李玉雷 杨成良
青岛华丰伟业电力工程有限公司，山东青岛 266100
Analysis on the Causes and Solutions of Light Oil Ignition Failure of Supercritical Fuel Oil Unit
Li Yulei Yang Chengliang
摘要：本文以超临界燃油锅炉为研究对象，针对无回油管道设计的轻油程控点火频繁失败的原因进行分析，提出了解决方案，并简单介绍目前电厂设计的轻油点火系统的主要类型及其优缺点，为以后国内电站轻油点火系统上设计提供参考。
关键词：燃油；轻油；回油；点火；程控
Abstract:
This article takes supercritical oil-fired boilers as the research object, analyzes the reasons for the frequent failures of light oil sequence-controlled ignition without oil return pipeline design, and proposes solutions, and briefly introduces the main types of light oil ignition systems currently designed for power plants. Provide reference for the design of light oil ignition system in domestic power stations.
Key words: Fuel; light oil; return pipeline; ignition; sequence control
0 引言
现有火电站普遍采用等离子和微油点火，但是也有相当一部分电厂使用大出力的轻油枪作为点火方式，特别是在国外的火电机组。常规的轻油系统通常设计有回油管路，并且在进油或者回油管路上安装调节阀调节油压。而世界上目前在建的最大的燃油电站的轻油系统并没有设计回油管路，导致轻油程控点火过程中油压不稳频繁着火失败，或者发生爆燃，影响了机组的安全正常启动。
1 燃油锅炉轻油系统及程控控制方式简介
沙特某项目部5×660MW燃油机组，锅炉采用阿尔斯通有限责任公司制造的超临界参数、强制循环、八角双切圆燃烧方式、一次中间再热、再热汽温采用烟气再循环调节、平衡通风、炉膛底全封闭型露天布置、全钢构架的直流锅炉。
本项目锅炉主燃料采用重油和天然气，轻油作为点火燃料，主要用作点火和升温升压，可以带负荷至30%BMCR。锅炉共有4层油枪，每层8只油枪。轻油枪主要布置在最底层A层，与重油共用油枪，雾化介质为杂用压缩空气。每只油枪的最大出力为4.6t/h，适用油压范围为1.7bar-13.7bar。
轻油供油泵为容积泵，每台供油泵各自对应一台机组，在泵出口设有压力调节阀，调节供油压力。供油泵的设计出力为65m3/h，设计压力为20.3bar。如下图：
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图2. 厂区轻油系统图
炉前轻油系统设有进油快关阀，流量调节阀以及泄漏试验阀。泄漏试验阀连接至炉底污油泵，只用作轻油泄漏试验时泄压。如下图：
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图3. 炉前轻油系统图
原来的轻油程控点火逻辑设计为：轻油泵出口压力通过泵出口调阀控制在21bar稳定运行，炉前流量调节阀在控制油流量同时控制母管油压不小于5bar，否则快速开启提高压力。油枪顺控的情况下每只油枪间隔7.5s投入，逐一全部投入8只油枪。
在顺控点火时，特别是第一只油枪投入时，经常因为油压突降，低于3bar（跳闸值）或者油枪无法成功着火，触发OFT，导致锅炉MFT。
2. 原因分析
由于炉前轻油系统并没有设计回油管路（见图3）。在投入油枪前，整个油系统处于憋压状态，炉前油压达到21bar左右，所以炉前调阀自动全关。由于油枪前的跳闸阀至油枪这一段的管道内是空的，在跳闸阀开启后，炉前调节阀后的管道内油压会迅速的下降，而调节阀开启的速度不足以满足油压稳定的要求。最终导致投入油枪时，要么炉前油压低，OFT信号触发，要么就是油压的快速变化，雾化不良，油枪无法着火。
在国内的轻油点火时很少出现这种现象，主要是国内的轻油炉前系统按照常规设计了回油管路，在油枪投入前后的有一定的通流量，保证了系统油压的稳定性。其中根据炉前调阀的位置主要可以分为以下的两种。
1）炉前调阀设计在回油管路上。这种设计可以通过调阀调整通流量有效的调节炉前轻油系统的压力，保证油枪投入前后油压的稳定，可以使雾化效果达到最好，油枪更容易着火。如下图：
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2）炉前轻油压力调阀设计在进油管道上，回油管道安装节流孔板来提高炉前的油压。这种设计调阀虽然也可以控制油压，但是整体的效果不如安装在回油管道上。如下图；
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本项目中GE在设计炉前轻油系统时，一味地追求节省材料，忽略了系统的稳定性。轻油枪投入前后油压波动大，雾化不良，无法正常的着火。如果要彻底解决轻油点火压力稳定的问题，最好的方式是增加回油管道。由于本项目是五台机组，所以这种方案投资大，工期长，明显不是并不是最好的选择。
在不更改设计的情况下，只有将降低轻油枪前的压力，并且保证炉前油流量充足。在油枪投入时，炉前油压不会下降太多。
3. 解决方案
根据以上的分析，可以制定的策略是降低整个燃油系统的压力，使油枪点火时的压力处于正常范围内；另外开大炉前调阀，保证油角阀开启后，有充足的油量，不让系统压力变化过大；投入一定数量的油枪后，有了通路，就可以提高油压，恢复炉前阀门的控制。以下为具体的措施：
1）投入轻油枪前，轻油泵出口再循环阀设定值降为10.2bar；炉前轻油流量控制调阀开度不低于25%。
2）在投入第一只油枪后，炉前调阀已0.5%/s的速率开大，直至50%。
3）每只油枪投入间隔时间由7.5s修改90s，有利于油压的恢复以及炉膛负压的调节。
4）油枪投入的过程中，炉前调阀的最低压力控制仍然启作用。当油压低于5bar时，调阀根据压降速率开大；当油压高于5bar时，该逻辑不起作用。
5）在第8只油枪投入后，轻油泵出口调节阀压力设定值按照一定速率提高至17.2bar；并炉前调阀由阀位控制转化为负荷控制，接受ULC负荷控制指令。
经过试验，首只油枪投入时油压波动最大在4bar左右，其余油枪投入时油压波动逐渐减小，目前各机组轻油程控点火已经可以顺利进行。
4. 结论
1）在无回油管道设计的情况下，可以通过逻辑的控制优化可以达到稳定油压，点火成功的目的，但是此种方式对于轻油泵的长期稳定运行存在一定的考验。
2）在项目设计轻油系统时，应尽量考虑系统的稳定性，如无必要，尽量设计回油管道。
参考文献
［1］沙特延布三期超临界燃油电站锅炉说明书。
【作者简介】
李玉雷 青岛华丰电力工程有限公司 工程师