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200MW机组锅炉FSSS监控系统及渣油程控点火研究与应用
发布时间：2013-08-30 08:05 来源：未知
目前，世界范围内油资源日益紧缺，燃油价格不断攀升。为了降低火力发电厂发电成本，利用东北地区渣油资源十分丰富的条件，大庆油田热电厂一直用渣油作为锅炉启动和稳燃的燃料。大庆油田热电厂目前使用的是HC - 670t/h型锅炉，通过试验分析，提出了锅炉FSSS监控系统的改造方案，解决了渣油程控点火问题，提高了电厂的自动化水平，可以节约燃油、提高经济效益，为锅炉安全运行提供保证。
1 、FSSS监控系统的功能及组成
FSSS( Fumace Safeguard Supervisor System)炉膛安全监控系统，是防止锅炉内爆与外爆事故发生的重要保护装置，整套系统由锅炉炉膛保护(FSS)与点火程控(BMS)两部分组成，可以实现锅炉运行全过程监控。在运行期间，当某个危险工况发生时，FSS能引发MFI'（Master Fuel Trip）动作，迅速切断所有送入炉膛的燃料。
FSSS系统由上位机系统、下位机系统、检测装置（主要包括火焰检测系统、炉膛风压开关）及就地点火设备4部分组成。其中上位机系统能完成锅炉运行工况的监控、操作与事故首出原因记忆；下位机系统能完成逻辑运算功能；火焰检测系统能检测炉膛火焰状态，判断火焰有、无。就地点火设备包括就地控制柜、油烧烧装置、点火装置及阀门，BMS系统具有就地与远程两种控制方式，都可以实现程控自动点火，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
油田热电厂启炉燃料为渣油，使用压力机械雾化油枪，烧烧状况不理想，点火方式为人工火把点火，无法实现程控点火，存在较大的安全隐患。
因此，要实现锅炉FSSS监控系统改造，须先
解决渣油程控点火问题。
2、渣油锅炉程控点火现状
目前，电力系统200 MW机组的2.6t/h油枪，没有用渣油直接程控点火，电站锅炉点火使用三级点火或人工火把点火。具备200 MW锅炉的国内各电力公司为了实现程控点火和使用FSSS系统（Fumace Safeguard System锅炉安全保护系统和BCS锅炉燃烧控制系统合起来称为FSSS系统），都把渣油或重油改为轻质柴油。为了解决轻质柴油带来发电成本升高的问题，各大电力公司虽然采取各种措施降低点火和稳燃的燃油消耗，但是，国际原油价格的持续升高，轻质柴油价格升高使发电成本增加是必然的。大庆油田热电厂出于发电成本和安全考虑，一直使用渣油点火和稳燃，不增加点火介质，并在大量分析的基础上，提出了针对该厂实际情况的渣油程控点火改造方案。
3、油田热电厂渣油程控点火方案的确定
渣油燃料是炼油厂常减压渣油和裂化残油等重质成分，粘度大，硫和机械杂质含量高，同时还含有大量非轻烃化合物、胶质和沥青质。渣油的粘度较大，雾化困难，雾化细度就达不到程控点火要求。使用符合200 MW机组锅炉出力的2.6t/h渣油油枪实现自动点火存在很大难度。一般渣油点火采用三级点火方式，即先用高能点火枪点燃液化气（或者轻质柴油），再点燃渣油，最后点燃煤粉，这样的方式结构复杂，安全性较差。
2000年，为了解决雾化和燃烧效率问题，在油田热电厂试验脉冲雾化油枪，经过多次试验，没能从根本上解决渣油雾化和点火问题。
2006年，在该厂试验蒸汽雾化油枪，实现程
控点火。由于该试验需要很高的炉外条件(如燃油温度>120℃，雾化蒸汽压力0.8一1.2 MPa)，油田热电厂机组为单元制，缺少全厂共用的蒸汽联箱，无法满足油枪雾化蒸汽的要求，同时该方案存在无法实现黑启动的重要缺陷，最后试验失败。
2007年，经过系统分析，确定了“两级介质三级点火”的方案，该方案在油田热电厂2号炉5号点火角试验，获得点火1次成功。
4、实现“两级介质三级点火”的方法
根据渣油程控点火的特点，三级点火是在不，增加点火介质情况下，先点燃出力为300kg/h小油枪，然后点燃主油枪，这样就可以实现全程控点火——“两级介质三级点火”。
a.300kg/h的渣油可以实现点火枪前高油
压、高速渣油喷流，实际出油量不多，用简单机械雾化就可以得到较小的雾化颗粒，雾化颗粒小容易点火，燃烧充分。
b．小油枪正常点燃后，可以提高工作油枪周围的环境温度，有利于工作油枪（大油枪）雾化，同时提高其燃烧效率。
c．低负荷稳燃时，只需快速投入工作油枪，不须改变运行方式。
5、油田热电厂2号炉5号点火角试验
5.1技术方案
2号炉5号点火角试验系统由不锈钢就地点火控制柜、就地点火设备、火焰检测器及油温、油压等检测元件构成。油枪采用三级点火方案，即先用高能点火枪点燃点火油枪，再用点火油枪点燃主油枪，最后用主油枪点燃煤粉（如图l所示）。点火油枪、主油枪均配置独立的火焰检测器。在点火角管路系统中设置燃油压力及燃油温度开关，对点火角启动条件进行监视。
系统油角控制采用就地控制方式，在5号点火角设置就地点火控制柜，就地控制柜面板有就地／遥控切换开关，控制柜内装设OMRON PLC．实现就地自动程控点火。当就地控制柜切换至遥控状态时，可通过DCS实现远程自动点火，就地控制柜预留有与DCS电缆连接的端子排接口。为了消除人为影响，点火过程采用PLC程序控制，吹扫时间、油温、油压等限制条件都在点火逻辑程序中设定好，以保证油枪达到思想的雾化效果，提高程控点火成功率。
在方案中设计2个电动推进器（如图2所示），分别推动点火枪，行程为400咖；点火油枪（小油枪）行程为300 mm，主油枪采用陪烧技术，保持固定位置不动，便于锅炉发生故障需要稳燃时，快速投入油枪。
5.2试验过程
2007年6月18日23时，用手动方式点火1次成功，但火焰颜色、形状及燃烧效果不佳。2007年6月19日9时30分，更换大油枪枪头，更换时发现大油枪缩进油枪导管内70一80 mm，说明雾化角没有散开，故燃烧效果不佳。
将大油枪重新定位并固定好，第2次采用自动点火方式启动，1次点火成功。从火焰电视和人孔门观察，火焰的形状及燃烧效果都好于第1次点火，油枪雾化效果较好，升温速率比原先有所提高。
2007年6月19日20时30分，1次自动点火成功；2007年6月20日4时30分，1次自动点火成功。
5.3试验结果
该点火实验表明，在整个实验过程中，无论是手动还是自动点火操作方式都实现了1次点火成功，整套系统运行可靠，火焰的颜色、形状及燃烧效果都好于原来的油枪，油枪燃烧效率高，实现了自动点火，降低了能耗，经济效益良好。
6、油田热电厂FSSS监控系统设计原则
根据油田热电厂的实际情况，FSSS监控系统改造独立于DCS控制系统之外，不但实现锅炉灭火、燃料中断、正负压越限等保护功能，而且渣油程控点火的逻辑也在FSSS控制系统里实现。
6.1锅炉灭火保护现状
油田热电厂灭火保护系统CMZ - 14型锅炉灭火保护装置，该产品定型较早，已在该厂运行IO多年，虽然经过几次改型，但技术已经明显落后，火检处理和保护逻辑判断都集成在一个装置内，可靠性低，曾经发生火检信号处理部分晶体管击穿导致灭火保护误动引发停炉的事故。就地火检探头为外置式，用送风机对管道进行冷却和除灰，由于风量较小，容易引起集灰，造成火焰光柱不亮，这种火检探头只能检测光的强度，无法探测光的频率。
6.2 FSSS系统改造基本原则
a．系统设计时除了考虑完善的自动化功能外，还应该具备完善的程序运行监控、提醒等功能。运行中曾出现程序中途停止，造成300kg/h油枪渣油析碳堵塞故障。
b．FSSS系统输入输出点比较多，全都进入机组主控系统，成本较高，系统比较零乱。油田热电厂的DCS控制系统已经使用8年多，备品备件来源越来越紧张。如果把FSSS系统设计到DCS系统中，投入成本就会明显上升，对保护投资相当不利。
c．FSSS系统采用完全独立于DCS系统之外的方式，采用PROFIBUS通讯方式，设立独立操作员站、独立工程师站。油田热电厂DCS系统如果进行升级改造，只要选择支持PROFIBUS的DCS系统，FSSS系统几乎不用任何投入，就可以接入机组主控系统。
d．在就地布置I/O和操作一体的控制柜，通过PROFIBUS总线连接，实现真正意义上的分布系统，减少电缆投入。
7、结论
利用油田热电厂2号机组大修机会，在2号锅炉5号点火角成功进行了锅炉程控点火试验，验证了采用“以小带大”、“两级介质三级点火”实现渣油程控点火的可行性，可以在使用渣油的同类型锅炉上推广，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料。
