小油枪程控系统在张家口发电厂1 号机组的应用

张宇鹏 大唐国际张家口发电厂 河北张家口 075000

【文章摘要】

简要介绍张家口发电厂1 号机组应用小油枪系统的工作原理，程序控制逻辑和节能效果，给出小油枪程控系统现场注意事项。

【关键词】

小油枪程序控制；节能

随着电力体制的改革以及环境保护的更高要求，机组运行必须有很高的可靠性, 经济性和环保性。锅炉燃烧器的好坏，直接影响机组的安全性、经济性、高效性和环保性要求。为适应今后发电市场需要，降低发电经济成本和环保成本，发电企业对锅炉燃烧器提出了更高的要求。通过改造，一定程度上解决锅炉燃烧器使用效率低，寿命短的问题，使锅炉燃烧器能够适应各种负荷下的燃烧需求。提高锅炉的低负荷稳烧能力，降低大渣含碳量，降低NOX 的排放量，有利于提高燃烧效率， 降低发电煤耗，提高机组的经济性，有利于环境保护。

张家口发电厂1 号机组原点火系统采用大油枪点火控制系统，即机组全炉共布置8 只油枪，总出力相当于40%B-MCR 负荷输入热量，油枪采用简单机械雾化方式，单只油枪出力上下两层分别为1500kg/ h，油枪停运时须后退400mm，点火采用二级点火方式，即高能点火器点燃轻油油枪，再点燃煤粉喷嘴。

锅炉燃烧器采用一二次风间隔布置， 共有六层煤粉燃烧器，从下到上分别是1、2、3、4、5、6 层，大油枪有两层，分别设在1 层燃烧器和4 层燃烧器的下部，独立布置，大油枪的燃油火焰与燃烧器喷出的携带煤粉的一次风风粉混合物距离大，它们很难直接接触。在起炉点火时，大油枪往往要长时间投入，耗油量巨大，才能达到点火的效果。

锅炉在低于40% 额定负荷时，投大油枪助燃，油枪单只出力太大，油煤混烧时间长，耗油量大。

2010 年张家口发电厂1 号机组对锅炉点火系统进行了改造，引入了少油点火稳燃的理念，增加了小油枪程控系统。

1 小油枪点火原理

气化小油枪点火稳燃装置主要由油阀、点火枪、高能点火器、储油罐、火检、控制柜及现场总线等组成，并接入发电机组的燃油系统、压缩空气系统，配合改进的主燃烧器使用。

系统通过现场总线接入DCS 系统。系统运行方式可以采用远方程序控制和就地操作。辅助系统由燃烧器壁温监测、图像火焰监测等系统构成。

气化小油枪燃烧器的工作原理是： 先利用压缩空气的高速射流将燃料油直接击碎，雾化成超细油滴进行燃烧，同时用燃烧产生的热量对燃料进行初期加热，扩容，后期加热，在极短的时间内完成油滴的蒸发气化，使油枪在正常燃烧过程中直接燃烧气体燃料，从而大大提高燃烧效率及火焰温度。气化燃烧后的火焰（刚性极强、其传播速度极快超过声速、火焰呈完全透明状，根部为蓝色，中间及尾部为透明白色），火焰中心温度高达1500 ～ 2000℃，可作为高温火核在煤粉燃烧器内进行直接点燃煤粉燃烧，从而实现电站锅炉启动、停止以及低负荷稳燃。压缩空气主要用于点火时实现燃油雾化、正常燃烧时加速燃油气化及补充前期燃烧需要的氧量；高压风主要用于补充后期加速燃烧所需的氧量。

2 小油枪程序控制简介

2.1 小油枪程序控制原理

小油枪控制系统的基本原理是通过采集现场开关量信号和模拟量信号控制各路电（气）动阀、电磁阀、点火器等按照工作流程要求实现点火操作。控制系统可以按设定好的运行方式，自动安全地完成点火启动操作，既可单独进行点火工作，也可与锅炉主控系统进行通讯实现集中监控。

2.2 小油枪程控系统组成

控制系统由DCS 控制系统、就地气动执行器、现场信号测量元件、高能点火器等几部分组成：

DCS 控制系统是控制系统的核心，远程完成点火过程的程序控制。

就地气动执行器：电磁阀控制压缩空气的通断，压缩空气驱动气缸控制气动球阀开关和点火器进退，点火器用来点燃小油枪，气动球阀用来控制油路、雾化空气通断。

现场信号测量元件实时监测压缩空气及油系统压力，提供系统可以依据的参数，使少油点火系统能够实现最佳的工作状态。系统设计了燃烧器壁温监测、火检装置、工业摄像机，储油罐液位开关，燃油压力变送器等现场信号测量元件能够实时监测系统工作情况，发生故障时，程序将采取必要的保护动作并伴有声光警报信号提示操作人员检查设备以保证系统安全运行。

控制系统设备点火控制装置在炉膛四周布置，分为A、B、C、D 四个角，主要共包括8 个点火器，8 根高压电缆及8 根点火枪构成，4 个油阀，4 个吹扫阀， 1 个储油罐；主控设备包括1 个就地控制柜、自动控制及火检监测柜，控制电缆等；检测设备包括4 个工业摄像机，4 个K 系列热电偶、补偿电缆等；加装暖风器部分气动插板门、电动调节门。

2.3 小油枪程控系统逻辑简介

2.3.1 小油枪程控逻辑原则

小油枪程序控制系统采用远程程序控制和就地单独控制的操作方式，控制系统为独立控制方式，整个控制系统进入发电厂DCS 系统，在FSSS 管理之下。

小油枪程序控制系统油阀、点火枪纳入FSSS 系统，所有控制和保护始终按照“FSSS 保护优先”的原则运行。当小油枪系统的每一设备故障或测点超标时，程控退出，不对FSSS 系统产生影响。

气化小油枪系统纳入MFT 保护逻辑和OFT 保护逻辑中，即所有燃烧切断均包括气化小油枪系统。

2.3.2 小油枪程控逻辑内容

新增小油抢系统进入DCS 系统FSSS4 控制器。全部控制逻辑包括：小油枪层操作允许，

小油枪启程控允许，小油枪运行状态，小油枪连锁跳闸，小油枪运行模式切换，单角小油枪启动程控，单角小油枪停止程控，单角小油枪油阀，单角小油枪点火器，单角小油枪气阀，暖风器入口插板门，总有法允许投切。

单角小油枪程控投入的程序为: 主控发出程控投入指令，同时打开点火器、油阀、气阀，

当气阀、油阀都已打开，并且火检有火时，点火枪退出。小油枪程控投入结束。

单角小油枪程控退出的程序为：主控发出程控退出指令，同时关闭油阀、气阀，当油阀、气阀关反馈回报时，小油枪程控退出结束。

单角小油枪程控投入的允许条件是： 同时满足：远方位，无MFT 条件，无OFT 条件，一台一次风机运行，燃油压力适当， 1 号总油阀允许，2 号总油阀允许。

单角小油枪系统跳闸的条件是：任意223

应用技术

Application Technology

电子制作

满足：该角小油枪灭火，MFT，OFT，两台一次风机全停，燃油压力异常。

暖风器入口插板门跳闸条件：1 号磨煤机跳闸。

储油罐液位保护逻辑：液位高一值时，储油罐进油阀1 关闭；液位高二值时， 储油罐进油阀2 关闭。

2.3.3 小油枪程控系统辅助功能

为便于运行人员实时监测小油枪运行状况，系统提供了4 台工业摄像机，小油枪系统异常硬光字报警，燃烧器壁温， 燃油压力等。

4 台工业摄像机分别布置于油层A、B、C、D 四个角，通过电视机向主控室提供实时清晰的炉膛小油枪火焰电视图像。

小油枪系统硬光字报警在储油罐液位高二值或系统油压大于0.65MPa 时被触发。既能报警角油阀关不严，又能报警储油罐进油阀关不严。

2.4 小油枪程控系统现场简介

小油枪系统布置于锅炉三层，A 层燃烧器旁边。共分为A、B、C、D 四个角。每个角配置两根点火枪，两个高能点火器，2 根高压电缆，1 个油阀，1 个雾化阀，一个火检装置。就地点火控制柜安装在D 角，控制柜上配置有各就地控制按钮和状态指示灯。控制电缆由DCS 与就地控制连接，再由就地控制柜连接到各角设备上。DCS 通过接受就地设备的开关量信号判断就地设备状态，发出程控指令控制小油枪系统的投退。

3 程控系统注意事项

小油枪程控系统的主要任务是点火和稳燃，系统在大多数时间是处于备用状态，要做定期试验，防止系统在恶劣的路侧环境下程控回路和设备元件出现老化而失效。

由于系统采用汽化燃油点火，油枪的喷射口很细，这就要求燃油质量要好，没有杂质，否则易造成油枪堵塞。

点火过程实际上是油枪与点火枪配合的过程，这就要求油枪和投入之后点火枪保持合适的距离，否则会造成“刚打火， 油不着”的现象。

小油枪程控系统就地执行器采用启动控制方式，由于执行器出力较小，气源管较细，冬季低温时气源容易结冰，造成气源管堵塞。这就对压缩空气的质量提出较高要求。

张家口发电厂1 号机组锅炉小油枪程控系统投运以来，少油点火稳燃充分在1 号机组中得以充分利用。原来机组启动过程中，消耗燃油约20 吨左右，改造后每次锅炉点火仅消耗燃油10 吨以内。稳燃耗油量也仅为过去40% 左右。可见，小油枪程控系统在锅炉点火稳燃上的应用在机组节能、环保发面作用明显。

【参考文献】

[1] 高志海，康兴娜，陈浩，等。气化小油枪点火及稳燃技术在双进双出磨煤机直吹式制粉系统的应用 [J]。山东电力科技，2008 （2）。

[2] 樊泉桂，阎维平，等。锅炉原理。中国电力出版社，2006。