罗振涛 王德良
深圳妈湾电力有限公司 广东深圳 518052
摘要：为了解决燃煤电厂脱硝系统中热风炉采用二级点火方式难点着火影响SCR系统的投运问题，保证电厂烟气排放中氮氧化物达到规定的环保要求。结合锅炉炉膛点火的经验提出了采用高能点火器直接点火的方案。新的点火方式解决了二级点火方式中小气枪的助燃风和燃气比例难调、小气枪点火端结焦不能打火、点火变压器容易烧坏等问题。通过合理的匹配点火时燃气流量以及对相应的逻辑修改，保证了在投运SCR系统时热风炉能安全、可靠、快速的启动。
关键字：燃煤电厂；SCR；热风炉；高能点火器；点火方式
随着大气污染越来越严重，人们发现氮氧化物（NOx）是造成大气污染的主要污染源之一。燃煤电厂排放的烟气中含有大量的氮氧化物，而控制NOx的排放除了通过各种手段降低燃烧过程中NOx的生成量，还有就是将已经生成的NOx通过技术手段从烟气中脱除，燃煤电厂脱硝系统也就应运而生。目前燃煤电厂中常用的脱硝方式是SCR——选择性催化还原法，其主要原理是将还原剂氨水喷入SCR反应器与烟气中的NOx发生化学反应将其还原成无污染的氮气和水。
在脱硝系统中热风炉是一个重要的设备，它通过燃气燃烧把来自空预器的热一次风加热，为热解炉内的尿素溶液分解成还原剂氨气提供500℃的高温气体。热风炉安全顺利的启动是投入脱硝系统的第一步，所以热风炉的点火显得尤为重要，既要考虑安全，又要快速顺利的点着火燃烧。热风炉的燃气燃烧器一般由以下主要部分组成：燃气喷嘴、燃气阀系、风机、燃气流量调节阀、空气调节装置、点火装置、燃气压力检测开关、空气压力检测开关及火焰监测装置等。燃烧器的设计应该能保证燃烧器达到规定的输出功率及性能要求同时燃烧器的结构应该保证不会发生不稳定、变形或开裂等危及安全的问题。
1 改造前的状况
我国南方某300MW燃煤发电机组在最初安装热风炉时出于安全考虑选择了小气枪二级点火方式即：在完成天燃气管路的吹扫和检漏后，先由功率较小的点火器点燃进气量较小的小气枪燃烧，再由小气枪的点火火焰点燃主燃气喷嘴燃烧。两级点火在防止热风炉内的爆燃有一定的效果。但在平时的运行中出现小枪很难点着火，一定程度上影响了SCR系统的正常投运，增加了运行人员的操作难度和检修人员维护工作量，同时环保参数极易超标。在多次点火检查中发现主要有以下原因：
（1）、由于小气枪的燃气和助燃风比例通过角座阀前的手动门很难调整好，有时阀门旋转一点点燃气量和助燃风量变化相当的大。主要表现为火焰摆动大、不够刚性，当主燃气阀门一开较大的进气量就把小枪火焰吹灭；二是着火状态调好再重新试点火时小枪的火焰又被自己助燃风吹灭。
（2）、小气枪很容易被烧坏。由于热风炉点火成功后小气枪的头一直在主火焰的燃烧区附近没有退出，长时间就会被烧坏；同时热风中的灰尘会在小气枪头部燃烧结焦导致无法放电打火；点火变压器也很脆弱连续多次点火很容易坏掉。现场设备情况图如下：
图1
2 优化方案的提出和设备选型与安全评估
在现有的锅炉炉膛燃气点火中使用的高能点火器是成熟可靠的点火设备，具有抗干扰能力强，且其维护工作量少，随时可以投入使用，点火箱内有较大的电容储能，指令接通后在端部放电打火，具有能量高火花大易点着的特点；同时在不投入时点火杆退出（退出大约50cm）所以放电端不易结焦烧坏。这些优点都可以很好的解决了目前二级点火方式中出现的问题。因此提出使用高能点火器的点火方案,具体是在主燃烧器上增加高能点火器直接点火，提高点火的可靠性，该设备接入DCS系统，新增加高能点火步序，实现远程控制。
在设备选型上延用炉膛点火的高能点火箱和点火杆推进器；点火杆结合现场环境向点火杆厂家定制了1.1米长的点火杆；同时由于原来只有一个火焰监测探头容易造成误判所以增加一个同样的火检探头，两个火检信号在逻辑中相或防止因火检故障而误跳热风炉。
安全方面，由于高能点火是一级点火即用高能点火枪直接点燃主燃烧器，这对炉膛安全有一定的影响。在咨询热风炉厂家根据天然气的燃烧特性以及热风炉的技术参数给出了以下计算：
1、现点火小枪的功率计算：
P=9.9A u9.9u
=9.9*3.14*0.0022*66.6*360029.7(kW)
式中A是小枪的管道横截面积，是小枪管道半径，u是小枪天然气流速，9.9为每标方天然气的功率，小枪燃气流量A u=3Nm3/h
点火小气枪喷孔的天然气流速（u）按下式计算：
u=1.414 upb1
式中up为流量系数、b1为修正系数、p为燃气压力、为燃气在标况下的密度，我们取up0.8kg/m3，得出喷孔的流速为：
u=1.414 upb1=1.414*0.8*0.8*66.6(m/s)
2、热风炉厂家按照理论参数计算出:
燃烧器额定功率为603.3kW 耗气量60.9Nm3/h，
燃烧器最大功率为1030kW 耗气量104Nm3/h，
计算按每标方天然气的功率为9.9 kW。
按照燃烧器的安全技术规定点火功率不大于额定功20%（约120kW）的原则，即点火时燃气流量应不大于60.9*20%=12.1Nm3/h。
所以通过以上计算在高能点火时把天然气的流量控制在3--12Nm3/h能保证热风炉的安全点火。
3 具体的实施方案和歩序要求
按照事先的设计在主燃气喷嘴附近安装好高能点火器，电源取自就地热风炉电源柜，点火器的进退由DCS远方指令直接控制；由于高能点火器打火时能量高，所以打火指令经过了扩展继电器以避免放电打火时电流过大损坏DCS系统相应
模件（高能点火器打火指令接线见图2）。
由于控制好天然气的流量是高能点火时热风炉不爆燃的关键，所以把天然气的母管燃气调节阀也进行了换型和调校保证其动作的灵敏和准确
（下转第195页）
性。具体的高能点火步序如下：
第一步、同时打开#1主燃气阀和#2主燃气阀，并将热风炉母管燃气调节阀开至预设值X=4%（此预设值在高能点火歩序启动前由运行人员在操作员站设定，暂定X=4%）；
第二步、进行20秒的燃气调节阀预设开度与天然气点火流量的对比检测，在此期间如果满足天然气流量3-12Nm3/h保持并5秒以上，则在 20秒结束后，关闭#1主燃气阀和#2主燃气阀以及燃气调节阀，程序进入下一步，否则程序退出。运行人员可在DCS画面修改燃气调节阀预设开度值X，重新启动点火程序，直到满足预设值开度与流量的对应关系。当燃气调节阀预设开度满足安全天然气点火流量的对应关系后，8小时内如再次启动点火程序，则跳过步第一步和第二部，直接进入第3步吹扫。
第三步、开热风炉助燃风调节阀到60%以上，进行热风炉内空气吹扫。
第四步、吹扫75秒后，关热风炉助燃风调节阀至10%以下，吹扫结束。
第五步、开#2主燃气阀，开热风炉母管燃气调节阀至5%以上。
第六步、5秒后关闭#2主燃气阀和关热风炉母管燃气调节阀开度至5%以下； 进行10秒的泄露检查，如果检漏压力开关1<8kpa（取常闭接点）检测到压力低，则#1主燃气阀检漏成功。
第七步、打开 #1主燃气阀。
第八步、5秒后关闭#1主燃气阀，进行10秒的泄露检查，如果检漏压力开关2>30kpa（取常开接点）检测到压力高，则#2主燃气阀检漏成功。
第九步、再次全关热风炉母管燃气调节阀，以确保点火前燃气管道上所有阀门均关闭。
第十步、推进高能点火器。
第十一步、高能点火器开始打火，当高能点火器打火1秒后，同时打开1#主燃气阀和2#主燃气阀，并将热风炉母管燃气调节阀开至预设值X=4%。
第十二步、高能点火器打火12秒后停止打火并退出点火器，此时如果#1主燃气阀和#2主燃气阀均开到位、点火器退到位、两个火检至少有一个检测到火焰则热风炉高能点火成功。
在新增高能点火方式后，保留了原来的二级点火设备和步序以做备用。热风炉保护跳闸逻辑也做了相应的更改，一是将原来两主燃气阀没关同时没有检测到火焰跳热风炉的条件完善为：没有在高能点火歩序启动中两主燃气阀没关同时没有检测到火焰跳热风炉。二是增加了两个跳闸信号①高能点火器打火12秒期间，如果未检测到任一火焰信号并且天然气流量>12Nm3/h；②高能点火器打火12秒后仍未检测到任一火焰信号。跳闸信号来时关闭1#主燃气阀、2#主燃气阀，并将燃气调节阀指令置零，同时发出相应的报警。具体热风炉跳闸条件为：
（1）、热风炉天然气流量计后天然气压力小于30kPa（三取二，延时2秒）；
（2）、两台一次风机全停（延时2秒）；
（3）、热风炉助燃风压力小于2kpa（三取二，延时2秒）；
（4）、热风炉出口温度大于580℃（三取二，延时2秒）；
（5）、没在高能点火歩序启动中热风炉两个火焰检测器都无火焰，且#1主燃气阀非关和#2主燃气阀非关（延时2秒）；
（6）、热风炉#1、#2主燃气阀开到位且热风炉母管然气调节阀开度大于10%，30分钟后，热风炉出口温度仍小于350℃跳热风炉；
（7）、高能点火器打火12秒期间，如果未检测到任一火焰信号并且天然气流量>12Nm3/h；
（8）、高能点火器打火12秒后，仍未检测到任一火焰信号。
改造后热风炉的大致系统如图3。
4 改造后的调试和投运
改造完成后首先在就地和远方分别调试了点火器的进退、打火均正常，相应的点火器反馈和火检信号均正常。模拟条件静态调试了热风炉高能点火步序逻辑正常。在通天然气后动态调试中为了安全起见把热风炉的排空手动门打开，热风炉高能点火过程中燃气流量与燃气调阀开度匹配来回试了几次，这也进一步反应出高能点火对燃气调阀性能的要求比较高：既要灵敏又要准确，同时由于预设值都比较的小（通常小于5%）所以燃气调阀的死区也要小。在匹配成功后很顺利的启动了热风炉，没有出现二次点火中反复调整点火枪的情况。
5 结束语
在改造完成后的调试以及后续多次启动热风炉都证明：通过高能点火器直接点燃主燃烧器启动热风炉的方案是可行的，高能点火既减少了设备的维护量方便了运行操作也保证了脱硝系统安全高效的运行。这次点火方式优化到达了预期的效果。
参考文献:
[1]袭著宏.火电厂高能点火装置的设计及使用[J].硅谷,2013,6(11):172+171.
[2]钮家鳌.高能点火器在闵行电厂的试用[J].华东电力,1982(10):114-116.
[3]武宝会,崔利.火电厂SCR烟气脱硝控制方式及其优化[J].热力发电,2013,42(10):116-119+126.
[4] 温兴河. 热风炉自动燃烧控制系统研究与应用[J]. 中国新技术新产品,2018,(14):13-14
[5] 吴剑雯,周文华,周本胜. 高炉热风炉智能燃烧控制系统开发与应用[J]. 科技创新与应用,2014,(32):114-114
论文作者:罗振涛,王德良
论文发表刊物:《防护工程》2018年第28期
论文发表时间:2019/1/4
标签：热风炉论文; 燃气论文; 点火器论文; 气枪论文; 火焰论文; 调节阀论文; 天然气论文; 《防护工程》2018年第28期论文;