超临界直流炉燃烧控制系统

超临界直流炉燃烧控制系统

目录

1.超临界直流锅炉基本原理...........................................1

2.超临界直流锅炉的燃烧方式.........................................1

2.1.脉冲燃烧技术.........................................................1

2.2.微油点火技术.........................................................2

3.燃烧控制系统工艺流程.............................................8

4.燃烧控制系统主要任务.............................................9

4.1.概述.................................................................9

4.2.维持主蒸汽压力稳定...................................................9

4.3.控制炉膛出口烟气的含氧量在一定范围内，保证机组燃烧过程的经济性.....9

4.4.维持炉膛压力在正常范围内.............................................9

5.超临界锅炉燃烧控制特点..........................................10

1.超临界直流锅炉基本原理

超临界直流锅炉采用的主要燃烧方式是脉冲燃烧或微油点火等高效、低污染

的技术。

在能源领域，超临界直流锅炉以其高效、环保的特点受到了广泛关注。那么，

超临界直流锅炉究竟采用何种燃烧方式呢？接下来，我们将为您详细解答。

超临界直流锅炉是一种在超临界压力下工作的锅炉，其工作原理是将水加热

至超过临界点（压力22.12MPa,温度374.15团）的状态，此时水与蒸汽的密度

相同，没有汽液界面，形成单一的流体。这种状态下的水在加热过程中不会发生

相变，从而实现了高效传热。

2.超临界直流锅炉的燃烧方式

2.1.脉冲燃烧技术

脉冲燃烧技术是超临界直流锅炉常用的一种燃烧方式。该技术通过控制燃烧

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器内部的脉冲频率和幅度，使燃料在燃烧室内产生强烈的扰动，从而提高燃烧效

率。脉冲燃烧技术具有燃烧稳定、燃烧效率高、污染物排放低等优点，被广泛应

用于超临界直流锅炉中。

脉冲燃烧是当代世界各国研究应用越来越多的非常规燃烧技术。其工作原理

与通常的燃烧器的燃烧原理不同，而类似于内燃机的燃烧。即采用一种间断燃烧

的方式，使用脉宽调制技术，通过调节燃烧时间的通断比实现炉窑的温度控制。

燃料流量可通过压力调整预先设定，烧嘴一旦工作，就处于满负荷状态，保证烧

嘴燃烧时的燃气出口速度不变。当需要升温时，烧嘴燃烧时间加长，间断时间减

少；需要降温时，烧嘴燃烧时间减少，间断时间加长。

在燃烧室中使燃气和空气可燃混合物燃烧，依靠产生的高温烟气的膨胀压力

将烟气排出，由于燃烧室内形成的负压从而吸入新的燃气和空气。然后再由一部

分向燃烧室逆向排入的高温烟气或残存与燃烧室的高温燃烧产物使其着火燃烧，

这样的脉冲燃烧是周期进行的。一个循环周期分为三个过程，即燃烧过程、排气

过程和吸气过程。

1.燃烧过程

供给燃烧室的燃气•空气混合物由前一个周期的高温残存燃烧产物点燃引起

燃烧（最开始用点火器点燃），由于气体膨胀，燃烧室内压力急剧上升。

2.排气过程

由于燃烧室内压力升高，使燃气阀和空气阀关闭，燃烧产物从排气管排出，

排气终了时由于排气的惯性作用，燃烧室的压力降至大气压以下。

3.吸气过程

由于燃烧室内形成负压，使燃气和空气阀打开，燃气和空气被吸入燃烧室，

同时部分燃烧产物从排气管逆向流入燃烧室，将燃气•空气混合物点燃，开始下

一个循环，如此自动地进行下去。

2.2.微油点火技术

微油点火技术是一种低污染、高效的点火方式。在超临界直流锅炉启动阶段,

通过微量的油作为点火源，引燃主燃料进行燃烧。微油点火技术具有点火迅速、

燃烧稳定、污染物排放低等特点，能够有效降低锅炉启动阶段的能耗和污染。

一、微油点火技术概览

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微油量气化燃烧器的工作原理：通过压缩空气的高速喷射，将燃料油击碎并

雾化成微小的油滴。这些油滴在燃烧过程中，利用燃烧产生的热量进行初期加热、

扩容和后期加热，从而实现极短时间内油滴的蒸发气化。这样一来，油枪在正常

工作时，将直接燃烧气体燃料，显著提升燃烧效率和火焰温度。气化后的火焰（见

图一）具有很高的刚性，传播速度超过声速，且呈完全透明状（根部为蓝色，中

间及尾部为透明白色），其中心温度可高达1500〜2000团。这样的高温火焰可

作为点燃煤粉的理想火源，在煤粉燃烧器内直接点燃煤粉，助力电站锅炉的启动、

停止以及低负荷稳燃。在此过程中，压缩空气主要用于燃油雾化，而高压风则用

于补充燃烧所需的氧气。

煤粉燃烧器的工作原理：在煤粉燃烧器内，少油量气化油枪燃烧形成的火焰

产生极大的局部高温，形成温度梯度。当浓相煤粉经过这一高温区域时，其颗粒

温度迅速升高，甚至破裂粉碎.同时，煤粉中大量的挥发份被迅速释放并着火燃

烧。接着，这些己着火的浓相煤粉在二次室内与稀相煤粉混合，进一步点燃稀相

煤粉，实现煤粉的分级燃烧。这一过程逐级放大燃烧能量，有效减少了煤粉燃烧

所需的引燃能量，从而满足锅炉启停及低负荷稳燃的需求。周界冷却二次风的作

用是保护喷口，防止结焦烧损，并为后期燃烧提供必要的氧气。

主要技术参数

少油点火系统燃烧器关键参数如下：

小油枪参数：

燃油压力范围：0.6〜1.2MPa

压缩空气压力范围：0.4〜0.8MPa

压缩空气量：单只0.3Nm3/min

单只小油枪出力（耗油量）：70kg/h

点火装置：采用高能半导体点火

点火能量：0.24KW

油火焰中心温度：16000

点火器工作电压：220V/AC

点火枪使用寿命：工2x105次火花

点火枪气动推进器行程：300mm

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换向电磁阀：单电控（单线圈）220V/AC

油枪火焰检测器：可见光火焰检测装置

火检输出信号：有火/无火（ON/OFF）信号

探头冷却方式：风冷。

少油点火煤粉燃烧器参数：

燃烧器阻力：稳定运行时“OOPa,点火瞬间w600Pa

燃烧器壁温限制：＜6000

燃烧器预计寿命：之6年

最高使用温度：1200回

材质：采用ZG40Cr25Ni9Mn3Nre耐热合金钢。

少油点火技术要求的一次风煤粉浓度范围为0.2〜0.6kg/kg（指进入微油点

火燃烧器入口弯头处的值）c

采用少油点火技术，单台机组在正常冷态启动时，最大耗油量为8吨（不含

风道燃烧器用油），相较于传统大油枪点火方式，节油率高达85%。

二、微油点火系统组成

微油量气化燃烧直接点煤粉燃烧系统由微油量点火系统、煤粉燃烧系统、控

制系统和辅助系统四部分构成。其中，微油量点火系统包含微油量气化油枪、燃

油系统、压缩空气系统、高压风系统和冷炉制粉系统等关键组件。煤粉燃烧系统

则由煤粉浓缩环、点火煤粉燃烧器和周界风冷却系统等组成。控制系统采用DCS

系统和就地控制箱，配合火检保护系统，对点火和送粉过程进行精确控制，确保

锅炉的安全稳定运行。辅助系统则包括壁温监测系统和火焰电视系统，为操作人

员提供实时监控和数据分析功能。

微油量点火系统详解

微油量气化油枪

该油枪由进油管、蒸发管、多级扩容器、喷嘴、进气管及高压自动点火装置

等精心设计而成，具备0.6〜0.8MPa的油压和35〜40kg/h的出力，为煤粉的稳

定燃烧提供有力支持。

燃油系统

燃油总站供油管上接一路作为来油母管，并配备来油总门、两只并列的油过

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滤器及出入口门等设施，同时向四角点火燃烧器分支管道引接，确保供油系统的

稳定性和可靠性。

压缩空气系统

压缩空气母管上安装总门，并引接至四角点火燃烧器分支管道，配备电磁阀、

出入口阀及旁路阀等组件，为点火过程提供必要的压缩空气支持。同时，在气源

最低点处设置低点放水，便于排出管道中的水分，保证压缩空气的质量。

高压风系统（此部分未给出具体细节，可根据实际情况描述或略去）

微油量气化油枪在运行和备用时，需要一路风压为6000Pa、出力2000m3/h

的助燃吹扫风。该路风可由一次风机出口的钢管引出，形成微油量气化燃烧直接

点煤粉燃烧系统的高压风母管。高压风母管的安装位置应接近下一次风管，以确

保风压稳定。在锅炉四角燃烧器处，通过金属软管接头和软管，将高压风引入微

油量气化油枪，为燃烧提供必要支持c

此外，冷炉制粉系统也是关键。考虑到公司燃用的褐煤水分大，磨煤机的干

燥出力要求高，因此采用冷一次风室加小油枪的方式加热冷风，以维持磨煤机出

口风温在150〜170团，满足磨启动条件。

煤粉燃烧系统则由煤粉浓缩器、一次燃烧室、二次燃烧室和周界冷却风等组

成。为确保稳定燃烧，安装了10套微油量点火及稳燃技术燃烧器，它们位于最

下层一次风喷口处，既作为点火燃烧器使用，也作为主燃烧器使用。

微油点火煤粉燃烧器采用特殊结构设计，通过一次风管弯转角度和中心浓淡

分离装置，保证一级燃烧室具有较高的煤粉浓度。利用双筒结构，部分煤粉被推

至燃烧器出口，实现在炉膛内的充分燃烧。

燃烧器内部结构包括油燃烧器、中心筒一级燃烧室、内套筒二级燃烧室和外

套筒等部分。高温油火焰与浓缩后的含粉气流在中心筒一级燃烧室发生强烈反应,

煤粉裂解并点燃。挥发分及煤粉在二级燃烧室内缓续燃烧，并通过外套筒的高速

含粉气流进行冷却和推入炉膛。这种分级燃烧的方式，不仅提高了燃烧效率，还

确保了锅炉的安全稳定运行。

2.控制及监测系统

图像火焰监视系统

该系统由图像监视探头、视频复合电缆、九画面分割器及探头冷却风等组成，

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旨在实时监控微油点火煤粉火焰的状态。每套燃烧器均配备一只带CCD摄像机

的监视探头，其采集的视频信号经处理后，通过22寸LCD显示屏呈现给运行人

员，从而直观地反映每只燃烧器的燃烧状况。为确保监视探头的安全，特别引接

了炉膛火检冷却风进行保护。

燃烧器壁温在线监测系统

该系统通过在一级和二级燃烧室出口部位外壁安装热电偶，实时监测燃烧器

的壁温。热电偶将温度信号传输至控制系统，并在DCS画面上显示，以便运行人

员及时调整风粉参数，防止燃烧器因超温而受损。

三、微油点火系统启动流程

启动前检查

在启动微油点火系统前，必须确保锅炉、磨煤机等设备已恢复至正常状态,

各项参数满足点火要求.同时，还需对燃油泵、微油点火燃油母管等关键设备进

行检查和调试，确保油路畅通、油压稳定。此外，辅助蒸汽联箱、空预器吹灰装

置等也需处于良好备用状态。

正常启动步骤

在完成启动前检查后，按照正常启动步骤进行操作。首先，锅炉上水至冷态

冲洗完毕；接着，启动引、送风机进行炉膛吹扫；最后，按照预设逻辑启动微油

点火系统，逐步建立燃烧过程。在整个启动过程中，需密切关注各项参数的变化，

确保系统的安全稳定运行。

将F磨煤机由“正常运行方式”切换至“微油点火方式”，并相应取消全炉膛灭

火保护措施。

启动密封风机，建立磨煤机风道，并开启煤粉管路的挡板门和冷风门。

请求值长启动两台一次风机，进行升压操作。随后，对F磨煤机进行通风,

确保通风量满足启动条件，并吹扫五分钟以彻底清除一次风管内的残氽煤粉。同

时，需保持一次风速在20〜26m/s的范围内。

启动冷炉热风加热系统，对磨煤机进行预热。然后，按照微油点火程序逐步

投入#1、#2、#3、#4、#5角的微油量气化油枪，弃通过图像火检观察着火情况。

当磨煤机出口温度达到65加寸，启动磨煤机和给煤机。

逐渐增加磨煤机煤量至22T/H,并通过图像火检和就地看火孔检查监视煤

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粉着火情况，同时密切监视炉膛压力变化。

根据炉内燃烧情况，适时调整各项参数，进行升温升压操作。

当磨煤机入口风温达到200回以上时，可以停止冷风加热系统。

根据需要，逐步投入其他磨煤机进行运行。

微油点火正常监视及注意事项

密切监视炉内燃烧状况，发现炉内燃烧恶化或炉膛负压波动达到±1.0KPa时,

应立即停止磨煤机运行，进行炉膛吹扫，并查明原因后方可重新启动。

注意监视启动分离器内、外壁温差及上下温差变化情况，确保温差不超过

3O0o同时，也要监视对流受热面壁温变化，防止超温现象的发生。

加强对磨煤机的电流、出口温度、内部压力、入口风温及一次风量的监视，

以避免磨煤机压煤现象的发生。

若任意一个角点火器长时间无法投入运行，应请示停止使用微油点火进行锅

炉点火操作。

磨煤机跳闸后，应立即自动停止微油加热油枪运行，并关闭燃油关断阀。

在锅炉滑停过程中，需确保磨煤机内的煤粉三抽净后再停磨煤机和小油枪，

且小油枪停止10分钟后才停止一次风。同时，要加大风量进行一次风管的吹扫，

以避免煤粉在一次风管内存积。

若在油阀开启后，油阀后压力和点火器正常但小油枪不着火，可能是油喷嘴

堵塞所致。此时，需走油喷嘴进行清洗后方可重新投入运行。

确保火检探头保持清洁，并具备充足的冷却吹扫风。

在启动空气加热装置之前，必须先向风道内通入冷风。

在小油量气化油枪运行时，需密切关注油压变化。若母管阀后油压低于

1.3MPa或角后油压低于l.OMPa,可能表明油过滤器部分堵塞，此时应切换至备

用油枪，并对堵塞的油过流器进行清理或更换滤芯。

微油点火装置投运时，应持续监视微油点火燃烧器壁温，并做好记录。一旦

燃烧器壁温超过6000,或壁温在500目以上且上升迅速，需立即采取措施降低壁

温，如降低磨煤机出力、增加磨入口风量、减小小油枪出力、增大旁路风挡板开

度等。若壁温达到800目，应立即停止该燃烧器并进行检查。

当锅炉负荷降至最低稳燃负荷时，应逐步停止微油枪的运行，让微油燃烧器

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转为主燃烧器，以防止燃烧器因高温而结焦。

若在磨煤机“微油方式”运行时，微油点火器中的一只发生熄火，需注意F磨

煤机对应的出口煤闸门会自动关闭。此时，检修维护人员应迅速查明点火器熄火

原因，如油滤网或雾化压缩空气滤网堵塞，应立即更换并重启备用微油点火器。

依据厂家建议，定期启动空预器吹灰程序。

确认燃烧稳定后，依次投入电除尘电场。

采取必要措施预防爆燃事件的发生。

3.燃烧控制系统工艺流程

火电厂超临界机组是一个整体，它的主要设备包括了锅炉、汽轮机和发电机

三大部分。其中锅炉是主要能量转换设备，是整个电厂系统的能源动力来源。锅

炉让原煤在给煤机作用下进入磨煤机研磨，再配合空气在炉膛内进行燃烧，释放

出热量，这些释放的热量可使炉内的水加热、蒸发，到达过热条件时水转化为具

有一定质量和压力的高温过热蒸汽，这些蒸汽进入之后的汽轮机内进行做功，所

以在锅炉内部把燃料的化学能转变成了过热蒸汽的热能。

火电厂超临界机组的燃烧过程是一个庞大而复杂的物理化学过程，整个燃烧

过程需要很多子系统的共同运作，例如：制粉系统、风烟系统、除灰系统和汽水

系统等等。虽然机组的燃烧过程是庞大而复杂的，但是整个燃烧过程实质上可以

简化的看作为煤质、空气和水这三种工质的流动过程。

原煤仓内的煤块在给煤机的作用下进入磨煤机内部进行干燥和研磨成为煤

粉，之后经过粗粉分离器的筛选，合格的煤粉在冷热一次风的作用下被输送进入

炉膛，最后配合暖二次风进行燃烧发热。燃烧过程的空气分为两股，一股是一次

风；另一股是二次风。一次风在一次风机的作用下进入，一次风又分为两剖分,

一部分经过空气预热器的加热，而另一部分不经过空气预热器进行加热，两部分

在磨煤机入口汇合进入磨煤机于燥和输送煤粉进入炉膛。二次风在送风机的作用

下进入，经过空气预热器加热之后直接进入炉膛辅助燃烧。在炉膛内完成燃烧产

生的烟气向上流动，传热给省煤器、水冷壁、汽水分离器和再热器等各受热面中

的工质水和蒸汽，之后即将离开热回收区的烟气流经空气预热器加热刚进入锅炉

系统的冷一次风和冷二次风，之后在引风机的作用下经过环保处理送进烟囱，排

入大气」

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在给水泵的输送下，工质水依次经过省煤器、水冷壁、汽水分离器和过热器

加热形成为高温高压的过热蒸汽，最后这一定温度和压力的过热蒸汽在汽轮机内

进行做功。

4.燃烧控制系统主要任务

4.1.概述

由机组复杂的燃烧过程可以看出火电厂超临界机组燃烧控制系统是一个存

在着大时延、非线性、强干扰和强耦合的系统，其控制的基本任务是通过调节进

入锅炉炉膛的煤粉量来控制其燃烧所产生的热量，加热给水，使之转变成具有一

定温度和压力的蒸汽来满足汽轮机负荷的需求；同时能够使得进入炉膛的燃料充

分燃烧，并保证锅炉安全经济运行。火电厂超临界机组燃烧控制系统的基本任务

又可归纳为以下三个子任务：

4.2.维持主蒸汽压力稳定

维持主蒸汽压力的稳定是机组燃烧控制系统的首要任务。主蒸汽压力的稳定

与否是超临界机组燃料燃烧产生热量与汽轮机做功所需能量两者供需是否平衡

的标志。而且，主蒸汽压力是否稳定还会直接影响到机组锅炉设备的使用寿命和

所需煤耗等经济效益，以及高温高压的过热蒸汽严重会关系到锅炉设备的安全运

行。

4.3.控制炉膛出口烟气的含氧量在一定范围内，保证机组燃烧

过程的经济性

保证机组燃烧过程的经济性就是要保证机组燃烧过程保持在一个最佳的状

态下进行。由于机组燃烧过程的复杂，燃