孫曉輝（1973－）
男，工程師，大學(xué)本科，主要從事電廠熱工自動(dòng)化。

摘要：本文對(duì)氣化小油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃裝置控制系統(tǒng)進(jìn)行探討, 闡述了氣化小油槍點(diǎn)火系統(tǒng)的主要功能，并對(duì)其組成、工作原理做了詳盡的介紹，最后對(duì)江蘇新海發(fā)電有限公司 #15爐A層4只煤粉燃燒器改造的實(shí)際投運(yùn)情況做了闡述。

關(guān)鍵詞：氣化小油槍點(diǎn)火；控制系統(tǒng)；實(shí)際投運(yùn)

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(guó)社會(huì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力工業(yè)也在迅猛發(fā)展。其中火電占全國(guó)裝機(jī)容量的75.6％。到2007年，隨著新機(jī)組的陸續(xù)投運(yùn)，點(diǎn)火及穩(wěn)燃用油將達(dá)到1000多萬噸；到2020年，我國(guó)燃煤發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量將達(dá)到10億kW。燃油消耗的激增將對(duì)我國(guó)能源安全造成日益嚴(yán)重的影響。因此，控制鍋爐燃油消耗已成為當(dāng)前火電機(jī)組的當(dāng)務(wù)之急。

    氣化小油槍點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)是目前火電機(jī)組大量節(jié)省燃油資源的一種有效手段。江蘇新海發(fā)電有限公司#15機(jī)組在A修期間針對(duì)鍋爐A層4只煤粉燃燒器改為氣化小油槍點(diǎn)火系統(tǒng)。

2 氣化小油槍系統(tǒng)組成

    氣化小油槍點(diǎn)火及穩(wěn)燃裝置由鍋爐燃燒器系統(tǒng)、燃油及壓縮空氣系統(tǒng)、助燃風(fēng)及火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)、控制及保護(hù)系統(tǒng)四大部分組成。

2.1 鍋爐燃燒器系統(tǒng)

    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(diǎn)火穩(wěn)燃燃燒器，即在每只燃燒器內(nèi)各布置一支氣化小油槍。改造不改變一次風(fēng)管走向、假想切圓直徑、支吊架支撐點(diǎn)等，不改變?cè)悍廴紵髋c爐膛的整體相關(guān)設(shè)計(jì)。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(nèi)積油。

2.2 燃油及壓縮空氣系統(tǒng) 

    氣化小油槍用油為0#輕柴油，油管路根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況從大油槍母管引出，單角每支設(shè)計(jì)耗油量（80kg/h）。控制閥門使用氣動(dòng)球閥（或電動(dòng)閥），氣動(dòng)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(tǒng)圖

2.3 助燃風(fēng)及冷卻風(fēng)系統(tǒng)

    助燃風(fēng)為氣化小油槍燃燒助燃用空氣，由風(fēng)機(jī)提供風(fēng)源，引至氣化小油槍燃燒器附近，壓力保證在3000Pa以上。冷卻風(fēng)為氣化小油槍火檢冷卻風(fēng)，使用火檢冷卻風(fēng)。

圖2   助燃風(fēng)系統(tǒng)圖

圖3   冷確風(fēng)系統(tǒng)

2.4 控制及保護(hù)系統(tǒng)

    小油槍控制系統(tǒng)包括點(diǎn)火系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、助燃風(fēng)系統(tǒng)和火檢系統(tǒng)五個(gè)部分；燃油系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)的核心，壓縮空氣系統(tǒng)將槍口噴出的高壓燃油進(jìn)行霧化，點(diǎn)火系統(tǒng)在適當(dāng)時(shí)刻將霧化的燃油點(diǎn)燃，助燃風(fēng)系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)燃油的充分燃燒提供充足的空氣；借助火檢系統(tǒng)，運(yùn)行人員能夠?qū)崟r(shí)、直觀地了解油槍的運(yùn)行情況，另外，利用火檢系統(tǒng)檢測(cè)、反饋的數(shù)據(jù)，通過將小油槍控制系統(tǒng)融入DCS組態(tài)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)燃燒系統(tǒng)的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

3 氣化小油槍系統(tǒng)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(xì)油滴進(jìn)行燃燒，同時(shí)燃油燃燒產(chǎn)生的熱量對(duì)燃料進(jìn)行初期加熱、擴(kuò)容，后期加熱，在極短的時(shí)間內(nèi)完成油滴的蒸發(fā)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(qiáng)、其傳播速度極快超過聲速、火焰呈完全透明狀）根部為藍(lán)色，中間及尾部為透明白色，火焰中心溫度高達(dá)1500～2000℃，可作為高溫火核在煤粉燃燒器內(nèi)進(jìn)行直接點(diǎn)燃煤粉燃燒，從而實(shí)現(xiàn)電站鍋爐啟動(dòng)、停止以及低負(fù)荷穩(wěn)燃。壓縮空氣主要用于點(diǎn)火時(shí)實(shí)現(xiàn)燃油霧化、正常燃燒時(shí)加速燃油氣化及補(bǔ)充前期燃燒需要的氧量；助燃風(fēng)主要用于補(bǔ)充后期加速燃燒所需的氧量。

圖4

4 氣化小油槍控制系統(tǒng)

4.1 氣化小油槍控制系統(tǒng)設(shè)備

4.1.1蓄能器 

    由蓄能罐、兩組氣動(dòng)球閥、三只音叉式液位開關(guān)、一個(gè)壓力調(diào)節(jié)裝置、一塊壓力表組成，是氣化小油槍系統(tǒng)的主要設(shè)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(nèi)的燃油液位由三只音叉式液位開關(guān)控制兩臺(tái)氣動(dòng)球閥實(shí)現(xiàn)上下限控制和超上限控制保護(hù)，以保證為油槍提供充足的燃油。進(jìn)入蓄能器的壓縮空氣主氣路氣壓由壓力調(diào)節(jié)裝置手動(dòng)調(diào)節(jié)，不受控。

4.1.2單角 

    各個(gè)單角的受控設(shè)備由一組油閥(氣動(dòng)球閥)、一組氣閥（電磁閥、壓力開關(guān)）、一臺(tái)點(diǎn)火器組成。另外，通過觀察壁溫監(jiān)測(cè)熱電偶、助燃風(fēng)風(fēng)壓表測(cè)得的參數(shù)，可以從側(cè)面實(shí)時(shí)了解小油槍系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

4.1.3火檢

    系統(tǒng)由攝像機(jī)、火檢信號(hào)強(qiáng)度分析儀（單片機(jī)1）、控制器（單片機(jī)2）組成，是單角控制系統(tǒng)的重要組成部分，它直觀的反映小油槍系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，是整個(gè)控制系統(tǒng)的“眼睛”。

4.2 氣化小油槍控制系統(tǒng)的任務(wù)

    小油槍控制系統(tǒng)主要完成以下四個(gè)方面的控制：點(diǎn)火器控制、氣閥控制、油閥控制，點(diǎn)火及燃燒的自動(dòng)控制。各角油槍獨(dú)立控制，進(jìn)入DCS系統(tǒng)后，由DCS組態(tài)進(jìn)行層起或?qū)油？刂疲⒖梢约{入FSSS管理之下。

    氣化小油槍系統(tǒng)納入FSSS系統(tǒng)后，所有控制和保護(hù)始終按照“FSSS保護(hù)優(yōu)先”的原則運(yùn)行，當(dāng)小油槍系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，不對(duì)FSSS系統(tǒng)產(chǎn)生影響。
氣化小油槍系統(tǒng)納入MFT保護(hù)邏輯中，即所有燃燒切斷均包括氣化小油槍系統(tǒng)。
氣化小油槍是否點(diǎn)火成功由小油槍自帶火檢系統(tǒng)進(jìn)行判斷：小油槍火檢視頻信號(hào)為運(yùn)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：?jiǎn)?dòng)時(shí)先開啟點(diǎn)火器打火，然后開啟油閥，最后開氣閥；退出時(shí)（點(diǎn)火器在此之前已在時(shí)間繼電器控制下退出）首先關(guān)油閥，間隔幾秒鐘后，再關(guān)掉氣閥，以便對(duì)油槍進(jìn)行必要的吹掃，防止意外情況發(fā)生。

4.3.2控制方式和調(diào)整方法

    小油槍控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制的方式有兩種：本地和遠(yuǎn)控。在就地控制柜上通過轉(zhuǎn)換開關(guān)可實(shí)現(xiàn)本地、遠(yuǎn)控方式的轉(zhuǎn)換。本地控制方式可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)啟停點(diǎn)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(shè)備工作狀態(tài)，且可提供設(shè)備狀態(tài)信號(hào)給遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)DCS，通過DCS系統(tǒng)組態(tài)接受遠(yuǎn)程控制指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。下面分別敘述就地、遠(yuǎn)控方式的控制、調(diào)整過程。

    (1)就地控制方式控制、調(diào)整過程

    在就地控制方式下，可以手動(dòng)啟動(dòng)點(diǎn)火器、油閥、氣閥，手動(dòng)停止油閥、氣閥，點(diǎn)火器在時(shí)間繼電器的控制之下，在完成點(diǎn)火任務(wù)后，已經(jīng)自行退出。油槍投入運(yùn)行后，控制柜面板上的火檢指示燈點(diǎn)亮的數(shù)量隨著火焰強(qiáng)度的變化不斷的增加或減少，如果指示燈點(diǎn)亮的數(shù)量低于3個(gè)，則說明油槍運(yùn)行狀態(tài)不佳或者是火檢裝置安裝的位置不合適。

    引起火檢信號(hào)弱的原因如下：

    ●  油槍槍口堵塞導(dǎo)致油不能噴出，或者蓄能器液位控制部分出現(xiàn)故障，致使蓄能器內(nèi)無油；

    ●  油槍和點(diǎn)火槍的相對(duì)安裝位置沒有達(dá)到最佳配合；

    ●  檢測(cè)不到火焰信號(hào)；

    ●  火檢套筒的安裝偏離預(yù)定位置，或者攝象機(jī)光圈和焦距沒有調(diào)整好。這兩個(gè)因素將導(dǎo)致視頻信號(hào)減弱，火檢系統(tǒng)不能真實(shí)地反映油槍的運(yùn)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(zhǎng)短，可判斷出造成火檢信號(hào)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(yùn)行狀態(tài)不佳造成火檢信號(hào)弱，應(yīng)將油槍取出，去除堵塞槍口的雜物，并用壓縮空氣進(jìn)行吹掃，恢復(fù)后重新啟動(dòng)點(diǎn)火器點(diǎn)火；或者在關(guān)閉油閥、氣閥后，調(diào)整好油槍和點(diǎn)火槍的相對(duì)位置，然后，再重新啟動(dòng)油槍點(diǎn)火程序。

    ●  如果通過觀火孔觀察火焰狀態(tài)良好，而火檢信號(hào)比較弱，則說明問題出在攝象機(jī)，應(yīng)調(diào)整攝象機(jī)的位置、光圈和焦距，使其拾取的信號(hào)達(dá)到最強(qiáng)。

    (2)遠(yuǎn)程控制過程

    遠(yuǎn)控方式必須在就地控制方式下將各種被控設(shè)備按照小油槍技術(shù)要求調(diào)整好之后方能進(jìn)行。

    遠(yuǎn)控方式的實(shí)質(zhì)是由DCS向視頻火焰檢測(cè)控制器（主要設(shè)備為單片機(jī)）發(fā)出啟動(dòng)（CS1-CS2指令）或退出（CS3- CS4指令）命令，控制器接收到指令后，根據(jù)指令性質(zhì)執(zhí)行相應(yīng)的內(nèi)部程序，然后控制器輸出相應(yīng)的點(diǎn)火器打火、開氣閥、開油閥或停止點(diǎn)火、關(guān)油閥、關(guān)氣閥的指令。視頻火焰檢測(cè)控制器由火檢信號(hào)強(qiáng)度分析儀、控制器兩部分構(gòu)成，在首次點(diǎn)火過程完成后，火焰檢測(cè)單片機(jī)對(duì)火檢信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行分析比對(duì)，并輸出一個(gè)開關(guān)量給控制器的火檢輸入端，根據(jù)該開關(guān)量的狀態(tài)（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(dòng)點(diǎn)火器的決定（此時(shí)氣閥和油閥由于首次點(diǎn)火過程的控制已處于開狀態(tài)，并且無論油槍是否著火，在控制單片機(jī)或DCS沒有發(fā)出退出指令之前，氣閥和油閥始終處于開狀態(tài)），若輸入信號(hào)為高電平則判斷為燃燒正常，不需要重新點(diǎn)火；若輸入信號(hào)為低電平則判斷為沒有著火，需要重新啟動(dòng)點(diǎn)火裝置進(jìn)行二次點(diǎn)火，如果連續(xù)三次（間隔不超過30秒鐘）點(diǎn)火后，控制器的輸入端還處于斷開狀態(tài)，亦即油槍沒有正常燃燒，則火檢系統(tǒng)判斷為本次點(diǎn)火失敗，發(fā)出點(diǎn)火失敗信號(hào)，小油槍整體退出工作狀態(tài)。如需再次點(diǎn)火，需由DCS重新發(fā)出啟動(dòng)點(diǎn)火指令。

    如果在正常運(yùn)行過程中，小油槍突然滅火，那么火焰檢測(cè)控制器監(jiān)測(cè)到這一信息后則立即啟動(dòng)“開點(diǎn)火器程序”，輸出啟動(dòng)點(diǎn)火器指令，點(diǎn)火器打火，系統(tǒng)重新點(diǎn)火；重復(fù)上述過程。為了保護(hù)高能點(diǎn)火裝置，所以規(guī)定連續(xù)點(diǎn)火次數(shù)不超過三次，因?yàn)辄c(diǎn)火器在點(diǎn)火過程中釋放的高能熱量，使打火裝置、傳輸電纜和點(diǎn)火槍槍頭急劇升溫，持續(xù)高溫容易將其燒毀。

5 氣化小油槍系統(tǒng)的投運(yùn)步驟及實(shí)際情況

5.1 氣化小油槍系統(tǒng)在按照其技術(shù)規(guī)范調(diào)試完成后，要投入運(yùn)行狀態(tài)，投運(yùn)的步驟如下：

    (1) 氣化小油槍在投入運(yùn)行前，首先要啟動(dòng)控制系統(tǒng)，打開1#、2#主油閥，然后開啟主油路一次門、二次門，關(guān)閉單角油路上的手動(dòng)球閥，逐角開啟單角氣動(dòng)球閥，使油充滿單角油管路，重點(diǎn)檢查油路有無泄漏的地方，如有泄漏必須立即處理。

    (2) 啟動(dòng)助燃風(fēng)機(jī)。

    (3) 開啟單角點(diǎn)火器、油閥、氣閥。

    (4) 停止時(shí)，先停油閥，稍后停止氣閥。

5.2 實(shí)際啟動(dòng)情況

    2008年5月14日5：50，接令#15爐點(diǎn)火。

    7：06投入曖風(fēng)器，提高一次風(fēng)溫。

    7：37爐膛出口煙溫224/225℃，空預(yù)器出口二風(fēng)風(fēng)溫78/86℃，啟動(dòng)一次風(fēng)機(jī)，調(diào)整一次風(fēng)母管壓力
7.5kPa，全開助燃風(fēng)總門，調(diào)整各角助燃風(fēng)壓1000Pa左右，穩(wěn)壓罐前壓縮空氣壓力設(shè)在0.6MPa，此時(shí)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(diǎn)火熱工電源跳閘，查系熱工電源塊零線故障，8：44微油點(diǎn)火電源經(jīng)熱工處理好,油表總量10.37噸。

    8：45投用微油點(diǎn)火，#1、4角小油槍現(xiàn)場(chǎng)觀察油槍霧化正常、火焰明亮、剛性強(qiáng)。#2、#3角著火不穩(wěn)定，后退出，檢查發(fā)現(xiàn)小油槍存在堵塞現(xiàn)象，后經(jīng)處理于10：20恢復(fù)正常,油表總量18.82噸。

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

    A磨運(yùn)行參數(shù):

    煤量:15t/h，電流27A，入口一次風(fēng)量:87t/h

    出口風(fēng)速：23.1/23.5/23.2/22.8(m/s)，一次風(fēng)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(yùn)行參數(shù):

    煤量：27t/h，電流27A，入口一次風(fēng)量：90t/h；

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

    從現(xiàn)場(chǎng)著火情況來看，煤粉燃燒較為穩(wěn)定，著火明亮，爐壓無大幅波動(dòng)，油量表累計(jì)值26.48噸。

    10：55汽輪機(jī)掛閘沖轉(zhuǎn)；14：30汽機(jī)滿速；其后進(jìn)行汽機(jī)和電氣度驗(yàn)；18：41機(jī)組并網(wǎng)；18：45啟動(dòng)B磨；退出“微油保護(hù)”。

    22：05停運(yùn)B磨，再次投入“微油保護(hù)”，機(jī)組解列做機(jī)械超速試驗(yàn)。

    23：15機(jī)組并網(wǎng)，相繼啟動(dòng)B、D、E磨。

    15日1：10退油微油運(yùn)行。

    本次機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)共用油36.74噸（油量表）。

6 氣化小油槍系統(tǒng)改造后安全經(jīng)濟(jì)分析

    #15爐微油點(diǎn)火技術(shù)改造后，進(jìn)行了一次冷態(tài)啟動(dòng)，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)全程使用了微油點(diǎn)火技術(shù)，鍋爐燃燒安全、穩(wěn)定，未發(fā)生不安全情況。本次啟動(dòng)實(shí)際用油36.74噸，較以往機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)及試驗(yàn)用油共需90噸相比，實(shí)際節(jié)約燃油53.26噸，約人民幣37萬元（每噸燃油按7000元/噸計(jì)）。如果每年機(jī)組啟動(dòng)四次，年度可節(jié)約用油130噸，約人民幣90萬元。

7 工程建議

    小油槍點(diǎn)火也有失敗之時(shí)，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(diǎn)火器不打火；
   （4）濾網(wǎng)堵塞；
   （5）沒有霧化空氣或壓縮空氣壓力調(diào)整的不合適；
   （6）蓄能器內(nèi)無油，即1#或2#總油閥中有一個(gè)沒有打開；
   （7）助燃風(fēng)壓力沒有調(diào)整合適。

    這就要求運(yùn)行員工盡快熟悉氣化小油槍點(diǎn)火系統(tǒng)的運(yùn)行步驟，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備在啟爐前進(jìn)行認(rèn)真檢查。同時(shí)檢修員工定期清理濾網(wǎng)和槍嘴，并定期清掃攝像機(jī)玻璃罩上的灰塵，保證攝像機(jī)能夠攝取清晰的圖像，并有足夠的冷卻風(fēng)為攝像機(jī)降溫。
　　
參考文獻(xiàn)：

[1]陳立明，吳煜忠. 420t/h鍋爐微油冷爐點(diǎn)火燃燒器的改造. 2004.
[2]姚道遠(yuǎn).小油槍煤粉燃燒器在360t/h鍋爐上的應(yīng)用,2007.