煤粉鍋爐煤氣摻燒改造中火焰檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

于曉輝，司瑞才，刁云鵬

(1.吉林電力股份有限公司二道江發(fā)電公司，吉林 通化 134003;2.國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長(zhǎng)春 130021;3，國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司，長(zhǎng)春 130021))

隨著國(guó)家環(huán)保要求的提高、監(jiān)管力度的加強(qiáng)，排污費(fèi)用日漸提高，火力發(fā)電廠為了減少污染物排放量，降低企業(yè)成本，根據(jù)具體情況采取不同措施以求可持續(xù)發(fā)展。吉林電力股份有限公司二道江發(fā)電公司(以下簡(jiǎn)稱二道江發(fā)電公司)鄰近通化鋼鐵公司，可以就近利用該公司的煤氣，減少發(fā)電燃煤量從而減少煙氣污染物排放量，保護(hù)大氣環(huán)境。以下對(duì)該公司粉鍋爐摻燒煤氣改造項(xiàng)目及火焰檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 機(jī)組概況

二道江發(fā)電公司現(xiàn)有4臺(tái)燃煤機(jī)組，總裝機(jī)容量為600 MW。其中 7、8號(hào)機(jī)組單機(jī)容量為100 MW，鍋爐蒸發(fā)量為410 t/h，采用四角切圓燃燒方式，燃燒器按照3層粉1層油布置，共12個(gè)煤粉燃燒器和4根重柴油點(diǎn)火槍，1、2號(hào)機(jī)組單機(jī)容量為200 MW，鍋爐蒸發(fā)量為670 t/h，同樣采用四角切圓燃燒方式，燃燒器按照4層粉2層油布置，共配置16個(gè)煤粉燃燒器和8個(gè)油燃燒器。

根據(jù)通化鋼鐵公司當(dāng)前可提供的焦?fàn)t煤氣和高爐煤氣量和未來(lái)氣量的變化情況，二道江發(fā)電公司煤粉爐摻燒煤氣工程共涉及4臺(tái)機(jī)組(2×100 MW機(jī)組配2×410 t/h鍋爐;2×200 MW機(jī)組配2×670 t/h鍋爐)，其中2臺(tái)410 t/h鍋爐摻燒焦?fàn)t煤氣，2臺(tái)670 t/h鍋爐摻燒高爐煤氣。鍋爐燃燒器改造，410 t/h鍋爐在B層和C層煤粉一次風(fēng)噴口之間增加1層焦?fàn)t煤氣燃燒器，共加裝4個(gè)焦?fàn)t煤氣燃燒器;670 t/h鍋爐在三次風(fēng)噴口加裝1層共4個(gè)高爐煤氣燃燒器。

目前煤氣僅用于摻燒，當(dāng)鍋爐負(fù)荷達(dá)到摻燒負(fù)荷低限，爐內(nèi)溫度水平已遠(yuǎn)高于煤氣著火溫度時(shí)，鍋爐可采用投入煤氣摻燒運(yùn)行模式。摻燒改造之后維持原有油點(diǎn)火方式，點(diǎn)火燃料為重柴油。高爐煤氣摻燒量為13.5%，焦?fàn)t煤氣摻燒量為4.6%，鍋爐摻燒的合理范圍為高爐煤氣摻燒量不大于20%，焦?fàn)t煤氣摻燒量不大于10%。

2 火焰檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

2.1 配置火焰檢測(cè)器的必要性

火焰檢測(cè)器是構(gòu)成鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)最重要的核心檢測(cè)儀表設(shè)備，是滅火保護(hù)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及點(diǎn)火燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的決定性因素，因此，火焰檢測(cè)器配置方案的完整性與選型的合理性是保證FSSS準(zhǔn)確可靠的關(guān)鍵。

按照DL/T 1091—2008《火力發(fā)電廠鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》，容量等級(jí)670 t/h以下的鍋爐可采用全爐膛火焰監(jiān)視和滅火保護(hù);容量等級(jí)1 000 t/h以上的鍋爐，應(yīng)對(duì)各燃燒器(包括主燃燒器和點(diǎn)火燃燒器)單獨(dú)監(jiān)視，一旦檢測(cè)到某個(gè)燃燒器火焰熄滅，應(yīng)自動(dòng)關(guān)閉該燃燒器的安全關(guān)斷閥。

按照DL/T 435—2004《火電廠煤粉鍋爐燃燒室防爆規(guī)程》規(guī)定，在設(shè)計(jì)爐膛及布置燃燒器時(shí)，應(yīng)根據(jù)爐型選定壓力取樣點(diǎn)、火焰檢測(cè)器、點(diǎn)火器、油(氣)槍的安裝地點(diǎn)，及提供能正確觀察到燃燒器著火區(qū)情況的條件，因此，對(duì)用于點(diǎn)火助燃的油氣槍要求配置火焰檢測(cè)器。對(duì)摻燒燃?xì)猓鶕?jù)美國(guó)國(guó)家防火協(xié)會(huì)ANSI/NFPA 85—2007《鍋爐及其燃燒系統(tǒng)安全規(guī)范》的規(guī)定，所有燃?xì)馊紵骶枧渲瞄L(zhǎng)明燈和火焰檢測(cè)裝置。本著對(duì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行就高不就低的準(zhǔn)則以及燃?xì)鈶?yīng)用存在較大的潛在危害，并參考了同類工程案例經(jīng)驗(yàn)，執(zhí)行美國(guó)NFPA 85—2007規(guī)定。以一對(duì)一方式為鍋爐4只煤氣燃燒器配置獨(dú)立的火焰監(jiān)測(cè)裝置。

2.2 火焰檢測(cè)器的選型方案

2.2.1 火焰檢測(cè)器的選型

煤、油、煤氣、天然氣等各類燃料燃燒過(guò)程主要表現(xiàn)出發(fā)熱、電離狀態(tài)，火焰不同部位的輻射出紅外線、可見(jiàn)光、紫外線以及光譜及火焰的脈動(dòng)或閃爍現(xiàn)象等物理或化學(xué)變化特征。目前，紅外、紫外以可見(jiàn)光以及雙傳感器等型式的輻射型火焰檢測(cè)器以壽命長(zhǎng)、運(yùn)行穩(wěn)定、性價(jià)比高、識(shí)別能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前火電機(jī)組的主導(dǎo)應(yīng)用類型。而間接輻射型火焰檢測(cè)器通常由光電傳感器探頭部分和信號(hào)分析單元兩部分組成。將探頭與信號(hào)分析單元在物理結(jié)構(gòu)集成為一體，則稱為一體化火焰檢測(cè)器。相應(yīng)的如果探頭與信號(hào)分析單元在物理結(jié)構(gòu)上各自獨(dú)立各成一體，則稱為分體式火焰檢測(cè)器?；饳z探頭為適應(yīng)擺動(dòng)燃燒器和安裝空間受限的鍋爐結(jié)構(gòu)，又被分為外窺式和光纖型，柔性探頭與鋼性探頭2種。

二道江發(fā)電公司1、2號(hào)鍋爐同為四角切圓燃燒方式，燃燒器為固定式，二次風(fēng)道略長(zhǎng)，現(xiàn)有的煤粉火焰檢測(cè)器和油槍配置的均為分體式火焰檢測(cè)器，原有的火檢柜和就地接線盒有加裝4路火焰檢測(cè)器的空間，在此基礎(chǔ)上加裝分體式氣火焰檢測(cè)器比較方便，公用部分如火焰檢測(cè)器屏、端子箱、冷卻風(fēng)等可以利用已有的設(shè)備。鍋爐摻燒的高爐煤氣體積分?jǐn)?shù)為:CO 23.1%、CH40.8%、H21.2%、N255.6%、CmHn0%、CO217.9%、O21%，煤氣低位發(fā)熱量為3 001.24 kJ/m3。這種燃料在燃燒時(shí)將釋放大量的紅外線，因此根據(jù)燃燒的成分、鍋爐的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有煤和油燃燒器配置的火焰檢測(cè)器類型、產(chǎn)品的運(yùn)行環(huán)境等綜合因素分析，以最大的減少工程造價(jià)并保證系統(tǒng)的完整性和可靠性為根本，1、2號(hào)鍋爐配置的高爐煤氣火焰檢測(cè)器采用防爆紅外型分體光纖型。

二道江發(fā)電公司7號(hào)、8號(hào)鍋爐為四角切圓燃燒方式，燃燒器為固定式，二次風(fēng)道短，現(xiàn)有的煤粉火焰檢測(cè)器和油槍配置的火焰檢測(cè)器均為外窺式一體化火焰檢測(cè)器。鍋爐摻燒的焦?fàn)t煤氣體積分?jǐn)?shù)為:CH423.31%、H256.71%、N27.38%、CO 8%、CmHn1.80%、O20.4%、CO22.4%，煤氣低位發(fā)熱量為16 778 kJ/m3。從焦?fàn)t煤氣的成分比重來(lái)看，主要成分為CH4，燃燒時(shí)會(huì)釋放出大量的紫外線，因此，根據(jù)燃料的成份特性、鍋爐結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有煤和油燃燒器配置的火焰檢測(cè)器類型、產(chǎn)品的運(yùn)行環(huán)境等綜合因素考慮，7、8號(hào)鍋爐配置的焦?fàn)t煤氣火焰檢測(cè)器采用防爆紫外型一體化內(nèi)窺式配置。

2.2.2 探頭位置選擇

摻燒煤氣后，鍋爐燃燒隨摻燒煤氣量變化會(huì)有如下波動(dòng)。

a.爐膛溫度隨摻燒高爐煤氣量增加而下降，隨焦?fàn)t煤氣量增加而增加。

b.燃燒器區(qū)域的火焰黑度隨高爐煤氣量增加而減小，隨焦?fàn)t煤氣量增加而增加;高爐煤氣會(huì)抑制煤粉燃燒，而焦?fàn)t煤氣會(huì)促進(jìn)煤粉燃燒。

c.摻燒高爐煤氣會(huì)使主蒸汽溫度降低，而摻燒焦?fàn)t煤氣會(huì)使主蒸汽溫度升高。

d.隨著高爐煤氣摻燒量的增大，排煙溫度呈上升趨勢(shì)，隨著焦?fàn)t煤氣摻燒量的增大，排煙溫度呈下降趨勢(shì)。

e.鍋爐效率隨高爐煤氣量增大而下降，隨焦?fàn)t煤氣量增大而上升。

根據(jù)7、8爐焦?fàn)t煤氣燃燒器布置在B層和C層之間二次風(fēng)噴口處，1、2號(hào)爐高爐煤氣燃燒器加裝在頂層的三次風(fēng)噴口的位置情況。同時(shí)結(jié)合摻燒后火焰的燃燒特征，為更好地觀察到煤氣燃燒器噴口根部的初始燃燒情況，并保證檢測(cè)到燃燒信號(hào)的穩(wěn)定性，確定火焰檢測(cè)器安裝位置應(yīng)在煤氣的燃燒器噴口內(nèi)，且保持探頭與燃燒器水平軸線平行。

2.2.3 火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)的校核

二道江發(fā)電公司1、2號(hào)鍋爐和7、8號(hào)鍋爐均采用火檢專用風(fēng)機(jī)向火檢探頭提供冷卻風(fēng)源，經(jīng)過(guò)單臺(tái)鍋爐加裝的4路火焰檢測(cè)器所需冷卻風(fēng)量總計(jì)為240 m3/h，現(xiàn)有的冷卻風(fēng)機(jī)的容量為300 m3/h，完全滿足提供所需的冷卻風(fēng)量，且現(xiàn)有的冷卻風(fēng)系統(tǒng)管路系統(tǒng)不需要擴(kuò)容改造。加裝的火檢冷卻風(fēng)由原冷卻風(fēng)豎管的上端接入，在支管與火焰檢測(cè)器間安裝一根金屬軟管為探頭提供冷卻風(fēng)源。

3 結(jié)束語(yǔ)

二道江發(fā)電公司煤氣摻燒項(xiàng)目火焰檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)備配置，可保證FSSS工作準(zhǔn)確可靠。1、2號(hào)鍋爐摻燒高爐煤氣在燃燒時(shí)會(huì)釋放大量的紅外線，鍋爐配置防爆紅外型分體光纖型高爐煤氣火焰檢測(cè)器;7、8號(hào)鍋爐摻燒的焦?fàn)t煤氣燃燒時(shí)會(huì)釋放出大量的紫外線，鍋爐配置防爆紫外型一體化內(nèi)窺式的焦?fàn)t煤氣火焰檢測(cè)器。