小油槍程控系統在張家口發電廠1 號機組的應用

【文章摘要】
簡要介紹張家口發電廠1 號機組應用小油槍系統的工作原理，程序控制邏輯和節能效果，給出小油槍程控系統現場注意事項。
【關鍵詞】
小油槍程序控制；節能
隨著電力體制的改革以及環境保護的更高要求，機組運行必須有很高的可靠性, 經濟性和環保性。鍋爐燃燒器的好壞，直接影響機組的安全性、經濟性、高效性和環保性要求。為適應今后發電市場需要，降低發電經濟成本和環保成本，發電企業對鍋爐燃燒器提出了更高的要求。通過改造，一定程度上解決鍋爐燃燒器使用效率低，壽命短的問題，使鍋爐燃燒器能夠適應各種負荷下的燃燒需求。提高鍋爐的低負荷穩燒能力，降低大渣含碳量，降低NOX 的排放量，有利于提高燃燒效率， 降低發電煤耗，提高機組的經濟性，有利于環境保護。
張家口發電廠1 號機組原點火系統采用大油槍點火控制系統，即機組全爐共布置8 只油槍，總出力相當于40%B-MCR 負荷輸入熱量，油槍采用簡單機械霧化方式，單只油槍出力上下兩層分別為1500kg/ h，油槍停運時須后退400mm，點火采用二級點火方式，即高能點火器點燃輕油油槍，再點燃煤粉噴嘴。
鍋爐燃燒器采用一二次風間隔布置， 共有六層煤粉燃燒器，從下到上分別是1、2、3、4、5、6 層，大油槍有兩層，分別設在1 層燃燒器和4 層燃燒器的下部，獨立布置，大油槍的燃油火焰與燃燒器噴出的攜帶煤粉的一次風風粉混合物距離大，它們很難直接接觸。在起爐點火時，大油槍往往要長時間投入，耗油量巨大，才能達到點火的效果。
鍋爐在低于40% 額定負荷時，投大油槍助燃，油槍單只出力太大，油煤混燒時間長，耗油量大。
2010 年張家口發電廠1 號機組對鍋爐點火系統進行了改造，引入了少油點火穩燃的理念，增加了小油槍程控系統。
1 小油槍點火原理
氣化小油槍點火穩燃裝置主要由油閥、點火槍、高能點火器、儲油罐、火檢、控制柜及現場總線等組成，并接入發電機組的燃油系統、壓縮空氣系統，配合改進的主燃燒器使用。
系統通過現場總線接入DCS 系統。系統運行方式可以采用遠方程序控制和就地操作。輔助系統由燃燒器壁溫監測、圖像火焰監測等系統構成。
氣化小油槍燃燒器的工作原理是： 先利用壓縮空氣的高速射流將燃料油直接擊碎，霧化成超細油滴進行燃燒，同時用燃燒產生的熱量對燃料進行初期加熱， 擴容，后期加熱，在極短的時間內完成油滴的蒸發氣化，使油槍在正常燃燒過程中直接燃燒氣體燃料，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，根部為藍色，中間及尾部為透明白色），火焰中心溫度高達1500 ～ 2000℃，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內進行直接點燃煤粉燃燒，從而實現電站鍋爐啟動、停止以及低負荷穩燃。壓縮空氣主要用于點火時實現燃油霧化、正常燃燒時加速燃油氣化及補充前期燃燒需要的氧量；高壓風主要用于補充后期加速燃燒所需的氧量。
2 小油槍程序控制簡介
2.1 小油槍程序控制原理
小油槍控制系統的基本原理是通過采集現場開關量信號和模擬量信號控制各路電（氣）動閥、電磁閥、點火器等按照工作流程要求實現點火操作。控制系統可以按設定好的運行方式，自動安全地完成點火啟動操作，既可單獨進行點火工作， 也可與鍋爐主控系統進行通訊實現集中監控。
2.2 小油槍程控系統組成
控制系統由DCS 控制系統、就地氣動執行器、現場信號測量元件、高能點火器等幾部分組成：
DCS 控制系統是控制系統的核心，遠程完成點火過程的程序控制。
就地氣動執行器：電磁閥控制壓縮空氣的通斷，壓縮空氣驅動氣缸控制氣動球閥開關和點火器進退，點火器用來點燃小油槍，氣動球閥用來控制油路、霧化空氣通斷。
現場信號測量元件實時監測壓縮空氣及油系統壓力，提供系統可以依據的參數，使少油點火系統能夠實現最佳的工作狀態。系統設計了燃燒器壁溫監測、火檢裝置、工業攝像機，儲油罐液位開關，燃油壓力變送器等現場信號測量元件能夠實時監測系統工作情況，發生故障時，程序將采取必要的保護動作并伴有聲光警報信號提示操作人員檢查設備以保證系統安全運行。
控制系統設備點火控制裝置在爐膛四周布置，分為A、B、C、D 四個角，主要共包括8 個點火器，8 根高壓電纜及8 根點火槍構成，4 個油閥，4 個吹掃閥， 1 個儲油罐；主控設備包括1 個就地控制柜、自動控制及火檢監測柜，控制電纜等； 檢測設備包括4 個工業攝像機，4 個K 系列熱電偶、補償電纜等；加裝暖風器部分氣動插板門、電動調節門。
2.3 小油槍程控系統邏輯簡介
2.3.1 小油槍程控邏輯原則
小油槍程序控制系統采用遠程程序控制和就地單獨控制的操作方式，控制系統為獨立控制方式，整個控制系統進入發電廠DCS 系統，在FSSS 管理之下。
小油槍程序控制系統油閥、點火槍納入FSSS 系統，所有控制和保護始終按照“FSSS 保護優先”的原則運行。當小油槍系統的每一設備故障或測點超標時，程控退出，不對FSSS 系統產生影響。
氣化小油槍系統納入MFT 保護邏輯和OFT 保護邏輯中，即所有燃燒切斷均包括氣化小油槍系統。
2.3.2 小油槍程控邏輯內容
新增小油搶系統進入DCS 系統FSSS4 控制器。全部控制邏輯包括：小油槍層操作允許，
小油槍啟程控允許，小油槍運行狀態，小油槍連鎖跳閘，小油槍運行模式切換，單角小油槍啟動程控，單角小油槍停止程控，單角小油槍油閥，單角小油槍點火器，單角小油槍氣閥，暖風器入口插板門，總有法允許投切。
單角小油槍程控投入的程序為: 主控發出程控投入指令，同時打開點火器、油閥、氣閥，
當氣閥、油閥都已打開，并且火檢有火時，點火槍退出。小油槍程控投入結束。
單角小油槍程控退出的程序為：主控發出程控退出指令，同時關閉油閥、氣閥， 當油閥、氣閥關反饋回報時，小油槍程控退出結束。
單角小油槍程控投入的允許條件是： 同時滿足：遠方位，無MFT 條件，無OFT 條件，一臺一次風機運行，燃油壓力適當， 1 號總油閥允許，2 號總油閥允許。
單角小油槍系統跳閘的條件是：任意滿足：該角小油槍滅火，MFT，OFT，兩臺一次風機全停，燃油壓力異常。
暖風器入口插板門跳閘條件：1 號磨煤機跳閘。
儲油罐液位保護邏輯：液位高一值時，儲油罐進油閥1 關閉；液位高二值時， 儲油罐進油閥2 關閉。
2.3.3 小油槍程控系統輔助功能
為便于運行人員實時監測小油槍運行狀況，系統提供了4 臺工業攝像機，小油槍系統異常硬光字報警，燃燒器壁溫， 燃油壓力等。
4 臺工業攝像機分別布置于油層A、B、C、D 四個角，通過電視機向主控室提供實時清晰的爐膛小油槍火焰電視圖像。
小油槍系統硬光字報警在儲油罐液位高二值或系統油壓大于0.65MPa 時被觸發。既能報警角油閥關不嚴，又能報警儲油罐進油閥關不嚴。
2.4 小油槍程控系統現場簡介
小油槍系統布置于鍋爐三層，A 層燃燒器旁邊。共分為A、B、C、D 四個角。每個角配置兩根點火槍，兩個高能點火器，2 根高壓電纜，1 個油閥，1 個霧化閥， 一個火檢裝置。就地點火控制柜安裝在D 角，控制柜上配置有各就地控制按鈕和狀態指示燈。控制電纜由DCS 與就地控制連接，再由就地控制柜連接到各角設備上。DCS 通過接受就地設備的開關量信號判斷就地設備狀態，發出程控指令控制小油槍系統的投退。
3 程控系統注意事項
小油槍程控系統的主要任務是點火和穩燃，系統在大多數時間是處于備用狀態，要做定期試驗，防止系統在惡劣的路側環境下程控回路和設備元件出現老化而失效。
由于系統采用汽化燃油點火，油槍的噴射口很細，這就要求燃油質量要好，沒有雜質，否則易造成油槍堵塞。
點火過程實際上是油槍與點火槍配合的過程，這就要求油槍和投入之后點火槍保持合適的距離，否則會造成“剛打火， 油不著”的現象。
小油槍程控系統就地執行器采用啟動控制方式，由于執行器出力較小，氣源管較細，冬季低溫時氣源容易結冰，造成氣源管堵塞。這就對壓縮空氣的質量提出較高要求。
張家口發電廠1 號機組鍋爐小油槍程控系統投運以來，少油點火穩燃充分在1 號機組中得以充分利用。原來機組啟動過程中，消耗燃油約20 噸左右，改造后每次鍋爐點火僅消耗燃油10 噸以內。穩燃耗油量也僅為過去40% 左右。可見，小油槍程控系統在鍋爐點火穩燃上的應用在機組節能、環保發面作用明顯。
【參考文獻】
[1] 高志海，康興娜，陳浩，等。氣化小油槍點火及穩燃技術在雙進雙出磨煤機直吹式制粉系統的應用 [J]。山東電力科技，2008 （2）。
[2] 樊泉桂，閻維平，等。鍋爐原理。中國電力出版社，2006。