微油点火技术在辽宁东方发电有限公司的应用

吕国辉

(辽宁电力第三工程公司，辽宁 锦州 121001)

1 机组概况

辽宁东方发电有限公司350 MW机组采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的HG－1165/17．45－YM1型锅炉，该锅炉是根据美国ABB－CE燃烧工程公司技术设计制造的亚临界、一次再热、自然循环、平衡通风、直吹式燃煤汽包锅炉。锅炉最大连续蒸发量为1 165 t/h，机组电负荷 (额定工况)为350 MW时，锅炉的额定蒸发量为1 093．56 t/h，采用全钢结构构架，呈“П”型布置，受热面采用全悬吊结构。单炉膛且炉膛四周为全焊式膜式水冷壁，炉膛的高负荷区域采用内螺纹管的膜式水冷壁。炉膛采用摆动式直流燃烧器、四角布置、切向燃烧方式。配有5台HP863中速磨煤机，正压直吹式制粉系统，每台磨煤机出口的一次风供同一层四角的煤粉喷嘴。设计4台磨煤机运行，1台检修备用。在锅炉启停和燃烧状况较差时采用大油枪供油助燃。自利用现有设备及系统改造、采用微油点火技术后，锅炉要实现微油量的启动、停止及低负荷稳燃，大大节约了能源，提高了生产效率［1］。

辽宁东方发电有限公司2台350 MW机组的DCS采用ABB系统，由于投产时考虑了足够的负荷余量，在原设备上实现微油点火控制逻辑非常方便，且没有影响原DCS系统的稳定工作，本次改造结合本系统要求对原相关逻辑进行了相应的修改和操作画面的完善，投运以来无论在控制功能上还是操作界面上效果都非常明显。

2 微油点火技术基本原理

2.1 微油气化燃烧原理

微油气化燃烧的工作原理是:利用机械雾化将燃料油挤压、撕裂、破碎，产生超细油滴后通过高能点火器引燃，同时利用燃烧产生的热量对燃油进行加热、扩容，使燃油在极短的时间内蒸发气化。由于燃油是在气化状态下燃烧，可以大大提高燃油火焰温度，并缩短燃烧时间。气化燃烧后的火焰呈蓝色，传播速度快，中心温度高达1 500～2 000℃，可作为高温火核在煤粉燃烧器内直接点燃一级煤粉，从而实现电站锅炉启动、停止及低负荷稳燃［2］。

2.2 微油点火燃烧器工作原理

冷炉微油点火燃烧器的工作原理是:微油气化油枪与高强度油燃烧室配合，燃烧后形成温度很高的油火焰。高温油火焰引入煤粉燃烧器一级燃烧区，当浓相煤粉通过气化燃烧高温火核时，煤粉温度急剧升高、破裂粉碎，释放出大量的挥发分，并迅速着火燃烧，已着火燃烧的浓相煤粉在二次室内与稀相煤粉混合并将其点燃，实现了煤粉的分级燃烧，燃烧能量逐级变大，达到点火并加速煤粉燃烧的目的，大大减少了煤粉燃烧所需的引燃能量，满足了锅炉启动、停止及低负荷稳燃的需求。气膜冷却二次风主要用于保护喷口安全、防止结焦烧损及补充后期燃烧所需氧量［3］。

3 控制系统

3.1 系统组成

根据现场实际情况，将4套微油气化点火及稳燃燃烧器安装在A层一次风喷口位置，取代原有的主燃烧器，作为锅炉点火燃烧器和主燃烧器使用，可满足锅炉启动、停止及低负荷稳燃的要求。

微油气化直接点煤粉燃烧系统由微油点火系统、煤粉燃烧系统、控制系统、辅助系统、小油枪加热系统5部分组成。

微油点火燃烧系统由微油气化油枪和辅助油枪、高能点火装置、油火检装置、燃油系统、压缩空气系统、高压助燃风系统等组成。

煤粉燃烧系统由点火煤粉燃烧器、煤粉浓缩器、周界风冷却系统和送粉系统等组成。

控制系统由DCS系统、就地控制箱、保护系统和运行参数监测等组成，对点火系统和送粉系统进行控制，保证锅炉安全、稳定、可靠运行。

辅助系统由图像火焰监测系统组成。

小油枪冷炉制粉加热系统由气化油枪和燃烧室、高能点火装置、油火检装置、燃油系统、压缩空气系统、高压助燃风系统等组成。

3.2 系统设计

微油点火控制与监测系统是在微油点煤粉过程中，实现启停状态控制与过程参数 (压力、温度等)的采集与监测及安全保护与联锁。

本系统由DCS、FSSS控制系统和操作员站、对应燃烧器所在角配套的4个就地控制箱 (就近安装在各微油枪平台)、高能点火器、智能火焰装置、燃油气动球阀、压缩空气气动球阀等被控设备、油压力变送器、压缩空气压力变送器及相应电缆和压力表组成。

3．2．1 微油点火主要逻辑

a． 启动逻辑

控制室启动允许条件:

燃油母管压力正常 (＞0．6 MPa);

压缩空气母管压力正常 (＞0．3 MPa)，空气阀关闭;

锅炉允许点火，MFT复归;

角在远控位。

满足启动允许条件，操作点火器图标接通高能点火器点火，同时自动开启燃油阀，油枪稳定燃烧4～5 s后，自动开启压缩空气阀，完成启动过程。高能点火器启动30 s后自动停止。

b． 灭火保护

当发生MFT时，DCS控制关闭所有角的燃油阀，并禁止微油枪启动;

当点火启动30 s后仍然无火，控制系统自动关闭对应燃油阀，本次点火失败;

燃烧过程中由火检检测到灭火时 (燃油阀在开位且油枪火检持续2 s以上无火)，控制系统自动关闭对应燃油阀，同时关闭送粉管道插板门。并根据微油枪灭火跳磨煤机/给煤机保护是否投入，决定是否跳对应设备。

c． 停止逻辑

火检灭火后，自动关燃油阀，此时不关压缩空气阀;

操作员在控制面板上操作停止按钮;

就地操作停止;

MFT停止。

在微油枪停止时，一般应在燃油阀关闭后保持继续开启压缩空气阀5 min以上再关闭，以达到冷却和吹扫微油枪的目的。

d． 给煤机启动

证实气化点火油枪着火稳定后 (作为点火启动时启动条件)或锅炉点火能量满足 (作为主燃烧器使用)时，可启动给煤机给煤。

3．2．2 锅炉FSSS逻辑的修改

为保证机组安全及微油枪点火系统正常运行，结合电厂350 MW机组FSSS的设计特点，需对FSSS逻辑进行以下修改:

a． 在FSSS中设计A磨煤机“正常运行模式”与“微油运行模式”2种，并可相互切换，从而实现磨煤机FSSS的逻辑切换功能;

b． 在“正常运行模式”时，A磨煤机维持原有的BMS逻辑;

c． 在“微油运行模式”时，A磨煤机FSSS启动条件中增加由微油枪装置送来的4台中任意3台正常工作信号，略去油燃烧器着火的条件;

d． 在主控室声光报警系统中增加“微油枪点火装置故障”信号，任1台微油枪点火装置异常，DCS将信号送至声光报警系统发出报警;

e． A磨煤机以“微油运行模式”运行时，微油枪装置任一个角灭火或故障，DCS将自动关闭磨煤机出口一次风插板门;当达到3个角灭火或故障时，A给煤机跳闸，关闭磨煤机出口全部一次风插板门;

f． A磨煤机运行且机组电负荷＞35%时，操作员可将微油枪运行方式转入“正常运行方式”;

g． 在“微油运行模式”下的其它燃料层火嘴、“正常运行模式”下的所有层按照FSSS正常保护进行控制;

h． 锅炉MFT时，按FSSS方式保护动作，同时微油枪跳闸并禁启;

i． 黑炉膛发MFT条件时需要修改，“微油运行模式”下，黑炉膛不发MFT［4］。

3．2．3 系统主要设备及原理

a． 就地控制箱

就地操作控制箱上装有点火器点火启停、压缩空气阀开启和关闭、燃油球阀开启和关闭共6个按钮和对应状态指示灯，可实现对应微油枪点火的就地控制，并装有火焰和就地位指示灯。

就地控制箱可接受DCS系统的远方启停控制，并为其提供设备状态点 (4个DO点、7个DI点)，DCS根据锅炉运行情况实现相应逻辑联锁和保护。

就地控制箱接受DCS指令，对点火器点火启停、压缩空气阀启闭、燃油阀启闭进行控制。

当就地箱的转换开关转到“请求就地”位置时，如果控制室允许就地操作，就地箱就地位指示灯亮，表示控制在就地位;如果控制室禁止就地操作，就地箱就地指示灯不亮，此时就地请求无效，控制仍然在远控位，就地不能操作。

当就地箱转换开关转到“远控位”时，控制在远方操作方式。

b． 高能点火器

本系统采用高能点火，高频高能点火装置是由高能点火能量发生器 (点火器)、高压高温电缆、高压导电杆 (点火枪)、半导体高能电嘴和电源电缆等组成，将点火箱点火频率开关设到合适位置，就地操作点火器启动或控制室按下微油枪启动后，在油枪上安装的半导体高能电嘴将发生尖端放电，产生电火花，点燃燃油，为保护高频高能点火装置，点火延时一段时间后自动停止，延时时间由DCS设定 (10～30 s)。

c． 智能火焰检测装置

火焰检测探头布置在燃烧器一次室。微油点火系统的火焰检测系统采用CDS光敏电阻，用于点火及运行过程中的火焰监视与联锁保护。

由安装在燃烧器上的光电阻检测火焰光强度变化，随之电阻值发生变化，火焰光强度越强，电阻值越小。通过安装在就地控制箱内的测量模块测量电阻值，给出开关量闭合/断开接点信号。经中间继电器HZJ扩展接点，分别在就地控制箱火检灯和控制室的操作画面显示，DCS根据逻辑组态实现对油阀及磨煤机的控制，实现相应逻辑控制和保护。

d． 空气、油气动球阀

气动球阀由双向气缸、电磁阀、3片焊接阀体、执行机构、反馈等组成，采用智能控制与定位，以压缩空气为动力，阀杆带动阀芯在阀体内旋转90°可实现全开/全闭动作，最长行程为1 s。

供给油枪的燃油由油母管上的气动球阀控制，当其开启或在控制室按下启动按钮后，气动球阀开回路上电打开;当关闭或按下停止按钮后，气动球阀关回路上电关闭，在控制室操作画面上可监视阀位状态。另外，在点火初期，经一段延时 (0～60 s)，如仍然无火，DCS组态使油气动球阀因点火失败而自动关闭。

e． 压力变送器

燃油母管、压缩空气母管及各角分支管气动球阀后各布置1台压力变送器 (油:0～4．0 MPa;气:0～1．0 MPa)，用于监视和作为启动条件。就地各油气动球阀和压缩空气气动球阀后安装就地指示压力表，供就地操作和监视。

4 实际应用中控制逻辑的改进

4.1 运行方式的改进

根据实际运行经验和设备状况进行相应逻辑的改动和完善，取消原设计中“微油运行模式”和“正常运行模式”的切换。如果运行人员在锅炉启动后忘记将运行模式恢复为“正常运行模式”，锅炉在带负荷过程中，FSSS将始终处于燃料全中断保护的解除状态，存在安全隐患，同时也不符合热工监督的要求。改造后，可以保证锅炉从点火到正常运行的全过程中，FSSS的燃料全中断保护始终处于正常投运状态，即可避免危险情况的发生。

4.2 完善FSSS的部分逻辑

在“全炉膛无火”条件判断上采用了A磨煤机运行且微油油枪投运的条件，这样可以有效避免在低负荷时，不合理发生MFT。保证锅炉从微油点火开始到正常运行的稳定燃烧。

5 效益分析

5.1 直接经济效益［5］

a． 节油费用

燃油消耗:每台炉按年耗油400 t计 (正常运行)

燃油价格:0．58万元/t(市场价)

每角微油枪 (主、辅油枪)出力:120 kg/h

大油枪出力:1 800 kg/h

节省燃油量:400×93%=372 t

节省燃油耗费:0．58×372=216万元

b． 原煤耗费

燃油的低位热值为4．187×104kJ/kg，燃煤低位发热值为1．75×104kJ/kg，煤价为400元/t，大油枪燃油燃尽率为98%，煤粉平均燃尽率为90%，按发热量相等原则计算所需的原煤费用为

(41 870×372×98%)/(17 500×90%)×0．04=39万元

c． 耗电费用

原煤消耗:(41 870×372×98%)/(17 500×90%)=969 t

制粉单耗:8 kWh/t

用电价格:0．4元/kWh耗电费用:969×8×0．4/10 000=0．31万元d． 每年直接经济效益:216－39－0．3=176．7 万元

5.2 间接经济效益

锅炉在启动初期和停炉后期，由于未燃尽的燃油会在电除尘器电极上沉积，对其产生破坏，故不能投用电除尘器。采用微油技术后，由于燃油量非常小且燃尽率高，因此不存在此类问题，故可提前投用电除尘器，从而减少了粉尘的排放，减轻了环境污染。另外，实现锅炉启动、停止及低负荷稳燃过程的以煤代油，能够缓解我国用油紧张、能源浪费的问题，为国家节省大量外汇，有益于经济可持续发展［6］。

6 结束语

辽宁东方发电有限公司采用微油点火技术，锅炉可实现微油量启动、停止及低负荷稳燃，节油率在90%以上，综合节能效益达80%，锅炉启动一次耗油约5～8 t，投资回报期为1年。另外，采用该技术可以最大限度利用现有设备及系统，且操作方便、系统简单、改造费用低、运行维护量小，是个很好的节能项目。结合现场实际进行了相应的改进后，运行以来各项效果非常明显。

［1］ 汪志华，孙 萍．微油点火技术及其应用［J］．湖北电力，2011，38(2):34－36．

［2］ 赵兆林，李红梅，沈继忱．等离子点火技术与微油点火技术的比较 ［J］．中小企业管理与科技，2010，19(1):172．

［3］ 姚文达，李 硕，郭秀峰．电站锅炉微油点火技术现状与发展 ［J］．华电技术，2008，30(1):14－18．

［4］ 王 毅．1 000 MW燃煤机组微油点火技术 ［J］．东北电力技术，2010，40(9):35－41．

［5］ 龙立义，胡言文，何江波．气化微油点火技术在600 MW超临界机组中的应用［J］．广东电力，2007，20(10):76－81．

［6］ 陈振洪．气化微油点火系统在600 MW机组中的应用及对策［J］．上海电力学院学报，2009，30(3):257－260．