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摘要神华包头煤化工碳四综合利用项目将化工装置副产燃气掺烧至热电站锅炉，另外加装燃气点火装置，以达到降低煤耗量、高效节能的目的。因此，针对燃气点火和掺烧的运行要求，本设计从火焰检测、燃气管路气动门控制以及可燃气体泄漏监测等方面进行了合理的策划，缩短了设计时间，为生产运行提供了便利条件。另外，对于如何在燃气点火火检和全炉膛火检厂家间划分工作和供货范围，如何设置可燃气体泄漏报警仪的安装位置和数量也有所创新，开创了燃气点火热工控制的先河，为今后类似工程提供指导。
关键词气体点火 控制策略 可燃气体检测器
中图分类号：C35文献标识码： A
1引言
神华包头煤化工分公司碳四综合利用项目是以煤炭为原料生产聚丙烯和聚乙烯同时副产烷类、烯类等碳的副产品。为满足化工反应用汽、用电和热负荷需求，配套建成4×480t/h燃煤锅炉、2×50MW直接空冷抽凝式供热汽轮发电机热电站，负责向化工装置提供各等级的工业蒸汽。锅炉为高温高压煤粉并掺烧化工副产燃气的自然循环汽包炉，单炉膛、燃烧器四角布置，切圆燃烧。主蒸汽和给水采用母管制运行。
2燃气系统设计
锅炉燃烧器布置上面四层为煤燃烧器，最底层为燃气燃烧器，详见附图一。锅炉采用三种点火方式即等离子点火、燃油点火、燃气点火。油枪共八支，分别设置在煤燃烧器一、二层之间和三、四层之间。同时在最底部煤燃烧器层加装四角等离子点火装置，在底层燃气燃烧器层加装燃气点火装置。
2.1燃气工艺系统配置
化工装置副产燃气送入热电站，燃气母管在炉前分四根支管到四角燃气燃烧器。每角支管分两路，一路做燃气点火，另一路做燃气掺烧。具体系统详见附图二。燃气点火装置由点火器、气枪组成，每只点火器配备一支点火燃气火检，每角燃气燃烧器配备一支主燃气火检。
2.2燃气热工控制系统设计
锅炉燃气系统进入炉膛安全监控系统实施监控，每角设一台燃气点火控制柜实现就地点火。燃气热工控制系统主要包括燃气压力调节和流量调节。燃气母管上的涡街流量计40ERC10CF101测量出燃气总量与给定值在调节器上进行比较，从而对燃气母管调节阀40ERC10AA701的开度进行调节。燃气流量与燃油流量一并进入MCS系统，参与燃料—锅炉负荷调节。另外，为了保持燃气母管压力的稳定，避免燃气压力低于所允许的运行压力，必须采取燃气母管压力超驰控制措施，燃气流量调节阀控制其出口压力。
附图一 燃烧器喷口及火检布置示意
3燃气控制策略实施
FSSS系统的主要功能有燃油系统控制（包括油泄漏试验、燃油点火、燃油跳闸OFT）、炉膛吹扫、锅炉点火（包括点火许可条件的认证、油燃烧器和煤燃烧器的管理）、制粉系统控制、总燃料跳闸（MFT）。引入燃气系统后，FSSS系统的功能也要相应扩充，这正是本专题的创新所在。燃气控制包括燃气跳闸（GFT）、燃气泄漏试验、燃气燃烧器的管理、总燃料跳闸（MFT）条件的修补、炉膛吹扫条件的修补。
3.1燃气跳闸（GFT）的实施
当危及锅炉炉膛安全的情况发生时，就要触发GFT。
3.1.1GFT的触发条件
MFT动作；
GFT手动按钮；
燃气主燃烧器快关阀40ERC01、02、03、04AA001或燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101打开时，燃气母管快关阀40ERC10AA005被关闭；
燃气火检检测无火时，燃气主燃烧器快关阀40ERC01、02、03、04AA001或燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101关闭故障；
燃气主燃烧器快关阀40ERC01、02、03、04AA001或燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101未关时，燃气母管压力低40ERC10CP104、105、106（三取二）
3.1.2GFT后的相继动作
关闭燃气母管快关阀40ERC10AA005；
关闭燃气主燃烧器快关阀40ERC01、02、03、04AA001；
关闭燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101；
退所有燃气点火枪
3.1.3GFT的复位条件
MFT已复位；
不存在GFT跳闸条件；
燃气泄漏试验已完成或旁路；
燃气母管快关阀40ERC10AA005关闭；
燃气主燃烧器快关阀40ERC01、02、03、04AA001关闭；
燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101关闭
3.2燃气燃烧器的管理
燃气燃烧器的控制方式为单角控制。锅炉经过炉膛吹扫，并且满足所有燃气点火条件，锅炉才能点火启动。
3.2.1 燃气点火许可条件
炉膛点火允许；
无GFT动作条件；
燃气泄漏实验完成或旁路；
燃气母管快关阀40ERC10AA005开启
3.2.2 燃气点火枪点火许可条件
燃气点火允许；
点火枪控制柜远方控制；
点火枪控制柜电源正常；
燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101关到位且燃气主燃烧器快关阀40ERC01、02、03、04AA001关闭；
火检无故障；
锅炉母管燃气减压阀后燃气压力大于50KPa（燃气压力低于50KPa报警，闭锁燃气点火枪推进和快关阀打开）
3.2.3 燃气燃烧器投运许可条件
燃气点火火检有火；
燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101开到位
3.3总燃料跳闸（MFT）条件的修补
考虑到燃气点火及燃气掺烧的情况，触发总燃料跳闸MFT指令應做如下修补：
全部燃料中断，包括所有燃气阀关闭
失去全部火焰，包括主燃气火焰消失
3.4炉膛吹扫条件的修补
考虑到燃气点火及燃气掺烧的情况，炉膛吹扫条件应做如下修补：
全部火检未检测到火焰，包括主燃气火检；
增加燃气泄漏试验完成或旁路；
增加燃气母管快关阀关闭；
增加燃气主燃烧器快关阀关闭；
增加燃气点火枪快关阀关闭
4可燃气体检测器的使用
可燃气体检测器可以监测环境空气中的可燃气体，本设计在燃气母管和OA层每角燃气燃烧器设置了可燃气体检测器。可燃气体检测器防爆等级为隔爆型，多为4～20mA三线制仪表，信号经安全栅隔离后进入DCS实现显示、报警、历史记录等。因为，安全栅仪表24VDC电源也由安全栅提供。值得注意的是，当被测气体比空气轻（如甲烷），检测器应安装在高位，且最好装上集气罩；当被测气体比空气重（如丁烷），检测器应安装在低位。
5总结
本设计对燃气工艺系统配置及控制策略的实施进行了研究，特别是FSSS系统在引入燃气系统后有所扩充。值得注意的是，燃气火焰分为点火火焰和主火焰，应该分别单独设置火检，燃气主火检应该要求检测不到燃气点火火检。本设计燃气点火设备厂家在气枪上直接配好了火检以检测燃气点火火焰，所以在全炉膛火检技术规范书的编写上挖掉了这一部分。但是，燃气点火设备是包在锅炉厂供货范围内的，所以在锅炉技术规范书的策划上要考虑火检的供货划分，以免燃气点火火检的重复配置
参考文献：
[1] 殷树德.热工过程自动控制系统.北京:中国电力出版社，1999
[2] 袁去惑.孙吉星.热工测量及仪表.北京:中国电力出版社，1988
附图二 锅炉燃气控制系统
关键词气体点火 控制策略 可燃气体检测器
中图分类号：C35文献标识码： A
1引言
神华包头煤化工分公司碳四综合利用项目是以煤炭为原料生产聚丙烯和聚乙烯同时副产烷类、烯类等碳的副产品。为满足化工反应用汽、用电和热负荷需求，配套建成4×480t/h燃煤锅炉、2×50MW直接空冷抽凝式供热汽轮发电机热电站，负责向化工装置提供各等级的工业蒸汽。锅炉为高温高压煤粉并掺烧化工副产燃气的自然循环汽包炉，单炉膛、燃烧器四角布置，切圆燃烧。主蒸汽和给水采用母管制运行。
2燃气系统设计
锅炉燃烧器布置上面四层为煤燃烧器，最底层为燃气燃烧器，详见附图一。锅炉采用三种点火方式即等离子点火、燃油点火、燃气点火。油枪共八支，分别设置在煤燃烧器一、二层之间和三、四层之间。同时在最底部煤燃烧器层加装四角等离子点火装置，在底层燃气燃烧器层加装燃气点火装置。
2.1燃气工艺系统配置
化工装置副产燃气送入热电站，燃气母管在炉前分四根支管到四角燃气燃烧器。每角支管分两路，一路做燃气点火，另一路做燃气掺烧。具体系统详见附图二。燃气点火装置由点火器、气枪组成，每只点火器配备一支点火燃气火检，每角燃气燃烧器配备一支主燃气火检。
2.2燃气热工控制系统设计
锅炉燃气系统进入炉膛安全监控系统实施监控，每角设一台燃气点火控制柜实现就地点火。燃气热工控制系统主要包括燃气压力调节和流量调节。燃气母管上的涡街流量计40ERC10CF101测量出燃气总量与给定值在调节器上进行比较，从而对燃气母管调节阀40ERC10AA701的开度进行调节。燃气流量与燃油流量一并进入MCS系统，参与燃料—锅炉负荷调节。另外，为了保持燃气母管压力的稳定，避免燃气压力低于所允许的运行压力，必须采取燃气母管压力超驰控制措施，燃气流量调节阀控制其出口压力。
附图一 燃烧器喷口及火检布置示意
3燃气控制策略实施
FSSS系统的主要功能有燃油系统控制（包括油泄漏试验、燃油点火、燃油跳闸OFT）、炉膛吹扫、锅炉点火（包括点火许可条件的认证、油燃烧器和煤燃烧器的管理）、制粉系统控制、总燃料跳闸（MFT）。引入燃气系统后，FSSS系统的功能也要相应扩充，这正是本专题的创新所在。燃气控制包括燃气跳闸（GFT）、燃气泄漏试验、燃气燃烧器的管理、总燃料跳闸（MFT）条件的修补、炉膛吹扫条件的修补。
3.1燃气跳闸（GFT）的实施
当危及锅炉炉膛安全的情况发生时，就要触发GFT。
3.1.1GFT的触发条件
MFT动作；
GFT手动按钮；
燃气主燃烧器快关阀40ERC01、02、03、04AA001或燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101打开时，燃气母管快关阀40ERC10AA005被关闭；
燃气火检检测无火时，燃气主燃烧器快关阀40ERC01、02、03、04AA001或燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101关闭故障；
燃气主燃烧器快关阀40ERC01、02、03、04AA001或燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101未关时，燃气母管压力低40ERC10CP104、105、106（三取二）
3.1.2GFT后的相继动作
关闭燃气母管快关阀40ERC10AA005；
关闭燃气主燃烧器快关阀40ERC01、02、03、04AA001；
关闭燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101；
退所有燃气点火枪
3.1.3GFT的复位条件
MFT已复位；
不存在GFT跳闸条件；
燃气泄漏试验已完成或旁路；
燃气母管快关阀40ERC10AA005关闭；
燃气主燃烧器快关阀40ERC01、02、03、04AA001关闭；
燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101关闭
3.2燃气燃烧器的管理
燃气燃烧器的控制方式为单角控制。锅炉经过炉膛吹扫，并且满足所有燃气点火条件，锅炉才能点火启动。
3.2.1 燃气点火许可条件
炉膛点火允许；
无GFT动作条件；
燃气泄漏实验完成或旁路；
燃气母管快关阀40ERC10AA005开启
3.2.2 燃气点火枪点火许可条件
燃气点火允许；
点火枪控制柜远方控制；
点火枪控制柜电源正常；
燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101关到位且燃气主燃烧器快关阀40ERC01、02、03、04AA001关闭；
火检无故障；
锅炉母管燃气减压阀后燃气压力大于50KPa（燃气压力低于50KPa报警，闭锁燃气点火枪推进和快关阀打开）
3.2.3 燃气燃烧器投运许可条件
燃气点火火检有火；
燃气点火枪快关阀40ERC01、02、03、04AA101开到位
3.3总燃料跳闸（MFT）条件的修补
考虑到燃气点火及燃气掺烧的情况，触发总燃料跳闸MFT指令應做如下修补：
全部燃料中断，包括所有燃气阀关闭
失去全部火焰，包括主燃气火焰消失
3.4炉膛吹扫条件的修补
考虑到燃气点火及燃气掺烧的情况，炉膛吹扫条件应做如下修补：
全部火检未检测到火焰，包括主燃气火检；
增加燃气泄漏试验完成或旁路；
增加燃气母管快关阀关闭；
增加燃气主燃烧器快关阀关闭；
增加燃气点火枪快关阀关闭
4可燃气体检测器的使用
可燃气体检测器可以监测环境空气中的可燃气体，本设计在燃气母管和OA层每角燃气燃烧器设置了可燃气体检测器。可燃气体检测器防爆等级为隔爆型，多为4～20mA三线制仪表，信号经安全栅隔离后进入DCS实现显示、报警、历史记录等。因为，安全栅仪表24VDC电源也由安全栅提供。值得注意的是，当被测气体比空气轻（如甲烷），检测器应安装在高位，且最好装上集气罩；当被测气体比空气重（如丁烷），检测器应安装在低位。
5总结
本设计对燃气工艺系统配置及控制策略的实施进行了研究，特别是FSSS系统在引入燃气系统后有所扩充。值得注意的是，燃气火焰分为点火火焰和主火焰，应该分别单独设置火检，燃气主火检应该要求检测不到燃气点火火检。本设计燃气点火设备厂家在气枪上直接配好了火检以检测燃气点火火焰，所以在全炉膛火检技术规范书的编写上挖掉了这一部分。但是，燃气点火设备是包在锅炉厂供货范围内的，所以在锅炉技术规范书的策划上要考虑火检的供货划分，以免燃气点火火检的重复配置
参考文献：
[1] 殷树德.热工过程自动控制系统.北京:中国电力出版社，1999
[2] 袁去惑.孙吉星.热工测量及仪表.北京:中国电力出版社，1988
附图二 锅炉燃气控制系统