CS6T型熱值儀在CCPP系統中的應用

郭永鵬

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

引言

某鋼廠燃氣蒸汽聯合循環發電機組（以下簡稱CCPP 機組）設計裝容量180 MW，包括MHPS M701S(DA)X 燃氣輪機/發電機和蒸汽輪機/發電機，燃料為高爐煤氣（BFG）和焦爐煤氣（COG）組成的混合煤氣。該機組電能主要供鋼廠自用，因此，機組穩定可靠運行才能保證生產順利進行，而熱值分析儀作為CCPP 機組中重要的組成部分，直接參與機組燃料熱值的測量和流量的控制，其測量和控制性能的好壞直接影響機組負荷的穩定性，從而影響電網的質量。

1 熱值分析儀的分類

熱值分析儀按測量方式不同主要分為如下幾種：

1.1 氣體密度式熱值分析儀

通過對燃料氣體密度的測量間接得到該燃料的熱值，該測量方法是一個相對測量法，常用于對天然氣和液化石油氣等烴類氣體熱值的測量，其測量結果的準確性與氣體分子量有關，即與氣體密度有關。

1.2 色譜式熱值分析儀

通過對燃料氣體組分進行分析，采用專用的計算方法對氣體組分中的可燃燒組分的含量及熱量進行計算，從而得出燃料的熱值，該熱值為計算值，一般會與實際熱值有一定偏差，其準確性取決于計算方法及氣體組分分析的準確與否。

1.3 燃燒式熱值分析儀

通過對燃料樣品進行燃燒的方式來分析燃料的發熱量。此類熱值儀的測量結果較為可靠準確，但設備結構復雜，需要配備專用的燃燒系統和測溫系統，測量結果受多種因素影響，多用于鋼廠等對熱值測量精度要求高的大型企業。

2 燃燒式熱值分析儀的工作原理

該廠選用了CS6T型國產燃燒式熱值儀，用來測量進入CCPP 機組燃料（COG 和BFG 混合煤氣）的熱值，并依據測量出的熱值經過邏輯運算后控制焦爐煤氣流量閥開度，從而調整進入混合煤氣的焦爐煤氣流量，達到穩定燃料熱值滿足機組運行的目的。

CS6T 型熱值分析儀的工作原理如圖1 所示，將取自電除塵器（EP）出口燃料管道的定量樣氣與空氣在熱值儀燃燒室中燃燒，利用配套熱電偶檢測充分燃燒后的氣體與燃燒前的氣體溫度的差值，經過放大和補償后換算成熱值A。同時，把利用孔板檢測到樣氣和空氣的流速作為差壓信號，在對流速波動造成的示值偏差補償計算后輸出一個W.I 信號。然后，把通過密度計檢測到的密度信號，對W.I.信號增加補償后，輸出一個熱值信號B。熱值A 作為第一調節值參與機組燃料熱值的控制，此時熱值B僅用于監測。當熱值A 出現問題時，熱值B 作為第一調節值參與機組燃料熱值的控制。所以，CS6T型熱值分析儀雖然采用燃燒方式對混合煤氣熱值進行測量與控制，但在測量的過程中增加了密度補償，使得測量響應快速，測量結果可靠性高，實現了熱值測量與控制的高精確度。

圖1 CS6T型熱值儀原理圖

3 組成和功能

CS6T型熱值分析儀主要由空氣壓力調整單元、氣體壓力調整單元、壓力檢測單元、檢測器、密度計、計算單元等部分組成，結構如圖2所示。

圖2 CS6T熱值儀結構圖

3.1 空氣壓力調整單元

根據系統要求，過濾調節器FR1 將壓力為300～700 kPa 的壓縮空氣降低到200 kPa，再經過PR3降到20 kPa，然后經過調節針閥NV11 把壓力最終調整為500 Pa。

3.2 樣氣壓力調整單元

本系統依據采樣點的樣氣壓力通過增壓泵升高壓力，由壓力表P3顯示約為6 kPa。然后，樣氣經過洗浴瓶WT1 和過濾器FT3 后，在壓力調整罐BR1里保持恒定的壓力，又經過脫水器DH1 和減壓閥PR2后，最終控制壓力為500 Pa。

3.3 差壓檢測單元

用于計算孔板前后的差壓，并把此差壓信號在經過差壓變送器和分配器后，轉換成電信號。孔板安裝在約50 ℃的恒溫室里，此溫度控制采用無觸點比例控制方法，阻止由于流速而造成的溫差。當溫度超過90 ℃時，安全恒溫室動作，切斷加熱器的電源；如果由于加熱器電源斷開而使溫度下降，恒溫室報警動作并獲得接點信號輸出。

3.4 檢測器

檢測器由燃燒室、信號放大電路和安全及觸發序列電路等構成，其中燃燒室檢測樣氣燃燒前后的溫差。檢測到的信號由0～20 mV 放大到0～5 VDC，并傳輸到計算單元。如果發生燃燒器熄火或過量燃燒，就會產生報警（閉合觸點）輸出。

3.5 燃燒單元

樣氣在燃燒室燃燒，并由熱電偶檢測溫度。由空氣入口進入的空氣被分為初級氣流、二級氣流和三級空氣流；其中，初級和二級氣流用來幫助樣氣燃燒，三級氣流用來稀釋和攪動排放氣體。樣氣與初級氣流混合后（如果是低熱值氣體，初級氣體須節流），再和二級空氣完全燃燒，產生燃燒溫度，最后，由三級空氣流迅速稀釋和攪動并從檢測器頭部排出。升高的溫度由空氣入口處的冷端和被稀釋的混合排放氣體處的熱端這兩點的電勢差測量。

3.6 運算單元

通過利用各差壓信號計算探測器信號，即可得出W.I 信號。同時，通過密度信號的密度補償生成熱量信號。在模數轉換之后，各輸入進行數字計算，然后通過數模轉換生成 4～20 mADC（1～5 VDC）輸出。

4 故障處理及改進

自2019 年10 月調試及投運以來，設備工況基本穩定，但也發生過因熱值分析儀故障導致的機組不穩定運行情況。

4.1 差壓和熱值異常報警

上游工序不穩定導致混合煤氣壓力和熱值出現波動，影響熱值儀的正常運行。本系統樣氣與空氣的差壓設定在（500±50）Pa，熱值變化響應時間約60 s，超過此差壓偏差值區間或燃料熱值變化速率小于60 s，系統就會報警，該報警若持續60 min，機組就會聯鎖跳機，而上游工序檢修時高爐煤氣和焦爐煤氣的壓力和熱值往往會出現快速波動，導致熱值儀差壓報警或滅火。此情況需要運行人員及時和調度溝通，掌握好上游工序動態，提高反應能力，做好系統平衡及應對措施。

4.2 水洗罐結冰

本機組由于處在北方，冬天最低氣溫達到零下十幾度，極易造成水洗罐結冰。在熱值分析儀小室加裝防爆空調，并在相關設備上適量增加伴熱后解決。

4.3 樣氣未完全燃燒

因空氣管路堵塞熱值分析儀在運行過程中會出現樣氣未完全燃燒的情況。利用停機機會在空氣管路增加吹掃裝置，定期對空氣管路進行吹掃，保證管路暢通。

4.4 檢修造成煤氣雜質升高

上游工序檢修時，高爐煤氣和焦爐煤氣中的雜質升高，造成熱值儀樣氣管路堵塞而導致熱值儀滅火。此情況需增加吹掃裝置，定期對樣氣管路進行吹掃，保證管路暢通。

5 結語

熱值儀在CCPP 機組中起著至關重要的作用，它連續穩定的運行是整套機組高效順穩生產的關鍵，而本機組設計單套熱值分析儀運行，無備用設備，一旦出現設備故障不能及時解決的情況，整套機組就要停機處理，不利于系統穩定性。后期需結合技改增加一套熱值分析儀，平時作為備用，一旦本套設備出現故障，可以立即在線切換，保證機組能夠穩定運行。