孙晓辉（1973－）
男，工程师，大学本科，主要从事电厂热工自动化。

摘要：本文对气化小油枪点火及稳燃装置控制系统进行探讨, 阐述了气化小油枪点火系统的主要功能，并对其组成、工作原理做了详尽的介绍，最后对江苏新海发电有限公司 #15炉A层4只煤粉燃烧器改造的实际投运情况做了阐述。

关键词：气化小油枪点火；控制系统；实际投运

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

    随着我国社会国民经济的快速发展，电力工业也在迅猛发展。其中火电占全国装机容量的75.6％。到2007年，随着新机组的陆续投运，点火及稳燃用油将达到1000多万吨；到2020年，我国燃煤发电机组装机容量将达到10亿kW。燃油消耗的激增将对我国能源安全造成日益严重的影响。因此，控制锅炉燃油消耗已成为当前火电机组的当务之急。

    气化小油枪点火稳燃技术是目前火电机组大量节省燃油资源的一种有效手段。江苏新海发电有限公司#15机组在A修期间针对锅炉A层4只煤粉燃烧器改为气化小油枪点火系统。

2 气化小油枪系统组成

    气化小油枪点火及稳燃装置由锅炉燃烧器系统、燃油及压缩空气系统、助燃风及火检冷却风系统、控制及保护系统四大部分组成。

2.1 锅炉燃烧器系统

    本次改造将#15锅炉A层四只煤粉燃烧器改造为双气化小油枪点火稳燃燃烧器，即在每只燃烧器内各布置一支气化小油枪。改造不改变一次风管走向、假想切圆直径、支吊架支撑点等，不改变原煤粉燃烧器与炉膛的整体相关设计。小油枪的安装垂直于锅炉喷燃器的中心线，且与喷燃器表面呈3～5°的上倾斜角，防止枪体内积油。

2.2 燃油及压缩空气系统 

    气化小油枪用油为0#轻柴油，油管路根据现场具体情况从大油枪母管引出，单角每支设计耗油量（80kg/h）。控制阀门使用气动球阀（或电动阀），气动球阀用气源引自仪表用压缩空气。压缩空气为小油枪燃烧雾化用气，使用压缩空气气源（检修用压缩空气气源），压力要求0.5mpa以上，压缩空气流量为0.9Nm3/min左右。

图1   燃油及压缩空气总路及单角系统图

2.3 助燃风及冷却风系统

    助燃风为气化小油枪燃烧助燃用空气，由风机提供风源，引至气化小油枪燃烧器附近，压力保证在3000Pa以上。冷却风为气化小油枪火检冷却风，使用火检冷却风。

图2   助燃风系统图

图3   冷确风系统

2.4 控制及保护系统

    小油枪控制系统包括点火系统、压缩空气系统、燃油系统、助燃风系统和火检系统五个部分；燃油系统为整个系统的核心，压缩空气系统将枪口喷出的高压燃油进行雾化，点火系统在适当时刻将雾化的燃油点燃，助燃风系统为实现燃油的充分燃烧提供充足的空气；借助火检系统，运行人员能够实时、直观地了解油枪的运行情况，另外，利用火检系统检测、反馈的数据，通过将小油枪控制系统融入DCS组态，可实现对燃烧系统的远程自动控制。

3 气化小油枪系统工作原理

    气化小油枪的工作原理是：首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，同时燃油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油燃料，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；助燃风主要用于补充后期加速燃烧所需的氧量。

图4

4 气化小油枪控制系统

4.1 气化小油枪控制系统设备

4.1.1蓄能器 

    由蓄能罐、两组气动球阀、三只音叉式液位开关、一个压力调节装置、一块压力表组成，是气化小油枪系统的主要设备之一。

    蓄能器为锅炉各角的小油枪提供高压燃油和雾化用的压缩空气，蓄能器内的燃油液位由三只音叉式液位开关控制两台气动球阀实现上下限控制和超上限控制保护，以保证为油枪提供充足的燃油。进入蓄能器的压缩空气主气路气压由压力调节装置手动调节，不受控。

4.1.2单角 

    各个单角的受控设备由一组油阀(气动球阀)、一组气阀（电磁阀、压力开关）、一台点火器组成。另外，通过观察壁温监测热电偶、助燃风风压表测得的参数，可以从侧面实时了解小油枪系统的运行情况。

4.1.3火检

    系统由摄像机、火检信号强度分析仪（单片机1）、控制器（单片机2）组成，是单角控制系统的重要组成部分，它直观的反映小油枪系统的运行状况，是整个控制系统的“眼睛”。

4.2 气化小油枪控制系统的任务

    小油枪控制系统主要完成以下四个方面的控制：点火器控制、气阀控制、油阀控制，点火及燃烧的自动控制。各角油枪独立控制，进入DCS系统后，由DCS组态进行层起或层停控制，并可以纳入FSSS管理之下。

    气化小油枪系统纳入FSSS系统后，所有控制和保护始终按照“FSSS保护优先”的原则运行，当小油枪系统发生故障时，不对FSSS系统产生影响。
气化小油枪系统纳入MFT保护逻辑中，即所有燃烧切断均包括气化小油枪系统。
气化小油枪是否点火成功由小油枪自带火检系统进行判断：小油枪火检视频信号为运行人员提供直观的视频图象。

4.3 气化小油枪控制逻辑及方式

4.3.1控制逻辑

    其基本控制逻辑为：启动时先开启点火器打火，然后开启油阀，最后开气阀；退出时（点火器在此之前已在时间继电器控制下退出）首先关油阀，间隔几秒钟后，再关掉气阀，以便对油枪进行必要的吹扫，防止意外情况发生。

4.3.2控制方式和调整方法

    小油枪控制系统对设备进行控制的方式有两种：本地和远控。在就地控制柜上通过转换开关可实现本地、远控方式的转换。本地控制方式可以实现手动启停点火器，气阀，油阀，通过就地控制柜上的仪表和指示灯显示出燃烧器火焰燃烧状况和设备工作状态，且可提供设备状态信号给远程控制系统DCS，通过DCS系统组态接受远程控制指令，实现远程监视和控制。下面分别叙述就地、远控方式的控制、调整过程。

    (1)就地控制方式控制、调整过程

    在就地控制方式下，可以手动启动点火器、油阀、气阀，手动停止油阀、气阀，点火器在时间继电器的控制之下，在完成点火任务后，已经自行退出。油枪投入运行后，控制柜面板上的火检指示灯点亮的数量随着火焰强度的变化不断的增加或减少，如果指示灯点亮的数量低于3个，则说明油枪运行状态不佳或者是火检装置安装的位置不合适。

    引起火检信号弱的原因如下：

    ●  油枪枪口堵塞导致油不能喷出，或者蓄能器液位控制部分出现故障，致使蓄能器内无油；

    ●  油枪和点火枪的相对安装位置没有达到最佳配合；

    ●  检测不到火焰信号；

    ●  火检套筒的安装偏离预定位置，或者摄象机光圈和焦距没有调整好。这两个因素将导致视频信号减弱，火检系统不能真实地反映油枪的运行状况。

    解决方法如下：

    通过观火孔观察小油枪在喷燃器出口喷出的火焰的长短，可判断出造成火检信号弱的真正原因；

    ●  如果喷出的火焰过短或者没有火焰喷出，则说明是油枪运行状态不佳造成火检信号弱，应将油枪取出，去除堵塞枪口的杂物，并用压缩空气进行吹扫，恢复后重新启动点火器点火；或者在关闭油阀、气阀后，调整好油枪和点火枪的相对位置，然后，再重新启动油枪点火程序。

    ●  如果通过观火孔观察火焰状态良好，而火检信号比较弱，则说明问题出在摄象机，应调整摄象机的位置、光圈和焦距，使其拾取的信号达到最强。

    (2)远程控制过程

    远控方式必须在就地控制方式下将各种被控设备按照小油枪技术要求调整好之后方能进行。

    远控方式的实质是由DCS向视频火焰检测控制器（主要设备为单片机）发出启动（CS1-CS2指令）或退出（CS3- CS4指令）命令，控制器接收到指令后，根据指令性质执行相应的内部程序，然后控制器输出相应的点火器打火、开气阀、开油阀或停止点火、关油阀、关气阀的指令。视频火焰检测控制器由火检信号强度分析仪、控制器两部分构成，在首次点火过程完成后，火焰检测单片机对火检信号强度进行分析比对，并输出一个开关量给控制器的火检输入端，根据该开关量的状态（闭和则其输入为高电平，断开则其输入为低电平）来判断燃烧状况，作出是否重新启动点火器的决定（此时气阀和油阀由于首次点火过程的控制已处于开状态，并且无论油枪是否着火，在控制单片机或DCS没有发出退出指令之前，气阀和油阀始终处于开状态），若输入信号为高电平则判断为燃烧正常，不需要重新点火；若输入信号为低电平则判断为没有着火，需要重新启动点火装置进行二次点火，如果连续三次（间隔不超过30秒钟）点火后，控制器的输入端还处于断开状态，亦即油枪没有正常燃烧，则火检系统判断为本次点火失败，发出点火失败信号，小油枪整体退出工作状态。如需再次点火，需由DCS重新发出启动点火指令。

    如果在正常运行过程中，小油枪突然灭火，那么火焰检测控制器监测到这一信息后则立即启动“开点火器程序”，输出启动点火器指令，点火器打火，系统重新点火；重复上述过程。为了保护高能点火装置，所以规定连续点火次数不超过三次，因为点火器在点火过程中释放的高能热量，使打火装置、传输电缆和点火枪枪头急剧升温，持续高温容易将其烧毁。

5 气化小油枪系统的投运步骤及实际情况

5.1 气化小油枪系统在按照其技术规范调试完成后，要投入运行状态，投运的步骤如下：

    (1) 气化小油枪在投入运行前，首先要启动控制系统，打开1#、2#主油阀，然后开启主油路一次门、二次门，关闭单角油路上的手动球阀，逐角开启单角气动球阀，使油充满单角油管路，重点检查油路有无泄漏的地方，如有泄漏必须立即处理。

    (2) 启动助燃风机。

    (3) 开启单角点火器、油阀、气阀。

    (4) 停止时，先停油阀，稍后停止气阀。

5.2 实际启动情况

    2008年5月14日5：50，接令#15炉点火。

    7：06投入暧风器，提高一次风温。

    7：37炉膛出口烟温224/225℃，空预器出口二风风温78/86℃，启动一次风机，调整一次风母管压力
7.5kPa，全开助燃风总门，调整各角助燃风压1000Pa左右，稳压罐前压缩空气压力设在0.6MPa，此时油表总量5.70吨。

    8：05投用#1小油枪，着火正常，8：07投用#2小油枪，微油点火热工电源跳闸，查系热工电源块零线故障，8：44微油点火电源经热工处理好,油表总量10.37吨。

    8：45投用微油点火，#1、4角小油枪现场观察油枪雾化正常、火焰明亮、刚性强。#2、#3角着火不稳定，后退出，检查发现小油枪存在堵塞现象，后经处理于10：20恢复正常,油表总量18.82吨。

    10：25炉膛出口烟温421/412℃、热二次风168/195℃、热一次风157/195℃，启动A磨，投入“微油保护”，炉膛压力较为稳定。

    A磨运行参数:

    煤量:15t/h，电流27A，入口一次风量:87t/h

    出口风速：23.1/23.5/23.2/22.8(m/s)，一次风母管压力6.4kPa。

    10：43  退出AA层#4角大油枪；

    10：52  退出AA层#1角大油枪；

    10：59  退出AA层#3角大油枪；

    12：34  退出AA层#2角大油枪。

    在大油枪全部撤出期间，12：34分A磨运行参数:

    煤量：27t/h，电流27A，入口一次风量：90t/h；

    出口风速：25.1/25.5/24.2/23.8(m/s)；一次风母管压力7kPa。

    从现场着火情况来看，煤粉燃烧较为稳定，着火明亮，炉压无大幅波动，油量表累计值26.48吨。

    10：55汽轮机挂闸冲转；14：30汽机满速；其后进行汽机和电气度验；18：41机组并网；18：45启动B磨；退出“微油保护”。

    22：05停运B磨，再次投入“微油保护”，机组解列做机械超速试验。

    23：15机组并网，相继启动B、D、E磨。

    15日1：10退油微油运行。

    本次机组冷态启动共用油36.74吨（油量表）。

6 气化小油枪系统改造后安全经济分析

    #15炉微油点火技术改造后，进行了一次冷态启动，机组启动时全程使用了微油点火技术，锅炉燃烧安全、稳定，未发生不安全情况。本次启动实际用油36.74吨，较以往机组冷态启动及试验用油共需90吨相比，实际节约燃油53.26吨，约人民币37万元（每吨燃油按7000元/吨计）。如果每年机组启动四次，年度可节约用油130吨，约人民币90万元。

7 工程建议

    小油枪点火也有失败之时，其中有以下主要原因：

   （1）油枪枪嘴堵塞；
   （2）单角油阀没有打开；
   （3）点火器不打火；
   （4）滤网堵塞；
   （5）没有雾化空气或压缩空气压力调整的不合适；
   （6）蓄能器内无油，即1#或2#总油阀中有一个没有打开；
   （7）助燃风压力没有调整合适。

    这就要求运行员工尽快熟悉气化小油枪点火系统的运行步骤，并对现场设备在启炉前进行认真检查。同时检修员工定期清理滤网和枪嘴，并定期清扫摄像机玻璃罩上的灰尘，保证摄像机能够摄取清晰的图像，并有足够的冷却风为摄像机降温。
　　
参考文献：

[1]陈立明，吴煜忠. 420t/h锅炉微油冷炉点火燃烧器的改造. 2004.
[2]姚道远.小油枪煤粉燃烧器在360t/h锅炉上的应用,2007.