1000MW超超临界机组微油点火系统的应用.pdf

2 0 0 9 年第 6 期 上海 电力 1 0 0 0 mw 超超临界机组微油点火系统的应用 沈建峰 ，祝建飞 ，方 炯 ( 华东电力试验研究院有限公司， 上海 2 0 0 4 3 7 ) 摘要 ： 微油点火技术解决 了火电站锅炉在启停 时燃油消耗量 大的问题 ， 以确保 锅炉在低 负荷 下稳定燃烧 。 文章介绍 了上海上 电漕泾电厂 1 0 0 0 mw 超超临界火 电机组中微油点火系统及其工作原理 ， 并对微油点火 系 统 的控 制 方 案 以及 涉及 到 炉 膛 安 全 监控 系统 ( f s s s ) 中的 相 关 逻 辑进 行 了分 析 。 关键 词 ： 超超 临 界 机 组 ； 微 油 点 火 ； 控 制方 案 中图分类号 ： tm6 2 1 2 文献标识码 ： b l 引 言 大型火 电站锅 炉 一般 采用 二 级 点火 方 式 ， 首 先 用轻油点 火 。 再利 用点燃 的轻油引燃 煤粉 ， 采用 这 种方式 的锅炉燃 油 量 较大 ， 尤 其 对 于新 建机 组 在调 试期 间 ， 需要频 繁启停 ， 锅 炉点火 和稳燃 用油 量 很大 ， 造成 能源 的极大浪费 ， 同时也 增加 了电厂 生产成本 ， 因此 已成 为 电厂节 能降耗 工作 的重 点 。 上 电漕 泾 发 电 有 限 公 司 的 2台 超 超 临 界 机 组 ， 应用 国内先进 的微油点火 及稳燃技 术 ， 为 锅炉 启动和低 负荷稳燃 节 约 了大 量燃 油 ， 不 但 降低 了 发电成本 ， 同时也 达 到 了节 能减 排 及保 护环 境 的 目的 。然 而 ， 机组应 用 了微 油点火 系统后 ， 系统 的 改变和运行 方式 的改 变都需要 控制逻 辑进行 相应 的变化来适 应 。本 文通过对 微油点火 技术 的原理 和系统构成 的介 绍 ， 重点 对 机组 应 用微 油 点火 系 统后相关 控 制 逻 辑 的设 计 和优 化 进 行 分 析 和 说 明 。 2 锅炉本体和燃烧 系统 该锅 炉为上海 锅炉 厂有 限责任公 司生产 的超 超临界变 压运行螺旋 管圈水 冷壁直 流炉 ， 单炉 膛 、 一 次 中 间再 热 、 采 用 4角 切 圆燃 烧 方 式 、 平 衡 通 风 、 固态排 渣 、 全 钢悬 吊结构 、 塔式 、 露 天布 置 。锅 炉的最 大连 续 蒸 发 量 为 2 9 5 6 t h ， 主 汽 压 力 为 2 7 5 6 mp a ， 主汽温度 为 6 0 5 ， 再 热蒸 汽流 量为 2 4 4 8 t h ， 再 热汽 压力 为 6 0 mp a ， 再 热蒸 汽温 度为 6 0 3 。 锅炉的燃烧 系统采 用引进 al s t om 技 术 的 低 no 切 向燃 烧 系 统 ( l nt f s tm ) ， 具 有 燃 烧 效率 高 、 热力 特性 稳定 和 排放 低 等 特点 。锅 炉采 用典型 的 l ntf s i i i 燃 烧 器 布 置 ， 一 共 设 有 1 2 层煤粉 喷嘴 ， 在煤 粉喷嘴 四周布置有 燃料 风( 周界 风) 。燃 烧器风 箱分成独 立的 4组 ， 下面 3组风箱 各有 4层煤粉喷 嘴 ， 分别 对应 2台磨煤机 ， 在每相 邻 2 层 煤粉 喷 嘴 之 间 布 置 有 1 层 燃 油辅 助 风 喷 嘴 。每 相邻 2 层 煤粉喷 嘴的上方 布置 1 个组 合喷 嘴 ， 其 中预置水 平 偏 角 的辅 助 风 喷嘴 ( c f s ) 和直 吹风喷 嘴 各 占约 5 0 出 口流通 面积 。最 上 面 1 组风箱 为 s o f a 风 箱 。该燃 烧 系统 采 用 6台 中 速磨煤 机 ， 磨煤 机 出 口的 4根煤 粉 管 道在 燃烧 器 前通过 一个 1 分 2的分 配器 ， 分成 8根煤 粉管道 ， 进入 4个角燃烧 器 的 2层煤粉喷 嘴 中_ 1 一 。 3微 油点 火 技 术 3 1 微 油点火 原理 微 油点火利 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 容及 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 。 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 。周界冷却 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 2 。 微 油点火燃 烧器示 意 图如 图 1 所示 。 3 2微油 点火 系统 锅炉燃烧 器 的布置从下 到上 依 次为 a、 b、 c、 d、 e、 f， 其 中微 油点火燃 烧 器安 装在 b层 ， b层 4 个 角共 8只煤 粉燃 烧 器 ， 每 只煤 粉燃 烧 器 中布 置 一 431一一 上 海 电力 2 0 0 9 年第6 期 ! 一 ； _ - - -l 图 1 微 油 点 火燃 烧 器 结 构 有一根 出力为 8 0 k g h的微 油 枪 ， 共 8根 。通 过 高能点火 器点燃 微 油 枪后 ， 在 燃 烧 器 中直 接点 燃 煤粉实现 锅炉点 火过程 。 微油 点火系 统包 括 燃 油 系统 、 高 能 气化 小 油 枪系统 、 高压助燃 风 系统 、 磨煤 机热 风蒸汽加 热系 统 、 压缩 空 气 系统 、 壁 温监 测 系统 、 火检 探 头及 火 焰 电视 、 高压冷却 风 以及 控制 系统 ， 控 制系统 能实 现分散控 制系统 ( d c s ) 操作 以及 就地操 作 1 。其 辅助系统 主要有 以下 3个 系统 组成 。 ( 1 ) 燃油及压 缩 空气 系统l_ 1 微油 小油枪燃 油根据 现场具 体位 置从燃 油母 管引 出 ， 油 主路 上 安装 1台油流 量计 。整 套安 装 设 备装有 截止 阀、 手动球 阀 、 气 动球 阀 、 油过 滤器 、 稳 压蓄能装 置等 。 为 了保证气 化 小油 枪 用 油 品质 ， 油 系 统 中设 有过滤器 ， 去 除油 中的 污物 及 杂质 。为 了确保 油 压的稳定 ， 油系统 中设有 稳压 蓄能装 置 ， 炉前 油母 管 的油 经 过 稳 压 蓄 能 装 置 后 ， 油 压 减 为 0 5 0 7 mp a ， 以满 足 气 化 小 油 枪 用 油 压 力 的要 求 。 所设置 的稳压 蓄能 装 置 ， 比使 用 调 节 阀减 压 的方 式稳定且 可靠 ， 炉前油 压如有 波动 ， 对稳压 蓄能装 置后 的油压无任 何 影 响 ， 从 而确 保 了气 化 小 油枪 的性能稳 定 。 小油枪燃烧雾化压缩空气使用电厂仪用压缩 空气 。 ( 2 ) 助燃风及 火检 冷却 风 系统 _ 1 助燃 风为补 充气化 小油枪 燃烧 用空气 。助燃 风从一 次风风 机 出 口冷 风道 引 出管路 ， 环 炉膛 布 置一 u 型母管 ， 再用管 路 引至锅炉 4角 b磨 煤机 对应 的 2层燃烧 器 附近 ， 由金 属 软 管与 气 化小 油 枪燃烧筒连接 。气化小油枪燃烧筒入 口压力为 1 k p a 左 右 ， 单 只 油 枪 风 量 在 标 准 工 况 下 为 8 0 0 it i 。 h左 右 。气化 小油枪 停运后 ， 可适 当调小 助燃 风母管 压力 ， 保 持 各 角 支 管 风压 在 5 0 0 p a左 右 ， 一 432一 一 截 阀调节阀 i l 一i 2 0 0 9 年第6 期 上 海 电力 成功 ( 油 阀 、 气 阀 保持 ) l 若 1 5 s内火焰 检 测 不 成 功 ， 微 油点火 系统进入停 止步序 。 4 1 3微油点 火系统停 止步骤 ( 1 ) 关油 阀 ； ( 2 ) 停点火枪 ； ( 3 ) 延时 2 0 s 关雾化气 阀 。 4 2 微 油点火模 式设计 为 了保证锅 炉燃烧 安全 ， 在 微油点 火系统 中 ， 相应增 加 了微油 系统控制 逻辑及 “ 微油模 式” 投退 逻辑 ， 以适应“ 微 油模 式” 下 系统 控 制 的需 要 。因 为投入 微油系 统后 ， 相 应磨 煤 机 的点 火 能量 及 跳 闸条件 等会有 所变化 。 将 微油枪 作 为锅 炉 启 炉 和 低 负 荷 稳 燃 的 油 枪 ， 其 点火模式 是 ： 当锅 炉无燃烧 器运行 或者锅 炉 有火且 锅炉负荷 小于 3 5 时 ， 只要 满足 其 中任 一 条件 ，自动 投 入微 油模 式 ， 也 可 由运 行 人员 选 择 微油模 式 。 当满足至 少 3台磨 煤机运行 且锅炉 负荷大 于 3 5 时 ， 自动退 出微油模 式 ， 也 可 由运行 人员选 择 退 出微 油模式 。 4 3 磨 煤机点 火能量 进 入微油点 火模式 后 ， 原先 相邻 的 a、 c磨 煤 机 的点 火 能量 及 b磨 煤 机 的点 火 能 量逻 辑 会 有 所变化 。退 出微油 模 式后 ， 则 回到原 先 的常 规 点 火能量 逻辑 。 在 纯微油 点火 模式 下 ， 必须 8根 微油 枪 全 部 点火成 功 ， b磨煤机 才具 备点 火 能量 。此 时 ， 当 b 磨煤机 的其他 启动条 件 均满 足 时 ， 可 以启 动 b磨 煤机 ， 然后启 动 b给煤 机 。当微 油系 统 的 8根 油 枪不能 全部点火 成 功 ， 但 能 够 点火 成 功 6根 以上 时 ， 需 增加轻油 枪辅助 ， 即混合 点火方式 。具体 为 8支微油枪 大 于或 等 于 6支 存 在 ， 并 且 每 个 角 2 个微油 枪 同时 存 在或 同 角 大油 枪 存在 ， b磨 煤 机 才具备 点火能 量 。 在微油点 火 模 式 下 ， 当 b磨 煤 机运 行 后 ， 若 有非 同 2 支 以上微油燃 烧器熄 火且 同角相临 大 油枪 未运行 ， 则 会 关 磨 煤 机 对 应 出 口 门 ， 导 致 b 磨煤机 跳 闸。 在锅炉负 荷 小 于 3 0 区域 内 ， 再 分 成 两段 ： 锅炉 负荷大 于 1 0 和 小 于 1 0 。锅 炉 负荷 大 于 1 o ， 微油火检 不联锁 相应 的磨 煤栅 出 口门。 在 微油点 火 模 式 下 ， 锅 炉 负荷 大 于 1 0 时 ， 当 b磨煤机 运 行后 且 b磨 煤 机 常规 点 火 能 量 未 满 足 ， 若仅 有 1 组 微 油燃 烧 器熄 火 且 相对 应 的角 的煤火检 信号也 未 到 ， 且 同角 相 i临大 油枪 油 火检 信 号未到 ， 3 个 信号 同时未 到 ， 则 关 闭 同角磨煤 机 出 口门 ， 同时重新 启动对 应微油燃 烧器 ， 启 动该角 对 应大油 枪 。4 0 s后 ， 若微 油 燃烧 器 或大 油枪 启 动成 动 ， 则 自动打 开 同角磨 煤机 出 口门 ； 反 之 ， 跳 磨 煤机 b。 在微 油点 火 模式 下 ， 锅 炉 负荷 小 于 1 0 时 ， 当 b磨 煤 机 运 行 后 ， 若 仅 有 1组 微 油 燃 烧 器 熄 火 ， 且 同角相 临大油枪油 火检 信号 未 到 ， 2个 信号 同时未 到 ， 则关 闭同角磨煤 机 出 口门 ， 同时重新启 动对应微 油 燃烧 器 ， 启 动 该 角对 应 大油 枪 。4 0 s 后 ， 若微 油燃烧器 或大油枪 启动成 动 ， 自动 打开 同 角磨煤机 出 口门 ； 反之 ， 跳 b磨 煤机 。 当 b磨煤 机给煤量 大于 4 2 t h后 ， a、 c磨煤 机具备 点火能量 ， 可 以启 动 。当 b 、 c磨煤 机运行 后 ， 并且 总煤 量大 于 1 0 7 t h ( 3 0 燃 料 量 ) ， d磨 煤 机具备 点火条 件 。依 次类 推 ， 进 行 e、 f磨 煤机 的点火 。 停 炉时 ， 正 常停磨煤 机顺序 为从上 到下 ， 当超 过 3台磨 煤 机 运 行 、 燃 料 量 大 于 1 2 5 t h ( 3 5 ) 时 ， 依次从 f磨 煤机 往 下停 。当剩 下 3台磨 煤机 时 ( 通 常情 况下 为 b、 c 、 d磨 煤机) ， 需 要先投 运微 油 点火模 式 ， 将 8根微 油 枪点 好 ， 并 且需 b、 c磨 煤 机总燃 料量 大 于 8 5 t h ， b磨 煤 机磨 煤 量 大 于 4 2 t h时 ， 停 d磨 煤机 。保持 b磨煤 机 的磨 煤量 大于 4 2 t h ， 停 c磨 煤 机 。最后 停 b磨 煤 机 ， 再 停 微油 系统 。 4 4 mf t保 护 主燃 料跳 闸 ( mf t) 是 锅 炉安 全 保 护 的 核心 内容 ， 是 f s s s系 统 中最 重要 的安 全 功 能 。在 出 现任何危 及锅炉 安全运行 的危 险工况时 ， mf t动 作 将快 速切断 所有 进 入炉 膛 的燃 料 ， 即切 断 所有 油 ( 包括微 油 系统 ) 和煤 的输入 ， 以保证锅 炉安全 ， 避免事故 发生 或限制事 故进一 步扩大 。 微油 点 火 系统 控 制 始 终 遵 循 “ f s s s系统 优 先原则 ” ， 微油点 火系统 以子 系统方 式 纳入 “ f s s s 系统” ， mf t信 号需 闭锁 微油点 火系统启 动 。 不 在微油 点火 模式 时 ， 锅 炉点 火 后 ， 油 、 煤燃 料 一旦 全部失 去 ， 立 即触发“ 全燃 料丧 失” 信号 ， 锅 炉 mft。 在微 油点火模 式下 ， 当所有 给煤机全停 ， 所有 大油枪 未启动 时 ， 需根 据当时微 油枪点 火情况判 一 433 上 海 电力 2 0 0 9 年第6 期 1 0 0 0 mw 超超临界机组高压旁路系统压力控制 邸真珍 ( 上海外 高桥第三发电有限责任公 司， 上海2 0 0 1 3 7 ) 摘要： 上海外 高 桥第 三 发 电有 限责 任公 司 超超 l临界 机组 所 使 用 的 1 0 0 高压 旁 路 是 引起 德 国 西 门子 t p 3 0 0 0旁路控制系统 ， 文章介绍 了 1 0 0 高压旁路 系统 的作 用 ， 并 从控 制的角 度出发 ， 阐述 了高压旁 路系统 在启 动过程 中所经历的几个 阶段 以及在正常运行 中的控制方法 ， 同时还介绍了作为 1 0 0 高压旁路系统所具 有的快开功能 ， 并给 出了旁路控 制逻辑 的粗略组态图 ， 以供同行借鉴 。 关键词 ： 超超临界机组 ； 旁路控制 ； 快开 ； 火电机组 中图分类号 ： tm2 3 3 7 文献标识码 ： a l 引言 目前 ， 国 内兴建 的 1 0 0 0 mw 超 超 临界 火 电 机组 项 目， 随着机组 容量 的大幅度 提升 ， 在设 备 配 置 、 设 计理 念 以及 控 制 策 略 等方 面与 先 前 的 6 0 0 mw 甚 至 9 0 0 mw 机组 有所不 同 。 上海外 高桥第 三 发 电有 限责 任公 司( 下 称 外 三厂 ) 2台 1 0 0 0 mw 机 组 ， 分 别 于 2 0 0 8年 3月 2 6日与 6月 7日通过 1 6 8 h转入 商业运 行 。其 锅 炉为上 海锅 炉 厂 引 进 al s t om 技 术 生产 ， 汽 机 为上 海汽轮 机 厂 引进 s i e me n s技 术 生 产 ， 高 低 压旁 路 使 用 德 国 b op p &re uthe r 厂 家 提 供 的阀 门组 ， 包 括油 站 及 部分 控 制 逻辑 。油 站 由就 地可编程逻辑控制( p l c ) 控制 ， 旁路 阀门组的压 力和喷水调节控制 ， 则 由西门子 t3 0 0 0旁路控制 系统实 现 。 2高压 旁路 系统 外 三 厂 采 用 的德 国 b o p p&r e uthe r 旁 路 阀 门组 ， 分 4组 共 1 2只 阀门 ， 每组 旁 路有 压力 控制 阀 、 温度 控制 阀以及 喷水 隔绝 门各 1只 。每 只压力控 制 阀 的最 大通 流 量 为 阀 门全 开 ( vwo) 工况 下 的 锅 炉 主 蒸 汽 流 量 的 2 5 ， 4只 即 为 1 0 0 oa通 流量 。安装在 炉侧 过热器 出 口处 ， 同时具 断是 否触发 mf t。当微 油 火检 4个 角 同角 至 少 有一个 存在 ， 且有 6支或 6支 以上油枪有 火时 ， 闭 锁 mf t保护动 作 。同角 2个微 油 火检 都失 去 或 总数 小 于 6个 火 检 时 ， 锅 炉 全 燃 料 丧 失 ， 触 发 m ft。 5 结 语 1 0 0 0 mw 超 超 临界 机组 锅炉 用 油 量 巨 大 ， 特