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孫曉輝（1973－）
男，工程師，大學本科，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燃裝置控制系統進行探討, 闡述了氣化小油槍點火系統的主要功能，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。

關鍵詞：氣化小油槍點火；控制系統；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濟的快速發展，電力工業也在迅猛發展。其中火電占全國裝機容量的75.6％。到2007年，隨著新機組的陸續投運，點火及穩燃用油將達到1000多萬噸；到2020年，我國燃煤發電機組裝機容量將達到10億kW。燃油消耗的激增將對我國能源安全造成日益嚴重的影響。因此，控制鍋爐燃油消耗已成為當前火電機組的當務之急。

    氣化小油槍點火穩燃技術是目前火電機組大量節省燃油資源的一種有效手段。江蘇新海發電有限公司#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。

2 氣化小油槍系統組成

    氣化小油槍點火及穩燃裝置由鍋爐燃燒器系統、燃油及壓縮空氣系統、助燃風及火檢冷卻風系統、控制及保護系統四大部分組成。

2.1 鍋爐燃燒器系統

    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燃燃燒器，即在每只燃燒器內各布置一支氣化小油槍。改造不改變一次風管走向、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設計。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，防止槍體內積油。

2.2 燃油及壓縮空氣系統 

    氣化小油槍用油為0#輕柴油，油管路根據現場具體情況從大油槍母管引出，單角每支設計耗油量（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圖

2.3 助燃風及冷卻風系統

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

圖2   助燃風系統圖

圖3   冷確風系統

2.4 控制及保護系統

    小油槍控制系統包括點火系統、壓縮空氣系統、燃油系統、助燃風系統和火檢系統五個部分；燃油系統為整個系統的核心，壓縮空氣系統將槍口噴出的高壓燃油進行霧化，點火系統在適當時刻將霧化的燃油點燃，助燃風系統為實現燃油的充分燃燒提供充足的空氣；借助火檢系統，運行人員能夠實時、直觀地了解油槍的運行情況，另外，利用火檢系統檢測、反饋的數據，通過將小油槍控制系統融入DCS組態，可實現對燃燒系統的遠程自動控制。

3 氣化小油槍系統工作原理

    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，霧化成超細油滴進行燃燒，同時燃油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；助燃風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

4.1 氣化小油槍控制系統設備

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、一個壓力調節裝置、一塊壓力表組成，是氣化小油槍系統的主要設備之一。

    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，蓄能器內的燃油液位由三只音叉式液位開關控制兩臺氣動球閥實現上下限控制和超上限控制保護，以保證為油槍提供充足的燃油。進入蓄能器的壓縮空氣主氣路氣壓由壓力調節裝置手動調節，不受控。

4.1.2單角 

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

4.1.3火檢

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

4.2 氣化小油槍控制系統的任務

    小油槍控制系統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，進入DCS系統后，由DCS組態進行層起或層停控制，并可以納入FSSS管理之下。

    氣化小油槍系統納入FSSS系統后，所有控制和保護始終按照“FSSS保護優先”的原則運行，當小油槍系統發生故障時，不對FSSS系統產生影響。
氣化小油槍系統納入MFT保護邏輯中，即所有燃燒切斷均包括氣化小油槍系統。
氣化小油槍是否點火成功由小油槍自帶火檢系統進行判斷：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）首先關油閥，間隔幾秒鐘后，再關掉氣閥，以便對油槍進行必要的吹掃，防止意外情況發生。

4.3.2控制方式和調整方法

    小油槍控制系統對設備進行控制的方式有兩種：本地和遠控。在就地控制柜上通過轉換開關可實現本地、遠控方式的轉換。本地控制方式可以實現手動啟停點火器，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備工作狀態，且可提供設備狀態信號給遠程控制系統DCS，通過DCS系統組態接受遠程控制指令，實現遠程監視和控制。下面分別敘述就地、遠控方式的控制、調整過程。

    (1)就地控制方式控制、調整過程

    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，在完成點火任務后，已經自行退出。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量低于3個，則說明油槍運行狀態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：

    ●  油槍槍口堵塞導致油不能噴出，或者蓄能器液位控制部分出現故障，致使蓄能器內無油；

    ●  油槍和點火槍的相對安裝位置沒有達到最佳配合；

    ●  檢測不到火焰信號；

    ●  火檢套筒的安裝偏離預定位置，或者攝象機光圈和焦距沒有調整好。這兩個因素將導致視頻信號減弱，火檢系統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不佳造成火檢信號弱，應將油槍取出，去除堵塞槍口的雜物，并用壓縮空氣進行吹掃，恢復后重新啟動點火器點火；或者在關閉油閥、氣閥后，調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良好，而火檢信號比較弱，則說明問題出在攝象機，應調整攝象機的位置、光圈和焦距，使其拾取的信號達到最強。

    (2)遠程控制過程

    遠控方式必須在就地控制方式下將各種被控設備按照小油槍技術要求調整好之后方能進行。

    遠控方式的實質是由DCS向視頻火焰檢測控制器（主要設備為單片機）發出啟動（CS1-CS2指令）或退出（CS3- CS4指令）命令，控制器接收到指令后，根據指令性質執行相應的內部程序，然后控制器輸出相應的點火器打火、開氣閥、開油閥或停止點火、關油閥、關氣閥的指令。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行分析比對，并輸出一個開關量給控制器的火檢輸入端，根據該開關量的狀態（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，并且無論油槍是否著火，在控制單片機或DCS沒有發出退出指令之前，氣閥和油閥始終處于開狀態），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行二次點火，如果連續三次（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，亦即油槍沒有正常燃燒，則火檢系統判斷為本次點火失敗，發出點火失敗信號，小油槍整體退出工作狀態。如需再次點火，需由DCS重新發出啟動點火指令。

    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，系統重新點火；重復上述過程。為了保護高能點火裝置，所以規定連續點火次數不超過三次，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，持續高溫容易將其燒毀。

5 氣化小油槍系統的投運步驟及實際情況

5.1 氣化小油槍系統在按照其技術規范調試完成后，要投入運行狀態，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，打開1#、2#主油閥，然后開啟主油路一次門、二次門，關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投入曖風器，提高一次風溫。

    7：37爐膛出口煙溫224/225℃，空預器出口二風風溫78/86℃，啟動一次風機，調整一次風母管壓力
7.5kPa，全開助燃風總門，調整各角助燃風壓1000Pa左右，穩壓罐前壓縮空氣壓力設在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角小油槍現場觀察油槍霧化正常、火焰明亮、剛性強。#2、#3角著火不穩定，后退出，檢查發現小油槍存在堵塞現象，后經處理于10：20恢復正常,油表總量18.82噸。

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

    A磨運行參數:

    煤量:15t/h，電流27A，入口一次風量:87t/h

    出口風速：23.1/23.5/23.2/22.8(m/s)，一次風母管壓力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:

    煤量：27t/h，電流27A，入口一次風量：90t/h；

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

    從現場著火情況來看，煤粉燃燒較為穩定，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；14：30汽機滿速；其后進行汽機和電氣度驗；18：41機組并網；18：45啟動B磨；退出“微油保護”。

    22：05停運B磨，再次投入“微油保護”，機組解列做機械超速試驗。

    23：15機組并網，相繼啟動B、D、E磨。

    15日1：10退油微油運行。

    本次機組冷態啟動共用油36.74噸（油量表）。

6 氣化小油槍系統改造后安全經濟分析

    #15爐微油點火技術改造后，進行了一次冷態啟動，機組啟動時全程使用了微油點火技術，鍋爐燃燒安全、穩定，未發生不安全情況。本次啟動實際用油36.74噸，較以往機組冷態啟動及試驗用油共需90噸相比，實際節約燃油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）濾網堵塞；
   （5）沒有霧化空氣或壓縮空氣壓力調整的不合適；
   （6）蓄能器內無油，即1#或2#總油閥中有一個沒有打開；
   （7）助燃風壓力沒有調整合適。

    這就要求運行員工盡快熟悉氣化小油槍點火系統的運行步驟，并對現場設備在啟爐前進行認真檢查。同時檢修員工定期清理濾網和槍嘴，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，并有足夠的冷卻風為攝像機降溫。
　　
參考文獻：

[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.小油槍煤粉燃燒器在360t/h鍋爐上的應用,2007.