微油點火技術在遼寧東方發(fā)電有限公司的應用

呂國輝

(遼寧電力第三工程公司，遼寧 錦州 121001)

1 機組概況

遼寧東方發(fā)電有限公司350 MW機組采用哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產(chǎn)的HG－1165/17．45－YM1型鍋爐，該鍋爐是根據(jù)美國ABB－CE燃燒工程公司技術設計制造的亞臨界、一次再熱、自然循環(huán)、平衡通風、直吹式燃煤汽包鍋爐。鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 165 t/h，機組電負荷 (額定工況)為350 MW時，鍋爐的額定蒸發(fā)量為1 093．56 t/h，采用全鋼結(jié)構構架，呈“П”型布置，受熱面采用全懸吊結(jié)構。單爐膛且爐膛四周為全焊式膜式水冷壁，爐膛的高負荷區(qū)域采用內(nèi)螺紋管的膜式水冷壁。爐膛采用擺動式直流燃燒器、四角布置、切向燃燒方式。配有5臺HP863中速磨煤機，正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺磨煤機出口的一次風供同一層四角的煤粉噴嘴。設計4臺磨煤機運行，1臺檢修備用。在鍋爐啟停和燃燒狀況較差時采用大油槍供油助燃。自利用現(xiàn)有設備及系統(tǒng)改造、采用微油點火技術后，鍋爐要實現(xiàn)微油量的啟動、停止及低負荷穩(wěn)燃，大大節(jié)約了能源，提高了生產(chǎn)效率［1］。

遼寧東方發(fā)電有限公司2臺350 MW機組的DCS采用ABB系統(tǒng)，由于投產(chǎn)時考慮了足夠的負荷余量，在原設備上實現(xiàn)微油點火控制邏輯非常方便，且沒有影響原DCS系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，本次改造結(jié)合本系統(tǒng)要求對原相關邏輯進行了相應的修改和操作畫面的完善，投運以來無論在控制功能上還是操作界面上效果都非常明顯。

2 微油點火技術基本原理

2.1 微油氣化燃燒原理

微油氣化燃燒的工作原理是:利用機械霧化將燃料油擠壓、撕裂、破碎，產(chǎn)生超細油滴后通過高能點火器引燃，同時利用燃燒產(chǎn)生的熱量對燃油進行加熱、擴容，使燃油在極短的時間內(nèi)蒸發(fā)氣化。由于燃油是在氣化狀態(tài)下燃燒，可以大大提高燃油火焰溫度，并縮短燃燒時間。氣化燃燒后的火焰呈藍色，傳播速度快，中心溫度高達1 500～2 000℃，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)直接點燃一級煤粉，從而實現(xiàn)電站鍋爐啟動、停止及低負荷穩(wěn)燃［2］。

2.2 微油點火燃燒器工作原理

冷爐微油點火燃燒器的工作原理是:微油氣化油槍與高強度油燃燒室配合，燃燒后形成溫度很高的油火焰。高溫油火焰引入煤粉燃燒器一級燃燒區(qū)，當濃相煤粉通過氣化燃燒高溫火核時，煤粉溫度急劇升高、破裂粉碎，釋放出大量的揮發(fā)分，并迅速著火燃燒，已著火燃燒的濃相煤粉在二次室內(nèi)與稀相煤粉混合并將其點燃，實現(xiàn)了煤粉的分級燃燒，燃燒能量逐級變大，達到點火并加速煤粉燃燒的目的，大大減少了煤粉燃燒所需的引燃能量，滿足了鍋爐啟動、停止及低負荷穩(wěn)燃的需求。氣膜冷卻二次風主要用于保護噴口安全、防止結(jié)焦燒損及補充后期燃燒所需氧量［3］。

3 控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)組成

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，將4套微油氣化點火及穩(wěn)燃燃燒器安裝在A層一次風噴口位置，取代原有的主燃燒器，作為鍋爐點火燃燒器和主燃燒器使用，可滿足鍋爐啟動、停止及低負荷穩(wěn)燃的要求。

微油氣化直接點煤粉燃燒系統(tǒng)由微油點火系統(tǒng)、煤粉燃燒系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、小油槍加熱系統(tǒng)5部分組成。

微油點火燃燒系統(tǒng)由微油氣化油槍和輔助油槍、高能點火裝置、油火檢裝置、燃油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、高壓助燃風系統(tǒng)等組成。

煤粉燃燒系統(tǒng)由點火煤粉燃燒器、煤粉濃縮器、周界風冷卻系統(tǒng)和送粉系統(tǒng)等組成。

控制系統(tǒng)由DCS系統(tǒng)、就地控制箱、保護系統(tǒng)和運行參數(shù)監(jiān)測等組成，對點火系統(tǒng)和送粉系統(tǒng)進行控制，保證鍋爐安全、穩(wěn)定、可靠運行。

輔助系統(tǒng)由圖像火焰監(jiān)測系統(tǒng)組成。

小油槍冷爐制粉加熱系統(tǒng)由氣化油槍和燃燒室、高能點火裝置、油火檢裝置、燃油系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、高壓助燃風系統(tǒng)等組成。

3.2 系統(tǒng)設計

微油點火控制與監(jiān)測系統(tǒng)是在微油點煤粉過程中，實現(xiàn)啟停狀態(tài)控制與過程參數(shù) (壓力、溫度等)的采集與監(jiān)測及安全保護與聯(lián)鎖。

本系統(tǒng)由DCS、FSSS控制系統(tǒng)和操作員站、對應燃燒器所在角配套的4個就地控制箱 (就近安裝在各微油槍平臺)、高能點火器、智能火焰裝置、燃油氣動球閥、壓縮空氣氣動球閥等被控設備、油壓力變送器、壓縮空氣壓力變送器及相應電纜和壓力表組成。

3．2．1 微油點火主要邏輯

a． 啟動邏輯

控制室啟動允許條件:

燃油母管壓力正常 (＞0．6 MPa);

壓縮空氣母管壓力正常 (＞0．3 MPa)，空氣閥關閉;

鍋爐允許點火，MFT復歸;

角在遠控位。

滿足啟動允許條件，操作點火器圖標接通高能點火器點火，同時自動開啟燃油閥，油槍穩(wěn)定燃燒4～5 s后，自動開啟壓縮空氣閥，完成啟動過程。高能點火器啟動30 s后自動停止。

b． 滅火保護

當發(fā)生MFT時，DCS控制關閉所有角的燃油閥，并禁止微油槍啟動;

當點火啟動30 s后仍然無火，控制系統(tǒng)自動關閉對應燃油閥，本次點火失敗;

燃燒過程中由火檢檢測到滅火時 (燃油閥在開位且油槍火檢持續(xù)2 s以上無火)，控制系統(tǒng)自動關閉對應燃油閥，同時關閉送粉管道插板門。并根據(jù)微油槍滅火跳磨煤機/給煤機保護是否投入，決定是否跳對應設備。

c． 停止邏輯

火檢滅火后，自動關燃油閥，此時不關壓縮空氣閥;

操作員在控制面板上操作停止按鈕;

就地操作停止;

MFT停止。

在微油槍停止時，一般應在燃油閥關閉后保持繼續(xù)開啟壓縮空氣閥5 min以上再關閉，以達到冷卻和吹掃微油槍的目的。

d． 給煤機啟動

證實氣化點火油槍著火穩(wěn)定后 (作為點火啟動時啟動條件)或鍋爐點火能量滿足 (作為主燃燒器使用)時，可啟動給煤機給煤。

3．2．2 鍋爐FSSS邏輯的修改

為保證機組安全及微油槍點火系統(tǒng)正常運行，結(jié)合電廠350 MW機組FSSS的設計特點，需對FSSS邏輯進行以下修改:

a． 在FSSS中設計A磨煤機“正常運行模式”與“微油運行模式”2種，并可相互切換，從而實現(xiàn)磨煤機FSSS的邏輯切換功能;

b． 在“正常運行模式”時，A磨煤機維持原有的BMS邏輯;

c． 在“微油運行模式”時，A磨煤機FSSS啟動條件中增加由微油槍裝置送來的4臺中任意3臺正常工作信號，略去油燃燒器著火的條件;

d． 在主控室聲光報警系統(tǒng)中增加“微油槍點火裝置故障”信號，任1臺微油槍點火裝置異常，DCS將信號送至聲光報警系統(tǒng)發(fā)出報警;

e． A磨煤機以“微油運行模式”運行時，微油槍裝置任一個角滅火或故障，DCS將自動關閉磨煤機出口一次風插板門;當達到3個角滅火或故障時，A給煤機跳閘，關閉磨煤機出口全部一次風插板門;

f． A磨煤機運行且機組電負荷＞35%時，操作員可將微油槍運行方式轉(zhuǎn)入“正常運行方式”;

g． 在“微油運行模式”下的其它燃料層火嘴、“正常運行模式”下的所有層按照FSSS正常保護進行控制;

h． 鍋爐MFT時，按FSSS方式保護動作，同時微油槍跳閘并禁啟;

i． 黑爐膛發(fā)MFT條件時需要修改，“微油運行模式”下，黑爐膛不發(fā)MFT［4］。

3．2．3 系統(tǒng)主要設備及原理

a． 就地控制箱

就地操作控制箱上裝有點火器點火啟停、壓縮空氣閥開啟和關閉、燃油球閥開啟和關閉共6個按鈕和對應狀態(tài)指示燈，可實現(xiàn)對應微油槍點火的就地控制，并裝有火焰和就地位指示燈。

就地控制箱可接受DCS系統(tǒng)的遠方啟?？刂疲槠涮峁┰O備狀態(tài)點 (4個DO點、7個DI點)，DCS根據(jù)鍋爐運行情況實現(xiàn)相應邏輯聯(lián)鎖和保護。

就地控制箱接受DCS指令，對點火器點火啟停、壓縮空氣閥啟閉、燃油閥啟閉進行控制。

當就地箱的轉(zhuǎn)換開關轉(zhuǎn)到“請求就地”位置時，如果控制室允許就地操作，就地箱就地位指示燈亮，表示控制在就地位;如果控制室禁止就地操作，就地箱就地指示燈不亮，此時就地請求無效，控制仍然在遠控位，就地不能操作。

當就地箱轉(zhuǎn)換開關轉(zhuǎn)到“遠控位”時，控制在遠方操作方式。

b． 高能點火器

本系統(tǒng)采用高能點火，高頻高能點火裝置是由高能點火能量發(fā)生器 (點火器)、高壓高溫電纜、高壓導電桿 (點火槍)、半導體高能電嘴和電源電纜等組成，將點火箱點火頻率開關設到合適位置，就地操作點火器啟動或控制室按下微油槍啟動后，在油槍上安裝的半導體高能電嘴將發(fā)生尖端放電，產(chǎn)生電火花，點燃燃油，為保護高頻高能點火裝置，點火延時一段時間后自動停止，延時時間由DCS設定 (10～30 s)。

c． 智能火焰檢測裝置

火焰檢測探頭布置在燃燒器一次室。微油點火系統(tǒng)的火焰檢測系統(tǒng)采用CDS光敏電阻，用于點火及運行過程中的火焰監(jiān)視與聯(lián)鎖保護。

由安裝在燃燒器上的光電阻檢測火焰光強度變化，隨之電阻值發(fā)生變化，火焰光強度越強，電阻值越小。通過安裝在就地控制箱內(nèi)的測量模塊測量電阻值，給出開關量閉合/斷開接點信號。經(jīng)中間繼電器HZJ擴展接點，分別在就地控制箱火檢燈和控制室的操作畫面顯示，DCS根據(jù)邏輯組態(tài)實現(xiàn)對油閥及磨煤機的控制，實現(xiàn)相應邏輯控制和保護。

d． 空氣、油氣動球閥

氣動球閥由雙向氣缸、電磁閥、3片焊接閥體、執(zhí)行機構、反饋等組成，采用智能控制與定位，以壓縮空氣為動力，閥桿帶動閥芯在閥體內(nèi)旋轉(zhuǎn)90°可實現(xiàn)全開/全閉動作，最長行程為1 s。

供給油槍的燃油由油母管上的氣動球閥控制，當其開啟或在控制室按下啟動按鈕后，氣動球閥開回路上電打開;當關閉或按下停止按鈕后，氣動球閥關回路上電關閉，在控制室操作畫面上可監(jiān)視閥位狀態(tài)。另外，在點火初期，經(jīng)一段延時 (0～60 s)，如仍然無火，DCS組態(tài)使油氣動球閥因點火失敗而自動關閉。

e． 壓力變送器

燃油母管、壓縮空氣母管及各角分支管氣動球閥后各布置1臺壓力變送器 (油:0～4．0 MPa;氣:0～1．0 MPa)，用于監(jiān)視和作為啟動條件。就地各油氣動球閥和壓縮空氣氣動球閥后安裝就地指示壓力表，供就地操作和監(jiān)視。

4 實際應用中控制邏輯的改進

4.1 運行方式的改進

根據(jù)實際運行經(jīng)驗和設備狀況進行相應邏輯的改動和完善，取消原設計中“微油運行模式”和“正常運行模式”的切換。如果運行人員在鍋爐啟動后忘記將運行模式恢復為“正常運行模式”，鍋爐在帶負荷過程中，F(xiàn)SSS將始終處于燃料全中斷保護的解除狀態(tài)，存在安全隱患，同時也不符合熱工監(jiān)督的要求。改造后，可以保證鍋爐從點火到正常運行的全過程中，F(xiàn)SSS的燃料全中斷保護始終處于正常投運狀態(tài)，即可避免危險情況的發(fā)生。

4.2 完善FSSS的部分邏輯

在“全爐膛無火”條件判斷上采用了A磨煤機運行且微油油槍投運的條件，這樣可以有效避免在低負荷時，不合理發(fā)生MFT。保證鍋爐從微油點火開始到正常運行的穩(wěn)定燃燒。

5 效益分析

5.1 直接經(jīng)濟效益［5］

a． 節(jié)油費用

燃油消耗:每臺爐按年耗油400 t計 (正常運行)

燃油價格:0．58萬元/t(市場價)

每角微油槍 (主、輔油槍)出力:120 kg/h

大油槍出力:1 800 kg/h

節(jié)省燃油量:400×93%=372 t

節(jié)省燃油耗費:0．58×372=216萬元

b． 原煤耗費

燃油的低位熱值為4．187×104kJ/kg，燃煤低位發(fā)熱值為1．75×104kJ/kg，煤價為400元/t，大油槍燃油燃盡率為98%，煤粉平均燃盡率為90%，按發(fā)熱量相等原則計算所需的原煤費用為

(41 870×372×98%)/(17 500×90%)×0．04=39萬元

c． 耗電費用

原煤消耗:(41 870×372×98%)/(17 500×90%)=969 t

制粉單耗:8 kWh/t

用電價格:0．4元/kWh耗電費用:969×8×0．4/10 000=0．31萬元d． 每年直接經(jīng)濟效益:216－39－0．3=176．7 萬元

5.2 間接經(jīng)濟效益

鍋爐在啟動初期和停爐后期，由于未燃盡的燃油會在電除塵器電極上沉積，對其產(chǎn)生破壞，故不能投用電除塵器。采用微油技術后，由于燃油量非常小且燃盡率高，因此不存在此類問題，故可提前投用電除塵器，從而減少了粉塵的排放，減輕了環(huán)境污染。另外，實現(xiàn)鍋爐啟動、停止及低負荷穩(wěn)燃過程的以煤代油，能夠緩解我國用油緊張、能源浪費的問題，為國家節(jié)省大量外匯，有益于經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展［6］。

6 結(jié)束語

遼寧東方發(fā)電有限公司采用微油點火技術，鍋爐可實現(xiàn)微油量啟動、停止及低負荷穩(wěn)燃，節(jié)油率在90%以上，綜合節(jié)能效益達80%，鍋爐啟動一次耗油約5～8 t，投資回報期為1年。另外，采用該技術可以最大限度利用現(xiàn)有設備及系統(tǒng)，且操作方便、系統(tǒng)簡單、改造費用低、運行維護量小，是個很好的節(jié)能項目。結(jié)合現(xiàn)場實際進行了相應的改進后，運行以來各項效果非常明顯。

［1］ 汪志華，孫 萍．微油點火技術及其應用［J］．湖北電力，2011，38(2):34－36．

［2］ 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(yè)管理與科技，2010，19(1):172．

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

［4］ 王 毅．1 000 MW燃煤機組微油點火技術 ［J］．東北電力技術，2010，40(9):35－41．

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

［6］ 陳振洪．氣化微油點火系統(tǒng)在600 MW機組中的應用及對策［J］．上海電力學院學報，2009，30(3):257－260．