能模块,只有相应的允许条件满足,且启动或停止指令输入1,FS_OP或FS_SD才输出信号1,开始微油燃烧器程控启动或停止顺控步序,实现微油燃烧器顺序控制启或停。图4中STEP模块为顺控子组中单个步序模块,当SGC模块FS_OP发信号1,执行微油燃烧器顺控启动步序。图5中当SGC模块FS_SD发信号1,执行微油燃烧器顺控停止步序。最后以END_STEP结束顺控。

图3 SGC模块中,管脚EN_OP是程控点火允许,只有满足启动允许条件（EN_OP置1）时微油层启321燃烧器启动指令端A_OP才有效,当指令来时被置1,发顺序程控启动指令。同样,EN_SD为程控停止允许,只有满足停止条件该端置1,A_ SD有效。微油层停321燃烧器停止指令或程控跳闸来1时,发微油321程控停止指令。程控点火允许和停止允许逻辑如图6所示。

图4 微油燃烧器程控逻辑

2.4 微油燃烧器层启动/停止逻辑

微油燃烧器层启动/停止是通过远方一键操作使整层8支微油燃烧器按逻辑中已设定的顺序逐次启动/停止,采用子环级控制（SLC）实现。

微油燃烧器层启动逻辑如图7所示。在SLC模块中,当层启动允许条件满足时EN_ON端置1,当A_ON端置1时ON输出为1,此时发出微油燃烧器层启动指令。每隔10 s启动2个,每台微油燃烧器启动指令为3 s脉冲指令。按34-56-12-78顺序启动,直到微油启动完成后将A_OFF端置1,复位SLC模块。

微油燃烧器层停止逻辑如图8所示。当微油层不在停止过程中,EN_ON置1,此后若A_ON置1,则ON端置1,发微油燃烧器层停止指令。此后每隔10 s停2台,按78-12-56-34顺序停止微油燃烧器。当微油层停止完成时A_ON端置1,将子环SLC控制模块复位。

2.5 微油燃烧器壁温逻辑

微油燃烧器壁温检测系统是判断和检测燃烧器金属壁温是否超温（温度范围在600℃以内）,以保护锅炉安全稳定燃烧。微油燃烧器壁温逻辑如图9、图10所示。

图9中壁温信号经AI板输入后,通过模块判断,若壁温＞550℃,发高1值报警,若壁温＞600℃,发高2值报警。若壁温变化速率＞5℃/s,则由RS触发器判断为壁温速率超限,可由微油程控燃烧器运行或SLC模块进行复位。图10中当壁温1＞650℃时,且不是质量报警和壁温速率超限,经2 s延时发微油321壁温1高高高信号。

2.6 微油火检判断逻辑

微油火检系统判断微油着火是否正常,其有火和无火信号通过以下逻辑进行判断（见图11）。

图11中,微油321有火信号由就地火焰检测器通过DI板输入DCS,若有火且321火检无故障,则逻辑判断油枪有火;若就地油枪无火,则经2 s延时逻辑判断为微油321油枪无火。

3 结束语

绥中发电有限责任公司1 000 MW超超临界机组采用微油点火系统,运行实践证明,与传统的大油枪相比微油系统的节油效率达90%以上,而且在冷态启动过程中能快速点燃煤粉升温,实现以煤代油。还能保证机组低负荷和超低负荷的稳燃效果,满足机组正常运行的各项参数。随着微油点火技术不断完善和成熟,必然会成为我国大型发电机组以煤代油的主流技术。

[1] 赵兆林,李红梅,沈继忱.等离子点火技术与微油点火技术的比较[J].中小企业管理与科技,2010.

[2] 姚文达,李 硕,郭秀峰.电站锅炉微油点火技术现状与发展[J].华电技术,2008,30（1）：14-18.

[3] 彭三珑.微油煤粉燃烧器及控制系统总的部分用户使用说明书[R].深圳：东方电气深圳东方锅炉控制有限公司, 2009.

[4] 深圳东方锅炉控制有限公司编.1 000MW超超临界机组微油点火系统控制设计说明书[R].深圳：东方电气深圳东方锅炉控制有限公司,2009.

[5] 肖大雏.超超临界机组控制设备及系统[M].北京：化学工业出版社,2008.6.

[6] 赵永康.1 000MW超超临界燃煤发电机组集控运行培训教材（热控部分）[Z].辽宁：神华国华绥中发电有限责任公司,2008：215-223.

[7] 龙立义,胡言文,何江波.气化微油点火技术在600MW超临界机组中的应用[J].广东电力,2007,20（10）：76-81.

[8] 赵 涵,孙智琳.利用微油点火技术降低锅炉发电油耗[J].华电技术,2008,30（9）：1-3.