超超臨界機(jī)組FSSS系統(tǒng)微油點(diǎn)火邏輯的改進(jìn)

錢慶生

（江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇 南京 211102）

隨著國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，電力需求與能源供應(yīng)之間的矛盾日益凸現(xiàn)，能源供應(yīng)緊張已經(jīng)成為電力生產(chǎn)企業(yè)生存與發(fā)展的瓶頸。采用高效率、低能耗的大型超臨界乃至超超臨界機(jī)組已經(jīng)在電力行業(yè)形成共識，并得到國家的大力支持。我國是一個(gè)石油進(jìn)口大國，目前國際油價(jià)起伏不定,節(jié)約點(diǎn)火用油具有非常重要的意義。隨著微油點(diǎn)火技術(shù)的發(fā)展和推廣，將大大降低電站鍋爐點(diǎn)火用油量，對發(fā)電廠來說，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)以望亭發(fā)電廠3號機(jī)組為例，介紹其FSSS系統(tǒng)的特點(diǎn)及在微油點(diǎn)火技術(shù)應(yīng)用中出現(xiàn)的問題的處理與優(yōu)化方法。

1 660 MW超超臨界機(jī)組FSSS系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 FSSS相關(guān)設(shè)備概述

華電望亭發(fā)電廠3號機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠有限公司制造的首臺660 MW超超臨界鍋爐，型號為SG-2024/26.15-M621，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、Π型露天布置、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。燃燒器分6層布置，每層4只，共24只。每只燃燒器配有1套點(diǎn)火設(shè)備，包括油槍、點(diǎn)火槍、油角閥、吹掃閥各1支。

鍋爐裝設(shè)6套制粉系統(tǒng)，每套制粉系統(tǒng)由1臺磨煤機(jī)和1臺給煤機(jī)組成。磨煤機(jī)采用HP碗式中速磨，給煤機(jī)系電子稱重式給煤機(jī)，并在鍋爐底層配置了XSQ型雙強(qiáng)少油點(diǎn)火系統(tǒng)。

1.2 FSSS系統(tǒng)構(gòu)成

FSSS系統(tǒng)是鍋爐側(cè)最重要的熱工保護(hù)系統(tǒng)，主要由鍋爐燃燒器管理系統(tǒng)BMS和爐膛安全系統(tǒng)FSS組成，采用OVATION分散控制系統(tǒng)。

1.3 控制對象

FSSS系統(tǒng)的控制對象主要有：6臺磨煤機(jī)和給煤機(jī)、2臺一次風(fēng)機(jī)、燃油總閥、點(diǎn)火油泄漏試驗(yàn)閥、啟動油快關(guān)閥、2臺回油閥、24套點(diǎn)火槍設(shè)備、微油點(diǎn)火系統(tǒng)、2只密封風(fēng)機(jī)、2臺火檢冷卻風(fēng)機(jī)，并能跳閘其系統(tǒng)以外的設(shè)備，如：汽輪機(jī)、小汽機(jī)、電除塵和脫硫系統(tǒng)等。由此可見，F(xiàn)SSS系統(tǒng)是一個(gè)直接影響全廠運(yùn)行安全的保護(hù)系統(tǒng)。

1.4 主要功能

FSSS系統(tǒng)在鍋爐存在較大運(yùn)行安全問題時(shí)，及時(shí)跳閘鍋爐設(shè)備，并正確動作相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備，以保證人身及設(shè)備安全。主要有以下功能：

(1) 鍋爐啟動前的燃油泄漏試驗(yàn)；

(2) 爐膛吹掃；

(3) MFT保護(hù)聯(lián)鎖功能；

(4) OFT保護(hù)聯(lián)鎖功能；

(5) 保護(hù)動作相關(guān)系統(tǒng)(如汽機(jī)、脫硫系統(tǒng)等)；

(6) 火焰監(jiān)視及報(bào)警。

1.5 MFT邏輯構(gòu)成

鍋爐主燃料跳閘(MFT)是全廠最重要的熱控保護(hù)之一，下面任一條件發(fā)生時(shí)，觸發(fā)MFT動作：

(1) 機(jī)組負(fù)荷>120 MW且汽機(jī)跳閘；

(2) 2臺送風(fēng)機(jī)全停；

(3) 2臺引風(fēng)機(jī)全停；

(4) 2臺空預(yù)器全停；

(5) 爐膛壓力高二值 (延時(shí)3 s）；

(6) 爐膛壓力低二值 (延時(shí)3 s）；

(7) 總風(fēng)量<30%(延時(shí)3 s）；

(8) 2臺冷卻風(fēng)機(jī)均停(延時(shí)10 s）；

(9) 爐膛冷卻風(fēng)壓力低低(延時(shí)10 s）；

(10) 全爐膛無火；

(11) 全燃料喪失；

(12) 有任一煤層投運(yùn)且油槍都未投運(yùn)時(shí)，2臺一次風(fēng)機(jī)均停；

(13) 主蒸汽壓力過高(延時(shí)3 s）；

(14) 省煤器進(jìn)口流量低(延時(shí)20 s）；

(15) 省煤器進(jìn)口流量低低(延時(shí)3 s）；

(16) 3臺給水泵均停(延時(shí)3 s）；

(17) 再熱器遮斷；

(18) 操作臺手動跳閘；

(19) FSSS保護(hù)柜電源消失。

2 調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及對策

為減少鍋爐啟動點(diǎn)火燃油消耗量，在鍋爐底層配置了XSQ型雙強(qiáng)少油點(diǎn)火系統(tǒng)。由于啟動方式的改變，原先針對燃油點(diǎn)火的FSSS控制邏輯在細(xì)節(jié)上不再適應(yīng)生產(chǎn)的要求，在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，下面詳細(xì)介紹這些問題及其改進(jìn)方法。

2.1 “全燃料喪失”邏輯改進(jìn)

MFT觸發(fā)條件之一“全燃料喪失”的邏輯內(nèi)容為：當(dāng)鍋爐某煤(油)層已運(yùn)行后，若所有磨煤機(jī)停止且燃油中斷，即發(fā)生全燃料喪失。之所以有“當(dāng)鍋爐某煤(油)層已運(yùn)行后”這一條件，是考慮到鍋爐啟動前設(shè)備的停止?fàn)顟B(tài)，避免邏輯死循環(huán)，以及鍋爐未運(yùn)行前，防止啟動初期設(shè)備故障觸發(fā)MFT，造成很多相關(guān)設(shè)備的保護(hù)動作，拖延啟動時(shí)間。詳細(xì)邏輯見圖1，其中：

“某油層已運(yùn)行”指該層油層中油槍已投入，對應(yīng)油閥已打開，并且有相應(yīng)火檢。

“某煤層已運(yùn)行”指該煤層磨煤機(jī)和給煤機(jī)均運(yùn)行，且任意3個(gè)火檢有火。

(1) 問題：鍋爐冷態(tài)啟動時(shí)，采用微油點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)火，啟動底層磨煤機(jī)和給煤機(jī)。由于啟動初期磨煤機(jī)進(jìn)口一次風(fēng)溫不高，煤粉未能得到很好干燥加熱，因此，在點(diǎn)火一段時(shí)間后，無法檢測到火焰，磨煤機(jī)因無火跳閘。根據(jù)前面的判據(jù)，雖然磨煤機(jī)和給煤機(jī)均運(yùn)行，但是因?yàn)橐恢睕]有火檢，因此不能構(gòu)成“當(dāng)鍋爐某煤(油)層已運(yùn)行后”這一條件，也就沒法觸發(fā)MFT動作。但是，磨煤機(jī)和給煤機(jī)已經(jīng)運(yùn)行了一段時(shí)間，有大量的未充分燃燒的煤粉進(jìn)入爐膛內(nèi)，為防止發(fā)生爆燃，應(yīng)該觸發(fā)MFT動作，然后進(jìn)行爐膛吹掃后，方可再次點(diǎn)火。出現(xiàn)這一問題的原因是，以往在鍋爐冷態(tài)啟動時(shí)，均是先啟動油層再啟動煤層，由油層為煤層提供點(diǎn)火能量，而未考慮到微油點(diǎn)火這一特殊情況。

(2) 改進(jìn)：這個(gè)問題的關(guān)鍵在于“某煤層已運(yùn)行”這個(gè)判據(jù)不適應(yīng)目前的運(yùn)行要求，在微油點(diǎn)火時(shí)可直接投粉運(yùn)行，因此，將“磨煤機(jī)和給煤機(jī)均運(yùn)行，且火檢正?！备臑椤澳ッ簷C(jī)和給煤機(jī)均運(yùn)行”，無需進(jìn)行火檢判斷。這樣，如果鍋爐冷態(tài)啟動時(shí)，不管有無火檢，一旦磨煤機(jī)均跳閘就觸發(fā)MFT，強(qiáng)制進(jìn)行吹掃，保證了鍋爐運(yùn)行的安全。當(dāng)進(jìn)行常規(guī)性鍋爐啟動，油層先點(diǎn)火時(shí)，該邏輯同樣適用。

2.2 “全爐膛無火”邏輯改進(jìn)

MFT觸發(fā)條件之一“全爐膛無火”的邏輯內(nèi)容為：當(dāng)鍋爐某煤(油)層已運(yùn)行后，若所有煤(油)層火檢均消失，即發(fā)生全爐膛無火。其中：

“某煤(油)層已運(yùn)行”邏輯同上；

“油層火檢均消失”指該油層燃燒器有3個(gè)或3個(gè)以上燃燒器失去火檢或?qū)?yīng)油角閥未開；

“煤層火檢均消失”指該煤層燃燒器有2個(gè)或2個(gè)以上燃燒器失去火檢或?qū)?yīng)磨煤機(jī)停止。

(1) 問題：通常鍋爐冷態(tài)啟動時(shí)，先進(jìn)行油層點(diǎn)火，然后再啟動煤層。在微油點(diǎn)火系統(tǒng)進(jìn)行點(diǎn)火時(shí)，直接啟動煤層，利用微油燃燒器提供點(diǎn)火能量。最初點(diǎn)火時(shí)，由于鍋爐系統(tǒng)處于冷態(tài)，環(huán)境溫度較低，燃燒器出口火焰強(qiáng)度較弱，火檢信號不夠穩(wěn)定，容易產(chǎn)生波動。所以，當(dāng)磨煤機(jī)和給煤機(jī)均運(yùn)行后，一旦同時(shí)檢測到3個(gè)火檢信號，“煤層已運(yùn)行”條件即滿足。由于火檢信號晃動，隨時(shí)可能有2個(gè)火檢同時(shí)消失，這樣就觸發(fā)了MFT。出現(xiàn)這一問題的原因是，以往先進(jìn)行油層點(diǎn)火時(shí)，油槍容易著火，且火焰比較穩(wěn)定，雖然剛開始偶爾也會出現(xiàn)熄火，但是總體上還是能夠順利啟動的。

(2) 改進(jìn)：進(jìn)行了一定的試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火60 s后火檢便趨于穩(wěn)定，因此，在微油點(diǎn)火時(shí)增加延時(shí)60 s再進(jìn)行煤層失去火焰的判斷。考慮到防止這期間微油系統(tǒng)出現(xiàn)異常，不能正常提供點(diǎn)火能量，可判斷若10 s內(nèi)煤層持續(xù)無火立即觸發(fā)“全爐膛無火”，具體邏輯見圖2。這樣，既保證了鍋爐運(yùn)行安全，又避免了點(diǎn)火期間鍋爐頻繁跳閘與啟動。

2.3 “爐膛吹掃”邏輯的改進(jìn)

原“爐膛吹掃”條件中包含“所有火檢探頭均探測不到火焰”。由于微油燃燒器工作時(shí)是不允許吹掃的，因此將原條件改為“所有火檢探頭均探測不到火焰且所有微油設(shè)備停止運(yùn)行”。

2.4 制粉系統(tǒng)保護(hù)邏輯改進(jìn)

(1) 當(dāng)微油燃燒器有2個(gè)或2個(gè)以上不能正常工作時(shí)，由于不能保證有充足的點(diǎn)火能量，因此應(yīng)立即跳閘磨煤機(jī)，快關(guān)所有出口門。即在原磨煤機(jī)急停保護(hù)邏輯中加上“在微油模式下，2/4微油燃燒器停運(yùn)，跳閘磨煤機(jī)”，以及時(shí)保護(hù)鍋爐安全。

(2) 考慮到在微油點(diǎn)火方式下啟動與底層磨煤機(jī)(A磨煤機(jī))臨近的磨煤機(jī)(B磨煤機(jī))的情況，將原FAT設(shè)計(jì)中磨煤機(jī)啟動條件中“對應(yīng)油層已投運(yùn)且負(fù)荷>20%或負(fù)荷>50%”條件，改為對于B磨煤機(jī)，或者滿足上述條件或者滿足“微油模式下A磨煤機(jī)運(yùn)行且煤量大于35 t/h”。這樣在微油繼續(xù)工作且煤量大于35 t/h的前提下，鍋爐能夠?yàn)橄噜彽腂層提供足夠的點(diǎn)火能量。

3 結(jié)束語

目前，微油點(diǎn)火系統(tǒng)已經(jīng)在全國很多600 MW及以上大型機(jī)組中使用，其運(yùn)行特點(diǎn)和控制方法正在逐漸為人們所掌握，如何使其更加安全、高效地為電力生產(chǎn)服務(wù)，是值得深入研究的課題。本文基于望亭發(fā)電廠3號機(jī)組的調(diào)試工作，為控制微油點(diǎn)火系統(tǒng)提供一些思路，供大家參考。

1 史章峰, 吳恒運(yùn), 王曉勇, 等. 國產(chǎn)600 MW超臨界壓力鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試與改進(jìn). 熱力發(fā)電, 2005(12)

2 劉紅軍. 淺談爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題. 華北電力技術(shù),2000(6)

3 汪祖鑫. 超臨界壓力600 MW機(jī)組的啟動和運(yùn)行[M]. 北京: 中國電力出版社, l996

4 于仁達(dá). 超臨界機(jī)組控制技術(shù)及發(fā)展[J]. 熱能動力工程,2001(3)

5 黃文鋒. 鍋爐微油點(diǎn)火和超低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)的應(yīng)用[J]. 設(shè)備管理與維修, 2008(5)

6 李秋白, 馬坤祥, 池作和. 微油冷爐點(diǎn)火技術(shù)在雙爐膛煤粉爐上的應(yīng)用[J]. 熱力發(fā)電, 2008(7)

7 林文孚. 單元機(jī)組自動控制技術(shù)[M]. 北京: 中國電力出版社, 2004

8 Jean-Luc Beduneaua, Bonggyu Kimb, Laurent Zimmerc et al. Measurements of minimum ignition energy in premixed laminar methane Pair flow by using laser induced spark.Combustion and Flame , 2003(132): 653-665.

9 姜 烈, 董 芃. 小油量氣化燃燒直接點(diǎn)燃煤粉技術(shù)的研究應(yīng)用[J]. 電站系統(tǒng)工程, 2006,22(6)

10 王志飛, 劉為民，方 磊，等. 氣化微油點(diǎn)火技術(shù)在600 MW四角切圓燃燒鍋爐上的應(yīng)用. 浙江電力,2007, 26(4)