李 斌，刘云鹤，甄雨衡，王 焜，吕忠峰，张轶轩

（白山热电有限责任公司，吉林 白山 134300）

目前我国大部分燃煤机组均采用燃油点火，在冷态启动过程或者低负荷运行过程中均需耗用大量的燃油。在启动过程中和低负荷运行工况下，投入的燃油在炉内冷态大空间环境下缺氧燃烧，造成大量不完全燃烧［1-2］。为了有效降低火电机组锅炉在点火启动、稳燃助燃及停炉过程中的燃油耗量，满足锅炉安全、经济、稳定运行的需求，白山热电有限责任公司（以下简称白山热电厂）拟采用燃气点火，利用燃气的着火放热点燃煤粉，实现微量燃气在冷态下点燃煤粉，降低锅炉启动点火及低负荷稳燃的燃料成本。

然而，引入燃气点火系统后，势必会对原有的锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）造成影响［3］。目前FSSS在煤粉炉微油点火系统、等离子点火系统设计都已经很成熟［4-5］，而对于煤粉炉燃气点火FSSS的设计来说，由于燃气燃料的特殊性，还需要开展相关的研究、设计及优化工作，因此，本文以白山热电厂300MW亚临界燃气点火系统为研究对象，对燃气点火系统在大型煤粉炉FSSS的设计和运用进行研究。

1 设备概况

该厂300MW 机组锅炉为SG-1025／17.5-M889型亚临界压力中间一次再热自然循环锅炉，配有WR水平浓淡低氮燃烧器。采用热风送粉方式，通过A、B、C、D四层煤粉管道和两层三次风接至锅炉四角燃烧器，燃烧器风箱中设有两层（AB层和BC层）共8支启动及助燃简单机械雾化油枪，在B层煤粉燃烧器内设有4支空气雾化启动小油枪。

本次燃气点火系统改造保留原有燃油点火系统，将C层煤粉燃烧器改为微气点火煤粉燃烧器，CD层增设燃气大气枪；采用主动稳定燃烧的结构与控制的设计方法，在燃烧器小空间内利用空气与燃气充分预混燃烧，产生高温燃烧中心，点燃小空间内的煤粉流，然后分级点燃整个一次风粉流。在确保燃烧器安全、稳定运行的前提下，利用微量燃气即可实现整个一次风粉混合物以稳定着火燃烧的状态进入炉膛，确保不因炉膛热负荷过低、燃烧不稳而熄火，从而实现机组深度调峰及锅炉点火成功。

2 FSSS功能及逻辑设计

2.1 FSSS主要功能

FSSS一般分为两个部分，即燃烧器控制系统（BCS）和燃料安全控制系统（FSS）。BCS的主要功能是对锅炉燃烧系统设备进行监视和顺序控制，保证点火器、油枪和磨煤机系统的安全启动、停止、运行。FSS的功能是在锅炉点火前和跳闸、停炉后对炉膛进行吹扫、防止可燃物在炉膛积存，在监测到危及设备、人身安全的工况时，启动主燃料跳闸（MFT），迅速切断燃料，紧急停炉。

根据本次燃气点火系统改造的特点，结合相关安全需求对FSSS进行了优化，优化改造后FSSS主要功能包括：MFT；燃气燃料跳闸（GFT）；燃气泄漏试验；炉膛吹扫；燃气燃烧器控制；煤粉燃烧器控制。

2.2 FSSS逻辑设计

2.2.1 MFT条件及动作指令设计

MFT是FSSS最重要的功能，当出现可能引起炉膛爆炸或危及锅炉安全的情况时，立即切断燃料，防止炉膛爆炸，确保锅炉安全运行。FSSS逻辑需要监视以下不同的MFT条件，如果任何一个条件成立，FSSS逻辑就会跳闸。在该MFT条件消失，且锅炉吹扫结束后，复位MFT。

原有MFT判定逻辑中“所有燃料丧失”主要指的是煤粉和燃油，本次改造对其进行优化，在原有“所有油枪角阀关闭或来油快关阀关闭且所有给粉机全停”的基础上增加“CD层全部燃气角阀关闭或燃气供气关断阀处于关状态”，修改后全燃料丧失逻辑为：锅炉已点火；燃油进油快关阀全关，或燃油油层各油阀均关闭；燃气供气关断阀全关，或CD层全部燃气角阀均关闭；A至D给粉机均停运。

本次改造主要在原有MFT联锁动作指令上新增了燃气系统相关联锁动作指令，其余部分保持原有联锁动作指令。另一方面，新增燃气系统相关联锁动作指令设计成软硬件互相冗余，当MFT条件出现时，控制站会送出相应的信号来停掉相关的设备，同时MFT继电器柜也会向该设备送出硬接线信号来停掉他。这种软硬件互相冗余的设计，有效地提高了MFT动作的可靠性。硬回路改造为关燃气供气气动关断阀和关炉前C／CD层燃气关断阀，通过MFT继电器接点送出信号来直接关闭所有的燃气气动关断阀。软回路改造主要包括：动作GFT；关燃气供气关断阀；关炉前C／CD层燃气关断阀；关所有燃气角阀；关闭燃气调节阀；退出所有点火器。

2.2.2 GFT条件及动作指令设计

新增的燃气燃料跳闸条件主要包含：MFT跳闸；运行人员手动发出关闭燃气母管关断阀的指令；燃气压力报警（取压力开关，定值0.1MPa）：燃气压力低报警超过3s，且任意燃气角阀打开（3取2）；燃气泄漏报警（燃气泄漏报警器取或）。

当任何一个跳闸条件满足后，都将引起GFT。GFT／MFT跳闸采用同一跳闸控制回路，即逻辑组态时把GFT信号、MFT信号进行逻辑或运算后，由对应的MFT跳闸继电器执行GFT指令，软硬件互相冗余的设计有效提高了GFT动作的可靠性，相应的GFT联锁动作指令和MFT联锁动作指令保持一致。

2.3 燃气泄漏试验

由于天然气燃料的特殊性，天然气系统泄漏试验是对炉燃气母管关断阀（前＼后）、燃气母管所做的密闭性试验，防止天然气泄漏，引起炉膛爆燃。泄漏试验允许条件包括：MFT／GFT已跳闸；所有燃气放散阀已关；燃气母管关断阀已关；各燃气关断阀已关；所有燃气角阀已关；全炉膛无火。

当试验条件满足时，可启动燃气泄漏试验。另一方面，增加燃气泄漏试验旁路，在确定不必要进行燃气管路泄漏试验的情况下，可予以旁路。试验步骤如下。

a.打开燃气母管关断阀、C／CD层燃气支管关断阀和烟道燃气支管关断阀，对管路进行充压30s。如果30s之内，燃气母管关断阀后燃气管道压力正常（0.2～0.4MPa），则充压成功，关闭燃气母管关断阀；如果30s之内燃气压力信号不满足，则充压失败，并发出燃气泄漏试验失败的报警显示。

b.第一阶段试验：计时120s：检测燃气管道、各层燃气角阀是否合格；120s之内如果燃气管道气压下降至规定值（0.2MPa）以下，则燃气泄漏试验失败，应消除泄漏点后重新做泄漏试验；180s计时结束，燃气管道气压维持在规定值（0.2MPa）以上，则第一阶段试验成功，开启燃气管道放散阀对燃气管道进行泄压。

c.管路泄压：如果30s之内，燃气管道气压降至规定值（0.1MPa）以下，压力开关动作，则泄压成功，关闭燃气管道放散排空阀；如果30s之内，燃气管道气压未降至规定值（0.1MPa）以下，压力开关不动作，则泄压失败，并发出燃气泄漏试验失败的报警显示。

d.第二阶段试验：计时120s：检测燃气母管关断阀是否合格；如果120s计时结束，燃气压力未上升至0.1MPa以上，则第二阶段试验成功。

e.燃气泄漏试验完成。

2.4 炉膛吹扫

锅炉点火前和点火失败后必须进行炉膛吹扫，目的是排除炉膛和烟道内积存的可燃混合物。完整的吹扫过程是锅炉点火的必要条件之一，在5min吹扫过程中，若失去任一项吹扫条件，吹扫程序就会中断并报警，待吹扫条件全部满足才能重新吹扫。

本次改造主要在原吹扫条件下新增了所有燃气角阀关闭、燃气母管关断阀关闭、燃气泄漏试验完成或旁路的判定，其余部分保持原有判断条件不变。当吹扫条件满足后，执行吹扫程控，主要流程不变。

2.5 燃气燃烧器系统控制

CD层燃气大气枪在功能设计上与原有AB层、BC层油枪类似，主要用于机组启动阶段，配合其余两层油枪，完成锅炉点火，提升烟温；另一方面，也可以在机组正常运行阶段投运，燃用部分燃气，降低燃料成本。因此，其控制逻辑设计参照原有AB层、BC层油枪控制逻辑设计。

C层微气枪在功能设计上与原有B层微油枪类似，可作为点火，也可以作为稳燃来进行投运。C层煤粉燃烧器维持原有的FSSS逻辑，这时微气枪不参与MFT逻辑保护，可随时操作。C层微气枪只能依靠自己所属的高能点火器进行点火，不允许依靠其他燃烧器的火焰进行点火。C层微气枪处于遥控方式时，其控制为单角控制，画面上设了单控操作区用以实现单支启停。

单角控制：C层所属的4支燃气微气枪、CD层所属的4支燃气大气枪的控制系统能自动完成高能点火器的推进及退出、高能点火器点火、燃气角阀的打开、进气、退出、点火结果监视及处理。就地点火系统只接收FSSS发来的点火允许、启动、停运控制信号和跳闸信号。

3 结论

随着环保及节能要求的逐步提高，燃气做为煤粉锅炉点火燃料的应用将会日益广泛，其控制方式与传统微油点火煤粉锅炉相比有很大不同，相应的FSSS控制逻辑需根据燃气点火系统的特点进行设计。本文以白山热电厂300MW机组为研究对象，通过对引入燃气点火系统后FSSS的逻辑梳理，对炉膛吹扫、全燃料跳闸、点火允许条件、燃气燃料跳闸、燃气泄漏试验等内容进行了设计和优化。改进后，经过试验验证完全达到试验要求，在后续的点火生产运行过程中，FSSS逻辑动作正常，燃气点火系统运行稳定，保障锅炉在各个负荷段安全稳定运行，有效降低了燃料成本。