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孫曉輝（1973－）
男，工程師，大學(xué)本科，主要從事電廠熱工自動化。

摘要：本文對氣化小油槍點火及穩(wěn)燃裝置控制系統(tǒng)進(jìn)行探討, 闡述了氣化小油槍點火系統(tǒng)的主要功能，并對其組成、工作原理做了詳盡的介紹，最后對江蘇新海發(fā)電有限公司 #15爐A層4只煤粉燃燒器改造的實際投運情況做了闡述。

關(guān)鍵詞：氣化小油槍點火；控制系統(tǒng)；實際投運

Abstract: This paper discusses ignition of small gasification oil gun and control system of stable combustion, and introduces in detail the main functions, compositions and working principle of the small gasification oil gun ignition system. The actual operation of the latest generation of Jiangsu Xinhai Limited # 15 Furnace of the A-four-burner is also introduced.

Key words: Small gasification oil gun firing；control system；actual operation

1 引言

    隨著我國社會國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力工業(yè)也在迅猛發(fā)展。其中火電占全國裝機容量的75.6％。到2007年，隨著新機組的陸續(xù)投運，點火及穩(wěn)燃用油將達(dá)到1000多萬噸；到2020年，我國燃煤發(fā)電機組裝機容量將達(dá)到10億kW。燃油消耗的激增將對我國能源安全造成日益嚴(yán)重的影響。因此，控制鍋爐燃油消耗已成為當(dāng)前火電機組的當(dāng)務(wù)之急。

    氣化小油槍點火穩(wěn)燃技術(shù)是目前火電機組大量節(jié)省燃油資源的一種有效手段。江蘇新海發(fā)電有限公司#15機組在A修期間針對鍋爐A層4只煤粉燃燒器改為氣化小油槍點火系統(tǒng)。

2 氣化小油槍系統(tǒng)組成

    氣化小油槍點火及穩(wěn)燃裝置由鍋爐燃燒器系統(tǒng)、燃油及壓縮空氣系統(tǒng)、助燃風(fēng)及火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)、控制及保護(hù)系統(tǒng)四大部分組成。

2.1 鍋爐燃燒器系統(tǒng)

    本次改造將#15鍋爐A層四只煤粉燃燒器改造為雙氣化小油槍點火穩(wěn)燃燃燒器，即在每只燃燒器內(nèi)各布置一支氣化小油槍。改造不改變一次風(fēng)管走向、假想切圓直徑、支吊架支撐點等，不改變原煤粉燃燒器與爐膛的整體相關(guān)設(shè)計。小油槍的安裝垂直于鍋爐噴燃器的中心線，且與噴燃器表面呈3～5°的上傾斜角，防止槍體內(nèi)積油。

2.2 燃油及壓縮空氣系統(tǒng) 

    氣化小油槍用油為0#輕柴油，油管路根據(jù)現(xiàn)場具體情況從大油槍母管引出，單角每支設(shè)計耗油量（80kg/h）。控制閥門使用氣動球閥（或電動閥），氣動球閥用氣源引自儀表用壓縮空氣。壓縮空氣為小油槍燃燒霧化用氣，使用壓縮空氣氣源（檢修用壓縮空氣氣源），壓力要求0.5mpa以上，壓縮空氣流量為0.9Nm3/min左右。

圖1   燃油及壓縮空氣總路及單角系統(tǒng)圖

2.3 助燃風(fēng)及冷卻風(fēng)系統(tǒng)

    助燃風(fēng)為氣化小油槍燃燒助燃用空氣，由風(fēng)機提供風(fēng)源，引至氣化小油槍燃燒器附近，壓力保證在3000Pa以上。冷卻風(fēng)為氣化小油槍火檢冷卻風(fēng)，使用火檢冷卻風(fēng)。

圖2   助燃風(fēng)系統(tǒng)圖

圖3   冷確風(fēng)系統(tǒng)

2.4 控制及保護(hù)系統(tǒng)

    小油槍控制系統(tǒng)包括點火系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、助燃風(fēng)系統(tǒng)和火檢系統(tǒng)五個部分；燃油系統(tǒng)為整個系統(tǒng)的核心，壓縮空氣系統(tǒng)將槍口噴出的高壓燃油進(jìn)行霧化，點火系統(tǒng)在適當(dāng)時刻將霧化的燃油點燃，助燃風(fēng)系統(tǒng)為實現(xiàn)燃油的充分燃燒提供充足的空氣；借助火檢系統(tǒng)，運行人員能夠?qū)崟r、直觀地了解油槍的運行情況，另外，利用火檢系統(tǒng)檢測、反饋的數(shù)據(jù)，通過將小油槍控制系統(tǒng)融入DCS組態(tài)，可實現(xiàn)對燃燒系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動控制。

3 氣化小油槍系統(tǒng)工作原理

    氣化小油槍的工作原理是：首先利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎，霧化成超細(xì)油滴進(jìn)行燃燒，同時燃油燃燒產(chǎn)生的熱量對燃料進(jìn)行初期加熱、擴容，后期加熱，在極短的時間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)氣化，使油槍在正常燃燒過程中直接燃燒氣體油燃料，從而大大提高燃燒效率及火焰溫度。氣化燃燒后的火焰（剛性極強、其傳播速度極快超過聲速、火焰呈完全透明狀）根部為藍(lán)色，中間及尾部為透明白色，火焰中心溫度高達(dá)1500～2000℃，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)進(jìn)行直接點燃煤粉燃燒，從而實現(xiàn)電站鍋爐啟動、停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃。壓縮空氣主要用于點火時實現(xiàn)燃油霧化、正常燃燒時加速燃油氣化及補充前期燃燒需要的氧量；助燃風(fēng)主要用于補充后期加速燃燒所需的氧量。

圖4

4 氣化小油槍控制系統(tǒng)

4.1 氣化小油槍控制系統(tǒng)設(shè)備

4.1.1蓄能器 

    由蓄能罐、兩組氣動球閥、三只音叉式液位開關(guān)、一個壓力調(diào)節(jié)裝置、一塊壓力表組成，是氣化小油槍系統(tǒng)的主要設(shè)備之一。

    蓄能器為鍋爐各角的小油槍提供高壓燃油和霧化用的壓縮空氣，蓄能器內(nèi)的燃油液位由三只音叉式液位開關(guān)控制兩臺氣動球閥實現(xiàn)上下限控制和超上限控制保護(hù)，以保證為油槍提供充足的燃油。進(jìn)入蓄能器的壓縮空氣主氣路氣壓由壓力調(diào)節(jié)裝置手動調(diào)節(jié)，不受控。

4.1.2單角 

    各個單角的受控設(shè)備由一組油閥(氣動球閥)、一組氣閥（電磁閥、壓力開關(guān)）、一臺點火器組成。另外，通過觀察壁溫監(jiān)測熱電偶、助燃風(fēng)風(fēng)壓表測得的參數(shù)，可以從側(cè)面實時了解小油槍系統(tǒng)的運行情況。

4.1.3火檢

    系統(tǒng)由攝像機、火檢信號強度分析儀（單片機1）、控制器（單片機2）組成，是單角控制系統(tǒng)的重要組成部分，它直觀的反映小油槍系統(tǒng)的運行狀況，是整個控制系統(tǒng)的“眼睛”。

4.2 氣化小油槍控制系統(tǒng)的任務(wù)

    小油槍控制系統(tǒng)主要完成以下四個方面的控制：點火器控制、氣閥控制、油閥控制，點火及燃燒的自動控制。各角油槍獨立控制，進(jìn)入DCS系統(tǒng)后，由DCS組態(tài)進(jìn)行層起或?qū)油？刂?，并可以納入FSSS管理之下。

    氣化小油槍系統(tǒng)納入FSSS系統(tǒng)后，所有控制和保護(hù)始終按照“FSSS保護(hù)優(yōu)先”的原則運行，當(dāng)小油槍系統(tǒng)發(fā)生故障時，不對FSSS系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
氣化小油槍系統(tǒng)納入MFT保護(hù)邏輯中，即所有燃燒切斷均包括氣化小油槍系統(tǒng)。
氣化小油槍是否點火成功由小油槍自帶火檢系統(tǒng)進(jìn)行判斷：小油槍火檢視頻信號為運行人員提供直觀的視頻圖象。

4.3 氣化小油槍控制邏輯及方式

4.3.1控制邏輯

    其基本控制邏輯為：啟動時先開啟點火器打火，然后開啟油閥，最后開氣閥；退出時（點火器在此之前已在時間繼電器控制下退出）首先關(guān)油閥，間隔幾秒鐘后，再關(guān)掉氣閥，以便對油槍進(jìn)行必要的吹掃，防止意外情況發(fā)生。

4.3.2控制方式和調(diào)整方法

    小油槍控制系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行控制的方式有兩種：本地和遠(yuǎn)控。在就地控制柜上通過轉(zhuǎn)換開關(guān)可實現(xiàn)本地、遠(yuǎn)控方式的轉(zhuǎn)換。本地控制方式可以實現(xiàn)手動啟停點火器，氣閥，油閥，通過就地控制柜上的儀表和指示燈顯示出燃燒器火焰燃燒狀況和設(shè)備工作狀態(tài)，且可提供設(shè)備狀態(tài)信號給遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)DCS，通過DCS系統(tǒng)組態(tài)接受遠(yuǎn)程控制指令，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。下面分別敘述就地、遠(yuǎn)控方式的控制、調(diào)整過程。

    (1)就地控制方式控制、調(diào)整過程

    在就地控制方式下，可以手動啟動點火器、油閥、氣閥，手動停止油閥、氣閥，點火器在時間繼電器的控制之下，在完成點火任務(wù)后，已經(jīng)自行退出。油槍投入運行后，控制柜面板上的火檢指示燈點亮的數(shù)量隨著火焰強度的變化不斷的增加或減少，如果指示燈點亮的數(shù)量低于3個，則說明油槍運行狀態(tài)不佳或者是火檢裝置安裝的位置不合適。

    引起火檢信號弱的原因如下：

    ●  油槍槍口堵塞導(dǎo)致油不能噴出，或者蓄能器液位控制部分出現(xiàn)故障，致使蓄能器內(nèi)無油；

    ●  油槍和點火槍的相對安裝位置沒有達(dá)到最佳配合；

    ●  檢測不到火焰信號；

    ●  火檢套筒的安裝偏離預(yù)定位置，或者攝象機光圈和焦距沒有調(diào)整好。這兩個因素將導(dǎo)致視頻信號減弱，火檢系統(tǒng)不能真實地反映油槍的運行狀況。

    解決方法如下：

    通過觀火孔觀察小油槍在噴燃器出口噴出的火焰的長短，可判斷出造成火檢信號弱的真正原因；

    ●  如果噴出的火焰過短或者沒有火焰噴出，則說明是油槍運行狀態(tài)不佳造成火檢信號弱，應(yīng)將油槍取出，去除堵塞槍口的雜物，并用壓縮空氣進(jìn)行吹掃，恢復(fù)后重新啟動點火器點火；或者在關(guān)閉油閥、氣閥后，調(diào)整好油槍和點火槍的相對位置，然后，再重新啟動油槍點火程序。

    ●  如果通過觀火孔觀察火焰狀態(tài)良好，而火檢信號比較弱，則說明問題出在攝象機，應(yīng)調(diào)整攝象機的位置、光圈和焦距，使其拾取的信號達(dá)到最強。

    (2)遠(yuǎn)程控制過程

    遠(yuǎn)控方式必須在就地控制方式下將各種被控設(shè)備按照小油槍技術(shù)要求調(diào)整好之后方能進(jìn)行。

    遠(yuǎn)控方式的實質(zhì)是由DCS向視頻火焰檢測控制器（主要設(shè)備為單片機）發(fā)出啟動（CS1-CS2指令）或退出（CS3- CS4指令）命令，控制器接收到指令后，根據(jù)指令性質(zhì)執(zhí)行相應(yīng)的內(nèi)部程序，然后控制器輸出相應(yīng)的點火器打火、開氣閥、開油閥或停止點火、關(guān)油閥、關(guān)氣閥的指令。視頻火焰檢測控制器由火檢信號強度分析儀、控制器兩部分構(gòu)成，在首次點火過程完成后，火焰檢測單片機對火檢信號強度進(jìn)行分析比對，并輸出一個開關(guān)量給控制器的火檢輸入端，根據(jù)該開關(guān)量的狀態(tài)（閉和則其輸入為高電平，斷開則其輸入為低電平）來判斷燃燒狀況，作出是否重新啟動點火器的決定（此時氣閥和油閥由于首次點火過程的控制已處于開狀態(tài)，并且無論油槍是否著火，在控制單片機或DCS沒有發(fā)出退出指令之前，氣閥和油閥始終處于開狀態(tài)），若輸入信號為高電平則判斷為燃燒正常，不需要重新點火；若輸入信號為低電平則判斷為沒有著火，需要重新啟動點火裝置進(jìn)行二次點火，如果連續(xù)三次（間隔不超過30秒鐘）點火后，控制器的輸入端還處于斷開狀態(tài)，亦即油槍沒有正常燃燒，則火檢系統(tǒng)判斷為本次點火失敗，發(fā)出點火失敗信號，小油槍整體退出工作狀態(tài)。如需再次點火，需由DCS重新發(fā)出啟動點火指令。

    如果在正常運行過程中，小油槍突然滅火，那么火焰檢測控制器監(jiān)測到這一信息后則立即啟動“開點火器程序”，輸出啟動點火器指令，點火器打火，系統(tǒng)重新點火；重復(fù)上述過程。為了保護(hù)高能點火裝置，所以規(guī)定連續(xù)點火次數(shù)不超過三次，因為點火器在點火過程中釋放的高能熱量，使打火裝置、傳輸電纜和點火槍槍頭急劇升溫，持續(xù)高溫容易將其燒毀。

5 氣化小油槍系統(tǒng)的投運步驟及實際情況

5.1 氣化小油槍系統(tǒng)在按照其技術(shù)規(guī)范調(diào)試完成后，要投入運行狀態(tài)，投運的步驟如下：

    (1) 氣化小油槍在投入運行前，首先要啟動控制系統(tǒng)，打開1#、2#主油閥，然后開啟主油路一次門、二次門，關(guān)閉單角油路上的手動球閥，逐角開啟單角氣動球閥，使油充滿單角油管路，重點檢查油路有無泄漏的地方，如有泄漏必須立即處理。

    (2) 啟動助燃風(fēng)機。

    (3) 開啟單角點火器、油閥、氣閥。

    (4) 停止時，先停油閥，稍后停止氣閥。

5.2 實際啟動情況

    2008年5月14日5：50，接令#15爐點火。

    7：06投入曖風(fēng)器，提高一次風(fēng)溫。

    7：37爐膛出口煙溫224/225℃，空預(yù)器出口二風(fēng)風(fēng)溫78/86℃，啟動一次風(fēng)機，調(diào)整一次風(fēng)母管壓力
7.5kPa，全開助燃風(fēng)總門，調(diào)整各角助燃風(fēng)壓1000Pa左右，穩(wěn)壓罐前壓縮空氣壓力設(shè)在0.6MPa，此時油表總量5.70噸。

    8：05投用#1小油槍，著火正常，8：07投用#2小油槍，微油點火熱工電源跳閘，查系熱工電源塊零線故障，8：44微油點火電源經(jīng)熱工處理好,油表總量10.37噸。

    8：45投用微油點火，#1、4角小油槍現(xiàn)場觀察油槍霧化正常、火焰明亮、剛性強。#2、#3角著火不穩(wěn)定，后退出，檢查發(fā)現(xiàn)小油槍存在堵塞現(xiàn)象，后經(jīng)處理于10：20恢復(fù)正常,油表總量18.82噸。

    10：25爐膛出口煙溫421/412℃、熱二次風(fēng)168/195℃、熱一次風(fēng)157/195℃，啟動A磨，投入“微油保護(hù)”，爐膛壓力較為穩(wěn)定。

    A磨運行參數(shù):

    煤量:15t/h，電流27A，入口一次風(fēng)量:87t/h

    出口風(fēng)速：23.1/23.5/23.2/22.8(m/s)，一次風(fēng)母管壓力6.4kPa。

    10：43  退出AA層#4角大油槍；

    10：52  退出AA層#1角大油槍；

    10：59  退出AA層#3角大油槍；

    12：34  退出AA層#2角大油槍。

    在大油槍全部撤出期間，12：34分A磨運行參數(shù):

    煤量：27t/h，電流27A，入口一次風(fēng)量：90t/h；

    出口風(fēng)速：25.1/25.5/24.2/23.8(m/s)；一次風(fēng)母管壓力7kPa。

    從現(xiàn)場著火情況來看，煤粉燃燒較為穩(wěn)定，著火明亮，爐壓無大幅波動，油量表累計值26.48噸。

    10：55汽輪機掛閘沖轉(zhuǎn)；14：30汽機滿速；其后進(jìn)行汽機和電氣度驗；18：41機組并網(wǎng)；18：45啟動B磨；退出“微油保護(hù)”。

    22：05停運B磨，再次投入“微油保護(hù)”，機組解列做機械超速試驗。

    23：15機組并網(wǎng)，相繼啟動B、D、E磨。

    15日1：10退油微油運行。

    本次機組冷態(tài)啟動共用油36.74噸（油量表）。

6 氣化小油槍系統(tǒng)改造后安全經(jīng)濟分析

    #15爐微油點火技術(shù)改造后，進(jìn)行了一次冷態(tài)啟動，機組啟動時全程使用了微油點火技術(shù)，鍋爐燃燒安全、穩(wěn)定，未發(fā)生不安全情況。本次啟動實際用油36.74噸，較以往機組冷態(tài)啟動及試驗用油共需90噸相比，實際節(jié)約燃油53.26噸，約人民幣37萬元（每噸燃油按7000元/噸計）。如果每年機組啟動四次，年度可節(jié)約用油130噸，約人民幣90萬元。

7 工程建議

    小油槍點火也有失敗之時，其中有以下主要原因：

   （1）油槍槍嘴堵塞；
   （2）單角油閥沒有打開；
   （3）點火器不打火；
   （4）濾網(wǎng)堵塞；
   （5）沒有霧化空氣或壓縮空氣壓力調(diào)整的不合適；
   （6）蓄能器內(nèi)無油，即1#或2#總油閥中有一個沒有打開；
   （7）助燃風(fēng)壓力沒有調(diào)整合適。

    這就要求運行員工盡快熟悉氣化小油槍點火系統(tǒng)的運行步驟，并對現(xiàn)場設(shè)備在啟爐前進(jìn)行認(rèn)真檢查。同時檢修員工定期清理濾網(wǎng)和槍嘴，并定期清掃攝像機玻璃罩上的灰塵，保證攝像機能夠攝取清晰的圖像，并有足夠的冷卻風(fēng)為攝像機降溫。
　　
參考文獻(xiàn)：

[1]陳立明，吳煜忠. 420t/h鍋爐微油冷爐點火燃燒器的改造. 2004.
[2]姚道遠(yuǎn).小油槍煤粉燃燒器在360t/h鍋爐上的應(yīng)用,2007.