CN110296386B - 一种混烧煤气的燃煤机组fcb工况下的燃料控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混烧煤气的燃煤机组FCB工况下的燃料控制方法，通过将燃煤机组的炉膛燃烧器设计为从上至下的九段，且分别采用不同的燃烧器，根据不同的运行段进行相应的切除控制。其是专门适用于该特殊类型机组在FCB事故工况下的燃料控制方法，该方法使得混烧煤气的燃煤机组在发生FCB时，能快速合理地切除及调节燃料，稳定锅炉燃烧及抑制蒸汽压力飞升，使平稳地过渡到FCB的目标负荷下运行，减少了机组不必要的停机损失，给电厂的安全经济运行提供了可靠保证。

Description

一种混烧煤气的燃煤机组FCB工况下的燃料控制方法

技术领域

本发明属于火电厂发电机组自动化控制技术、具体涉及一种混烧煤气的燃煤机组FCB工况下的燃料控制方法。

背景技术

随着电力技术的不断发展，自动化控制技术在电站控制领域得到了广泛的应用，火电厂发电机组的装机容量越来越大，机组运行参数的控制要求相应提高，对机组自动调节和故障处理能力也提出了较高的要求，仅仅靠运行人员的操作无法满足机组故障工况下的快速响应及处理的要求。当电网发生故障时，机组与电网解列，锅炉快速减少燃料，旁路阀快速开启实现电厂机组仅带厂用电运行；或汽机发生故障时，快速降负荷停机不停炉，待故障在短期内排除后立即重新启动并网，该特殊的事故处理功能称为Fast Cut Back (简称FCB)。FCB成功，电网或汽机故障在短时间内消除后，机组能迅速恢复供电，即有利于电网安全，也能节约锅炉重新启动的成本，又减少了锅炉跳闸造成的寿命消耗。

发生FCB的情况有两种，一是汽机发生故障使汽机跳闸；二是由于电气方面的原因使机组与电网解列，只能带少量厂用电负荷，这两种情况下，锅炉都应在短时间内快速稳定并维持低负荷运行，以便故障消除后机组能迅速正常发电，这就要求在发生事故后快速、合理地减少燃料量，切除部分燃烧器，来控制主蒸汽压力的飞升，使锅炉能安全稳定地维持在低负荷运行。如果燃料切除过快，会引起锅炉内燃烧不稳定，炉内温度变化过快，造成锅炉管壁热应力过大，影响设备安全性，如果燃料系统切断过慢，则难以及时抑制压力飞升。

燃煤火力发电机组是我国电力工业的主要构成部分，对于常规的单一燃煤机组而言，FCB功能的实现方法国内已积累较多经验，技术较为成熟，应用也较为广泛。而对于特殊类型机组，如某些钢铁企业自备电厂混烧煤气的燃煤机组，为了减少煤气放散和环境污染，提高能源利用率，混烧了大量的炼钢炼铁副产品高炉煤气(简称BFG)和焦炉煤气(简称COG)，BFG热值很低，燃烧稳定性差； COG为炼焦炉副产品，其热值和可燃物含量均较高，可作为助燃用。为了适应混烧煤气的燃烧特性，锅炉炉膛、燃烧器等设备均根据燃料的特点来进行设计及配置，有别于常规单一燃煤机组，这也使得该类型机组的FCB功能设计方案与国内大多数的常规单一燃煤发电机组相比存在较大差异，控制策略更为复杂。

综上所述，FCB功能是火电厂发电机组自动响应及处理事故的重要功能之一，考验了机组自动控制系统功能及机组各设备的综合性能，对于特殊类型机组，如某些钢铁企业自备电厂混烧煤气的燃煤机组，因煤气热值偏低，燃烧不稳定，煤气中不可燃的惰性气体造成混烧后煤粉燃烧不充分等特性，为了适应混烧煤气的燃料特性，锅炉炉膛、燃烧器等设备的设计及配置和常规单一燃煤机组相比差异很大，必须在其燃料控制方法上有所突破。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种混烧煤气的燃煤机组 FCB工况下的燃料控制方法，能够实现机组FCB事故工况下的全自动快速处理及全过程稳定运行。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种混烧煤气的燃煤机组FCB工况下的燃料控制方法，包括以下步骤：

A.将燃煤机组的炉膛燃烧器共设计配置为九段，包括从上至下分别为F段的COG燃烧器、K、J、I、H、G段的煤粉燃烧器、E段的 COG和燃油燃烧器、C、B段的BFG燃烧器；

B.当FCB动作后，机组协调控制系统自动计算FCB快减负荷的目标值、总燃料指令和变化率，维持适当的锅炉燃烧率，协调DCS 系统各子系统动作；

C.当FCB快减负荷动作后，BMS燃烧管理系统系统、SCS-B 锅炉辅机控制系统系统切除相应段的COG燃烧器、煤粉燃烧器，并稳定燃油流量、投入点火器进行稳燃，调节保留层的燃料量，以确保炉内燃烧的平稳过渡并保持主蒸汽压力的稳定。

在除E段以外的各段的四角均布置有一个相应的燃烧器，且每个燃烧器均配置一个轻油点火器。

所述的E段的COG和燃油燃烧器切换或同时使用。

在步骤C中，

若仅K、J、I、H、G段运行时，当FCB动作后，控制I、H、G 段煤粉燃烧器切除，仅保留J、K段煤粉燃烧器运行；

若K、J、I、H、G、E段运行，且E段采用燃油燃烧器时，FCB 动作后，控制I、H、G段煤粉燃烧器切除，仅保留J、K段煤粉燃烧器运行，并将E段的燃油燃烧器其中一组对角的两个切除，保留另一组对角的两个运行，维持总燃油额定流量的10％；

若F、K、J、I、H、G、E段运行，且E段采用燃油燃烧器时， FCB动作后，控制I、H、G段煤粉燃烧器切除，仅保留J、K段煤粉燃烧器运行，并将E段的燃油燃烧器其中一组对角的两个切除，保留另一组对角的两个运行，维持总燃油额定流量的10％；将F段的 COG燃烧器全部切除；

若F、K、J、I、H、G、E段运行，且E段采用COG燃烧器时， FCB动作后，控制I、H、G段煤粉燃烧器切除，仅保留J、K段煤粉燃烧器运行，控制E段的COG燃烧器保持10％额定量，将F段的COG燃烧器全部切除；

若F、E段运行，且E段采用COG和燃油燃烧器时，FCB动作后，将E段的燃油燃烧器其中一组对角的两个切除，保留另一组对角的两个运行，维持总燃油额定流量的10％，并控制E段的COG 燃烧器保持10％额定量，将F段的COG燃烧器全部切除；

若E段运行，且E段采用燃油燃烧器时，FCB动作后，燃料保持不变。

在步骤C中，

若切除B、C段的BFG时，BFG燃烧器按照自C层至B层的顺序，间隔相应时间依次切除。

在步骤C中，

K、J、I、H、G段的煤粉燃烧器和E段的燃油燃烧器的点火器按从K到E，以1.25s的间隔时间依次自动点火以稳燃。

本发明提出并设计了这种专门适用于该特殊类型机组在FCB事故工况下的燃料控制方法，该方法使得混烧煤气的燃煤机组在发生 FCB时，能快速合理地切除及调节燃料，稳定锅炉燃烧及抑制蒸汽压力飞升，使平稳地过渡到FCB的目标负荷下运行，减少了机组不必要的停机损失，给电厂的安全经济运行提供了可靠保证。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式本发明进行详细说明：

图1是本发明的炉膛燃烧器的设计分层的原理示意图；

图2是本发明的某一层的燃烧器四角布置示意图；

图3是本发明的燃料控制方法的流程框图。

具体实施方式

本发明的混烧煤气的燃煤机组FCB工况下的燃料控制方法如图 1所示，本发明将燃煤机组的炉膛燃烧器共设计配置为九段，包括从上至下分别为F段的COG燃烧器、K、J、I、H、G段的煤粉燃烧器、 E段的COG和燃油燃烧器、C、B段的BFG燃烧器；如图2所示，该图为除之外的E段锅炉层燃烧器的水平面示意图，每层四角各布置一个相应的燃烧器，每个燃烧器均配置一个轻油点火器。

当汽机发生故障使汽机跳闸或由于电气方面的原因使机组与电网解列，触发FCB动作时，机组DCS控制系统的各子系统协作，根据FCB动作前煤、燃油、煤气投用的情况，自动执行以下指令。

机组协调控制系统自动计算FCB的目标值、总燃料指令和变化率，维持适当的锅炉燃烧率，协调DCS系统各子系统动作。FCB动作后，为确保锅炉稳定在最低负荷下运行，需计算准确的最低负荷对应的总燃料量，FCB根据锅炉最低负荷需求计算得到主燃料煤的指令为40％，调节保留运行的给煤机煤量。

FCB快减负荷动作后，BMS燃烧管理系统系统、SCS-B锅炉辅机控制系统系统自动、快速切除相应层煤气、煤粉燃烧器，并稳定燃油流量、投入点火器进行稳燃，调节保留层的燃料量，以确保炉内燃烧的平稳过渡并保持主蒸汽压力的稳定。

FCB动作后，燃料控制及切除的基本策略是：

(1)锅炉炉膛燃烧器共配置九层，每层四角均各布置一个燃烧器，切除层燃烧器时，四角燃烧器同时切除，该策略适用于除E段以外的任意层燃烧器；E段燃烧器为燃油和COG两种燃料切换使用，当使用燃油时，切除燃烧器的方式为4个全切除或对角一组(2个)切除；

(2)热值偏低，燃烧不稳定的BFG燃料全部切除。为避锅炉炉膛负压波动大，采用依次间隔切除BFG燃烧器的方式，切除顺序是自上而下。

(3)COG燃料根据FCB动作前燃料的组合形式，或切除，或部分保留。切除时，优先切除上层的COG燃烧器。

(4)煤层燃烧器的切除数量根据FCB动作前燃料的组合形式确定，切除顺序自下而上，依次间隔切除，禁止煤层燃烧器隔层运行。联锁被切除煤层对应的给煤机停，联锁被切除煤层对应的磨煤机停，一次风机出口门关闭。

(5)燃油燃料根据FCB动作前燃油燃烧器运行数量和燃油流量大小自动计算FCB动作后燃油的控制指令。

(6)FCB动作快速减负荷时，燃料的快速切除不利于锅炉燃烧的稳定，为确保事故工况下的稳定性，煤层、燃油层燃烧器的轻油点火器按照自上而下的顺序，依次间隔点火助燃自动投入以助燃。

各燃料的切除细节方案随FCB动作前燃料组合方式不同，主要包括以下几种工况：

若仅K、J、I、H、G段运行时，当FCB动作后，控制I、H、G 段煤粉燃烧器切除，仅保留J、K段煤粉燃烧器运行；

若K、J、I、H、G、E段运行，且E段采用燃油燃烧器时，FCB 动作后，控制I、H、G段煤粉燃烧器切除，仅保留J、K段煤粉燃烧器运行，并将E段的燃油燃烧器其中一组对角的两个切除，保留另一组对角的两个运行，维持总燃油额定流量的10％；

若F、K、J、I、H、G、E段运行，且E段采用燃油燃烧器时， FCB动作后，控制I、H、G段煤粉燃烧器切除，仅保留J、K段煤粉燃烧器运行，并将E段的燃油燃烧器其中一组对角的两个切除，保留另一组对角的两个运行，维持总燃油额定流量的10％；将F段的 COG燃烧器全部切除；

若F、K、J、I、H、G、E段运行，且E段采用COG燃烧器时， FCB动作后，控制I、H、G段煤粉燃烧器切除，仅保留J、K段煤粉燃烧器运行，控制E段的COG燃烧器保持10％额定量，将F段的COG燃烧器全部切除；

若F、E段运行，且E段采用COG和燃油燃烧器时，FCB动作后，将E段的燃油燃烧器其中一组对角的两个切除，保留另一组对角的两个运行，维持总燃油额定流量的10％，并控制E段的COG 燃烧器保持10％额定量，将F段的COG燃烧器全部切除；

若E段运行，且E段采用燃油燃烧器时，FCB动作后，燃料保持不变。

若切除B、C段的BFG时，BFG燃烧器按照自C层至B层的顺序，间隔相应时间依次切除。

K、J、I、H、G段的煤粉燃烧器和E段的燃油燃烧器的点火器按从K到E，以1.25s的间隔时间依次自动点火以稳燃。

另外，

1、BFG、COG煤气燃烧器的切除方法：关闭对应的煤气燃烧器前煤气支管管路上的阀门。

2、燃油燃烧器的切除方法：安装在燃烧器处的燃油枪退出(每个燃油燃烧器处安装有1根燃油枪)，关闭对应的燃油燃烧器前燃油支管管路上的阀门。

3、煤段燃烧器的切除方法：

5层煤段燃烧器，分别对应配置5台磨煤机、5台给煤机以及5 台一次风机。以G层煤段燃烧器为例，对应配置G磨煤机、G给煤机和G一次风机，煤进入G磨煤机后研磨磨细为煤粉，再进入G给煤机，通过G一次风机产生的风把G给煤机内的煤粉吹出，经煤粉 4路支管管路运送G层的4个煤粉燃烧器，再进入炉膛燃烧。

4、切除煤段燃烧器的方法：即停用该煤段燃烧器对应的给煤机、磨煤机，并关闭一次风机出口门。

综上所述，

本发明公开了一种混烧煤气的燃煤机组FCB工况下的燃料控制方法，即对于特殊类型机组，如某些钢铁企业自备电厂混烧了大量炼钢炼铁副产品BFG和COG的燃煤机组，因混烧煤气的燃烧特性，使得该类型机组的FCB工况下的设计方案与国内大多数的常规单一燃煤发电机组相比存在较大差异，控制策略更为复杂的状况，因此，提出并设计了这种专门适用于该特殊类型机组在FCB事故工况下的燃料控制方法，该方法使得混烧煤气的燃煤机组在发生FCB时，能快速合理地切除及调节燃料，稳定锅炉燃烧及抑制蒸汽压力飞升，使平稳地过渡到FCB的目标负荷下运行，减少了机组不必要的停机损失，给电厂的安全经济运行提供了可靠保证。

通过该方法在某钢铁企业自备电厂混烧高炉煤气和焦炉煤气的燃煤机组的试用实施，取得了良好效果，对于类似的发电机组，具有良好的推广价值。

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种混烧煤气的燃煤机组FCB工况下的燃料控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.将燃煤机组的炉膛燃烧器共设计配置为九段，包括从上至下分别为F段的COG燃烧器、K、J、I、H、G段的煤粉燃烧器、E段的COG和燃油燃烧器、C、B段的BFG燃烧器；

B.当FCB动作后，机组协调控制系统自动计算FCB快减负荷的目标值、总燃料指令和变化率，维持适当的锅炉燃烧率，协调DCS系统各子系统动作；

C.当FCB快减负荷动作后，BMS燃烧管理系统、SCS-B锅炉辅机控制系统切除相应段的COG燃烧器、煤粉燃烧器，并稳定燃油流量、投入点火器进行稳燃，调节保留层的燃料量，以确保炉内燃烧的平稳过渡并保持主蒸汽压力的稳定，

在步骤C中，

若仅K、J、I、H、G段运行时，当FCB动作后，控制I、H、G段煤粉燃烧器切除，仅保留J、K段煤粉燃烧器运行；

若K、J、I、H、G、E段运行，且E段采用燃油燃烧器时，FCB动作后，控制I、H、G段煤粉燃烧器切除，仅保留J、K段煤粉燃烧器运行，并将E段的燃油燃烧器其中一组对角的两个切除，保留另一组对角的两个运行，维持总燃油额定流量的10％；

若F、K、J、I、H、G、E段运行，且E段采用燃油燃烧器时，FCB动作后，控制I、H、G段煤粉燃烧器切除，仅保留J、K段煤粉燃烧器运行，并将E段的燃油燃烧器其中一组对角的两个切除，保留另一组对角的两个运行，维持总燃油额定流量的10％；将F段的COG燃烧器全部切除；

若F、K、J、I、H、G、E段运行，且E段采用COG燃烧器时，FCB动作后，控制I、H、G段煤粉燃烧器切除，仅保留J、K段煤粉燃烧器运行，控制E段的COG燃烧器保持10％额定量，将F段的COG燃烧器全部切除；

若F、E段运行，且E段采用COG和燃油燃烧器时，FCB动作后，将E 段的燃油燃烧器其中一组对角的两个切除，保留另一组对角的两个运行，维持总燃油额定流量的10％，并控制E段的COG燃烧器保持10％额定量，将F段的COG燃烧器全部切除；

若E段运行，且E段采用燃油燃烧器时，FCB动作后，燃料保持不变。

2.根据权利要求1所述的一种混烧煤气的燃煤机组FCB工况下的燃料控制方法，其特征在于：

在除E段以外的各段的四角均布置有一个相应的燃烧器，且每个燃烧器均配置一个轻油点火器。

3.根据权利要求1所述的一种混烧煤气的燃煤机组FCB工况下的燃料控制方法，其特征在于：

所述的E段的COG和燃油燃烧器切换或同时使用。

4.根据权利要求1所述的一种混烧煤气的燃煤机组FCB工况下的燃料控制方法，其特征在于：

在步骤C中，

若切除B、C段的BFG时，BFG燃烧器按照自C层至B层的顺序，间隔相应时间依次切除。

5.根据权利要求1所述的一种混烧煤气的燃煤机组FCB工况下的燃料控制方法，其特征在于：

在步骤C中，

K、J、I、H、G段的煤粉燃烧器和E段的燃油燃烧器的点火器按从K到E，以1.25s的间隔时间依次自动点火以稳燃。

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