火电厂锅炉点火系统讲义课件

点火系统点火系统 热工班 一、点火系统的结构及工作原理一、点火系统的结构及工作原理 1、概述锅炉点火系统主要是在锅炉启动时，利用它来点燃主燃烧器的煤粉气流。另外，当锅炉机组需在低负荷下运行，或当燃煤质量变差时，由于炉膛温度降低危机煤粉着火的稳定性、炉内火焰发生脉动以至有熄火危险时，也用点火系统来稳定燃烧或作为辅助燃烧设备。2、结构型式：锅炉点火系统位于锅炉32米层。由浓缩型EI-XCL燃烧器、乏气管、分级风管、二次风箱（二次风和分级风风箱）、高能点火装置、炉前油系统、贴壁风风箱、火焰检测器等组成。（1）浓缩型EI-XCL燃烧器的原理和结构（见下图）：燃烧器布置在炉膛的前后拱上，并垂直于前后拱，前拱一排，后拱一排，每排各有12只燃烧器，每台锅炉共有24只燃烧器，其中12只燃烧器的二次风顺时针方向旋转，另12只逆时针方向旋转。燃烧器的布置见下图。工作原理：来自磨煤机的一次风煤粉气流在经过浓缩型EIXCL燃烧器弯头前，先通过一段偏心异径管加速，大多数煤粉由于离心力作用沿弯头外侧内壁流动，在气流进入一次风浓缩装置之后，使50%的一次风和10%15%煤粉分离出来，经乏气管垂直向下引到乏气喷口直接喷入炉膛燃烧，其余的50%一次风和85%90%的煤粉由燃烧器一次风喷口喷入炉内燃烧。本工程煤粉细度R90=6%，浓缩后一次风的煤粉浓度提高到1.01.1Kg煤粉/Kg空气，从而降低了煤粉着火所需的吸热量，有利于煤粉的着火与稳燃；旋流引入的内外二次风可及时卷吸高温热烟气并适时补充燃烧所需的空气，有利于煤粉的着火与燃尽。燃烧所需空气除了从拱上通过燃烧器内、外二次风套筒引入炉膛外，在下炉膛前后墙适当位置也布置了分级风，采用风墙的形式引入炉膛，形成了水冷壁四周的富氧气氛。分级风的控制与燃烧器的投入和停运相关联。实现分级燃烧，既可有效地抑制NOx的生成，也能防止水冷壁的结焦。燃烧器结构图推力装置部分：推力装置由推力轴承、轴承体、调整螺母等组成。泵产生的轴向力由平衡鼓平衡掉95%，其余残余轴向力由推力轴承承受。如果轴向力由电机承受，则没有此部分。轴承：泵内设有多处水润滑导轴承，用以承受泵转子径向力，其一在中间轴承座内，其二在密封函体内，其余的在工作部内。轴封：轴封可采用填料密封或机械密封，密封水管由出水口接至密封函体，密封水要求见随机产品外形图。联轴器：泵轴与传动轴用卡套和固定套连接；传动轴与电动机轴的连接用弹性柱销联轴器或刚性联轴器联接。工作原理工作原理:当电机带动轴上的叶轮高速旋转时，充满在叶轮内的液体在离心力的作用下，从叶轮中心沿着叶片间的流道甩向叶轮的四周，由于液体受到叶片的作用，使压力和速度同时增加，经过导壳的流道而被引向次一级的叶轮，这样，逐次地流过所有的叶轮和导壳，进一步使液体的压力能量增加。将每个叶轮逐级叠加之后，就获得一定扬程。燃烧器分布图（2）乏气管乏气管燃烧器煤粉浓缩装置分离出来的淡相风粉混合气流经乏气管(42610)送入炉膛。每台锅炉共24个乏气喷口，前后墙各12个，布置在燃烧器的下部，与燃烧器一一对应。在乏气管路上设有气动快关门，该风门的运行控制方式同磨煤机出口气动快关门。当某个燃烧器需要停运时，需将该燃烧器对应的乏气管道上气动快关门关闭。（3）分分级风管管每个燃烧器下部均设有分级风管，共24个分级风门。（4）风箱及二次箱及二次风控制控制锅炉采用开式大风箱，在锅炉的前、后拱各有一个开式大风箱，风箱中部设有隔板将二次风和分级风隔开。其中上层为二次风、下层为分级风。采用开式大风箱可使风量的调节满足最佳燃烧的要求，每个燃烧器的供风量与进入燃烧器的煤粉量相适应。二次风和分级风风量分别是由大风箱两侧风道上的4个二次风挡板和4个分级风挡板来控制的，挡板前需设测风装置，以精确地测定进入燃烧器和分级风的风量。在燃烧器调风器入口设有二次风调风套筒，控制调风套筒的位置（即开度）可以控制进入单个燃烧器的二次风量。共24个二次风套筒执行器。（5）高能点火装置高能点火装置每只燃烧器均配备一套高能点火装置，可对各燃烧器实现自动点火。高能点火装置由点火激励器、点火杆、点火电缆、油枪及组合式推进装置等组成。推进装置可分别带动点火杆和点火油枪实现进退动作。每套高能点火装置上均装有一支点火油枪，可用来点火、暖炉、升压及引燃和稳燃所属的煤粉燃烧器。油喷嘴采用简单机械雾化方式，24支油枪的总出力按锅炉BMCR所需热量的30%设计。每只油枪出力1800KG/H。（6）炉前油系炉前油系统 本工程炉前油系统是按锅炉BMCR所需热量的30%设计的，在进油管路上设有进油快关阀、供油流量计等；回油管路上设有回油快关阀、回油调节阀、回油流量计等。燃油压力调节是通过调节进油调节阀的开度来实现的。每个油枪均设有油角阀和吹扫阀，油角阀和吹扫阀均为气动球阀。二、二、点火系统控制柜点火系统控制柜 1、点火控制柜主要用于控制点火枪、油枪、油阀、吹扫阀的开、关，进、退。由12支控制箱，24支高能点火器，24套点火枪气动推进器，24套油枪气动推进器，24台油角阀，24台吹扫阀组成。高能点火器、点火枪、油枪由美国FORNEY公司提供。控制柜外形如下：点火控制柜面板：点火控制柜面板：2、点火控制柜、点火控制柜图纸：2、点火控制柜图纸：3、油、油枪投退投退顺控控油油枪正正常常投投退退一一般般由由顺控控操操作作。分分为正正常常投投、快快投投和和退退出出。在在DCS逻辑中中实现。1、油燃烧器正常投入子组进油枪油枪进到位开吹扫阀吹扫20s关吹扫阀进点火枪点火枪进到位点火器打火打火3s开油阀打火器持续打火12s停止打火、退点火枪2、油燃烧器快速投入子组进油枪油枪进到位进点火枪点火枪进到位点火器打火打火3s开油阀打火器持续打火15s停止打火、退点火枪3、油燃烧器退出子组关油阀进点火枪点火枪进到位点火器打火打火器持续打火15s停止打火、退点火枪吹扫阀开启吹扫60s关吹扫阀、退油枪。4、点火枪结构和工作原理我厂采用美国FORNEY公司的高能电弧点火器HESI MODEL312。输入电压：230VAC 50HZ。输出电压：2000VDC，12JOULES PER SPARK.HESI的点火头可产生12焦耳的点火花，点燃燃料和空气的混合物。HESI主要包括：电源箱、电缆和点火杆。其基本原理是将半导体电嘴的两个电极置于一个能量峰值很高的脉冲电压作用下，使半导体电嘴表面产生很强的电火花，每秒喷出3个火花，以此作为点火能源，把雾化了的燃油直接点燃。见下图：1、本机控制、计算机给定、开环运行、本机控制、计算机给定、开环运行 1、火焰火焰检测器器火焰检测器是点火系统中的重要设备。本期工程采用的火检设备为美国ABB公司生产的UVISOR智能火焰检测系统该系统主要由火焰检测器探头和MFD多功能放大器组成。智能MFD放大单元安装在机柜内，所有用于检测火焰和火焰相关信息的参数及数据都可以通过MFD设置，同时MFD配有基于Windows操作系统下的中文版软件MFD Manager,软件装载在PC机内，该软件同样可以实现对所有参数及数据的监视和修改以及记录等功能。我厂有煤火检24个，油火检24个，都采用红外线火焰检测器，它适用于检测煤火焰和轻油火焰。火焰检测器探头的类型：（1）红外线(IR)型感应检测器探头红外线(IR)型感应检测器探头型号为UR600 1000/2000IR型，外外观和和UR600紫紫外外线型型感感测器器探探头一一样，安安装装方方式式也也相相同同，只只是是这种种探探头内内部部芯芯片片与与紫紫外外线型型不不同同，它它是是用用来来检测轻油油点点火火，煤煤粉粉火火焰焰，或或两两种种燃燃料料共共同同使使用用时火火焰焰所所产生生的的闪烁信信号号，检测光谱范围从600纳米到3000纳米，它只接收由于燃料在燃烧时湍流而引起的闪烁部分的火焰信号，即燃烧的动态辐射部分，而对于加热了的锅炉内壁或热管线产生的静态辐射，即使它们强度再大，也并不敏感。（2）紫外线(UV)型感应检测器探头紫外线(UV)型感应检测器探头型号为UR600 1000/2000UV型，用于墙式安装方式，这种种探探头用用来来检测燃燃油油，燃燃气气火火焰焰，或或两两种种燃燃料料共共同同使使用用时火火焰焰所所产生生的的紫紫外外脉脉冲冲信信号号。检测光谱范围从190纳米到550纳米，可以在任何负荷情况下，在被检测火焰和从其它火焰来的干扰辐射之间，提供极好的辨别能力。如图3所示：二、二、火检 系统组成2 、火、火检探探头工作原理工作原理火焰燃烧特点及Uvisor火焰检测基本原理:研究发现，燃料和风的混合物在喷入炉膛燃烧时，喷口根部(火焰的初始三分之一处)流体的雷诺数(Re)都大于4000，形成湍流。又由于风速、煤粉量等因素不同，导致混合物燃烧工况一直不断变化，从而引起火焰辐射处于不停来回摆动状态。但无论怎样波动，它们的频率总是在一个固定的范围内变化，而且是从根部到尾部依次降低。Uvisor火焰检测系统抓住火焰在燃烧时这一特有的属性,利用火焰光谱自动分析技术，对炉膛火焰进行综合分析，给出适合本燃烧器的频率范围，既能将低于低切断频率的火焰信号滤除，也能将高于高切断频率的火焰信号滤除。由于炉膛内的火焰和热管壁基本属于静态辐射，即使火焰信号再强，其频率却远远低于低频率切断值，信号被滤除；其它燃烧器的火焰由于绝大部分都是尾部对被检测燃烧器火焰有影响，频率值也较低，同样被滤除；对于检测煤粉火焰的红外线检测器，由于气体和燃油等燃料燃烧的频率较高，基本高于煤粉燃烧时产生的频率，通过高切断频率将信号滤除。这样通过设置高、低切断频率充分保证了火焰检测器只采集本燃烧器的火焰信号，避免了“偷看”现象，极大地提高了检测准确度。UR600-1000UV火焰检测器由石英镜头、GaP（磷化钾）光电二极管感应元件及位于探头头部的信号调节/前置放大电路组成。GaP是一种磷化钾光敏电阻，其特点是对紫外线辐射特别敏感。燃料在燃烧时，由化学反应产生闪烁的紫外线辐射，使磷化钾光敏电阻感应，经过光电转换，再经放大器运算处理后，输出420mA的火焰强度信号。UR600-1000IR火焰检测器由石英镜头、PbS（硫化铅）红外线感应元件、弹性加长光纤及位于探头头部的信号调节/前置放大电路组成。PbS是一种硫化铅光敏电阻，其特点是对红外线辐射特别敏感。燃料在燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外线辐射，使硫化铅光敏电阻感应，经过光电转换，再经放大器运算处理后，输出420mA的火焰强度信号。UR600按安装方式又分：1000IR/2000IR-A 2种类型。-1000IR型适用于从燃烧器前面板直接对着火焰安装。带瞄准附件直窥式，对于墙式和对冲式燃烧工业锅炉。-2000IR/A型可以为刚性(ER)或柔性(EF)光纤延长器，EF型用于摆动燃烧型装置。柔性扩展光纤探针和外部托架，冷却软管和（接头）配件，对于四角倾斜燃烧器锅炉。我厂使用的是UR600 1000IR型火检探头，是采用直窥式，无扩展光纤。UR600 UV型探头型探头每个通道可以组态两种不同方法检测火焰，基于检测器的类型，这些方法是：（1）闪烁”放大器型：“闪烁”放大器型火焰探头的原理是由探头中的检测元件对火焰中红外线的闪烁效应进行检测。如下图所示，在MFD中，由一个数字滤波器对火焰探头送来的信号进行处理。该数字滤波器的高、低频切断频率和增益均是可调整的。这些过滤器参数由应用于微处理器的智能处理软件管理。并且运用对数转换器（分贝转换器）处理信号，以增加信号处理的动态范围。此检测结果减去炉膛背景强度就得到了实际使用的火焰信号强度输出。（2）“脉冲计数器型”：“气体放电管”紫外线火焰探头，当紫外线被检测到，“紫外线管”产生一个脉冲率信号。固态红外及紫外传感器“气体放电管”产生的脉冲信号随火焰强度变化而变化。这种技术被使用当传感器作为“脉冲输出”时预先处理。“气体放电管”产生的脉冲信号随火焰强度的变化而变化。其频率通过平均值等计算得到一个稳定而反应迅速的火焰检测信号。2种方法可以通过跳线实现，我厂都使用闪烁型。闪烁型的工作原理型的工作原理脉冲型的工作原理脉冲型的工作原理3 频率率检测不同燃料燃烧时，其火焰的脉动频率是不同的，如煤粉火焰脉动频率大约为l0Hz左右，油火焰为30Hz左右，这是由燃料的固有特性所决定的。由于这种特性，在多种燃料同时燃烧时，就可以检测到各种燃料的燃烧状态。例如：煤粉和油同时燃烧，要鉴别油枪火焰，尽管检测器探头只对准油枪火焰，但炉膛背景火焰(煤粉燃烧形成的火球)不可避免地被摄取，由于这两种火焰的脉动频率有明显的差异，油火焰的脉动频率大于煤火焰的脉动频率，采用高通滤波器就可将火焰信号中煤火焰的低频分量滤去，然后得到的信号就完全是油火焰的信号。交流电压信号进入频率检测回路后，首先经过半波整流变成“零基”方波信号，送入高通滤波器去。高通滤波器的频率设定在3100Hz范围内可调，可以在现场进行试验来确定频率设定值。如果将频率设定在30Hz左右，就可以保证只有油火焰电平信号频率分量通过，这样就可以区别油枪火焰状态和背景火焰状态。为了防止火焰脉动频率瞬时波动的影响，设置了延时电路，通常取延时时间为3s。4 故障检测故障检测故障检测回路能连续地将火焰信号的幅值与事先整定好的高、低值进行比较，当光电转换电路工作正常时，火焰信号电平在上限和下限之间的正常范围内。检测回路输出低电平，表示无故障。当探头、信号传送电缆或光电转换电路出现故障时，输入信号就会高于某高限或低于某低限值，检测回路将输出高电平，故障报警指示灯亮，“有火焰”指示信号被闭锁。由于火焰与负荷、燃料种类、风量、探头安装等各种因素有关，火焰大的强度和频率设定值不能简单地用某种方式表达出来，因此调整工作时比较复杂的，只有通过不断摸索才能得到最佳整定参数。火检探头的结构见图5三、三、UR600型火检探头的结构PCB板上的跨接设置：PCB板上的跨接设置：火检探头的故障处理：四、四、Uvisor-MFD多功能火焰多功能火焰检测智能智能控制控制单元元 1、UVISOR MFD。智能放大器单元MFD火焰检测智能控制单元基于微处理器的放大设备，具有同时接收两个检测器探头信号的能力，从每个探头来的信号送入它自己独立的通道，每个通道又有其自己的火焰继电器，以及可用户现场设置的010V或420mA的模拟输出。同时性能卓越的自诊断功能的持续运行保证了燃烧器控制的安全可靠。每4个单元装在一个19”安装支架内，所有支架又统一装在机柜内。我厂煤、油火检公用一个MFD，各用一个通道。共24个MFD模块。在各种不同锅炉负荷以及复杂的工况下，通过适当的运算，分析火焰闪烁光谱，调整放大器的参数，以获得最佳的检测效果。见下图。Uvisor-MFD多功能火焰多功能火焰检测智能控智能控制制单元元 ABB公司MFD的特点：多年来，在火焰检测器实际运行中，“偷看”（即当此火检已灭火，但此时火检探头会看到旁边火检而仍认为其有火，致使无法及时切除燃料导致燃烧恶化）一直是让人非常头痛的事情，一般的做法是设置一个“槛值”，对背景火焰进行遮挡，但只凭借“槛值”是很难保证准确性的。因为如果将其设置太高，则见火困难，设置太低，则容易偷看，即使在一个比较合适的数值，也会由于工况的不断变化而出现这样或那样的问题。在我们的研究中发现，燃料和风的混合物在喷入炉膛燃烧时，喷口根部(火焰的初始三分之一处)流体的雷诺数(Re)都大于4000，形成湍流，又由于风速、煤粉量等因素不同，导致混合物一直不断变化，从而引起火焰辐射处于不停来回摆动状态。但无论怎样波动，它们的频率总是在一个固定的范围内变化，而且是从根部到尾部依次降低。正是抓住了火焰在燃烧时这一特有的属性，UVIOSR除了对背景火焰进行处理外，还引入了火焰光谱的自动分析技术，给出适合本火嘴的低切断频率和高切断频率值，它既能将低于低切断频率的火焰信号滤除，也能将高于高切断频率的火焰信号滤除。由于炉膛内的火焰和热管壁基本属于静态辐射，即使其火焰信号再强，但频率却远远低于低频率切断值，信号被滤除。其它火嘴的火焰由于决大部分都是尾部对被检测火嘴有影响，频率值也较低，同样被滤除；对于检测煤粉燃烧火焰的红外线检测器，由于气体和轻油等燃料燃烧的频率较高，基本高于煤粉燃烧时产生的频率，通过高频切断将信号滤除。这样就保证了火焰检测器只采集本火嘴的火焰信号，极大提高了检测准确度。2、MFD的操作和显示 前面板见MFD面板1.LED CH-1 点亮时表示通道1火焰继电器（煤火检）已吸合（有火）2.LED CH-2 点亮时表示通道2火焰继电器（油火检）已吸合（有火）3.显示器LCD显示2x16个字母或数字4.菜单键能够浏览MFD的功能并且修改参数5.9针串行接口“COM”RS232串行输出接口 当“NET”LED(8)灯亮时表示本MFD已通过RS232接口连接到网络6.设置模式键允许/不允许修改参数。当 LED 灯闪烁时表示允许设置。7.安全LED当灯亮时表示MFD工作正常，相应的报警继电器上电。MFD面板MFD的操作键盘/显示示UVISOR MFD 在面板上提供一个带背景灯图像显示屏及一个软键盘来浏览和编程操作参数。“箭头”、“回车”和“退出”键允许浏览菜单选项及操作参数：.浏览选项.增/减已选择的参数.确认新的选项.确认命令.删除选项并返回先前的选项.退出命令 用户必须进入Set-upSet-up（设置）模式来编辑/修改已激活的操作参数。MFD有两个串口连接，RS232 在前面板，RS485 在后面XM1连接器上MFD的主菜单MFD通道的设置菜单3 3、MFDMFD的参数设置的参数设置 MFD能够根据不同的锅炉燃烧工况，采用多达四套的参数进行火焰检测，参数的选择由燃烧器管理系统完成。我厂使用两套参数（SET1和SET4）做为燃烧器投运/停运状态下的检测参数。当燃烧器投运时，DCS进行逻辑判断后发出一个“1”信号送至智能放大器MFD，确认已有燃料进入炉膛燃烧。这时，智能放大器MFD自动切换到SET1参数（有火模式）用于检测火焰；当燃烧器停运时，开关量信号变零，MFD自动切换参数到SET4（跟踪模式）进行炉膛背景火焰跟踪。参数调整转换可用端子盒的SET1和SET2输入来实现。电压可以来自VSET输出(24V)或来自于一个使用Cset（0V）作为参考点的远程设备。根据每个通道SET1和SET2输入逻辑电平，选择一套参数的设置。我厂只有SET1输入有线，SET2输入未使用，所以只使用了set1和set2这二套参数。由前面可知当SET1信号为1时，选设置1的参数。当SET1信号为0时，选设置4的参数。之所以使用设置1、设置4二套参数，主要是为了防止偷看现象。故SET1信号在DCS逻辑中如下：正常运行时，SET1为1。当油阀离开开位或分离器出口门关到位时，使SET1变为0，此时使用设置4，而设置4有很高的背景值B，从而判断此火检灭火，及时切断燃料。每一种工况设置参数范围如下：参数的定义和输出：参数的定义和输出：放大器MFD的每个通道产生三个输出信号：分别是火焰强度信号、有/无火状态信号和边际报警信号。通过MFD中数字滤波器的高、低频切断频率和增益对火焰探头送来的信号进行处理，处理后的检测值减去炉膛背景强度就得到了被检测火焰的强度信号。前面板的液晶显示，以dB为单位，用变化的条状线显示。有/无火状态信号和边际报警信号由火焰强度信号判断产生。火焰强度信号大于0 dB 时表示火焰信号数值大于背景值，火焰继电器上电且状态为有火。而负的火焰信号意味着火焰信号数值低于背景值，火焰继电器失电且状态为无火。无火状态信号必须经过延时输出，以防止火焰强烈波动时产生虚假信号。当火焰强度信号大于0dB 但低于设置的边际报警值时,MFD 将发出报警。模拟量输出提供电压(0-10V)或者毫安(4-20mA)两种信号。有三种可调整的响应范围：我厂的量程为：0-30dB。火焰信号的输出有一延时功能，以防止火焰强度快速波动时发出无火信号。时间参数“DW”当火焰信号强度高于0dB但低于预设的边际报警（PA）值时,MFD发出边际报警。边际报警“PA”Uvisor-MFD 参数管理软件参数管理软件该软件是为配合Uvisor-MFD智能单元，在Windows平台上开发的火焰检测软件。在MFD前面板有一个DB9(九针)RS-232网络端口。通过该串行端口，可以将每个MFD与上位机进行通讯；在MFD背部还设有一个RS-485多路网络端口，通过RS-485多路网络端口可以将整台锅炉上所有的MFD以“菊花链”的形式连接。它可以通过多点MODBUS网络，连接整台锅炉上的智能单元，实现对所有火焰检测器的统一管理。其主要性能是：所有MFD参数的组态和存档：每个被连接单元的参数可以上载、存储，以及在以后更换时下载。所有被连接单元有关硬件的报警，全部记录下来，以供今后评价分析。每个火焰的信号趋势，都能显示和记录，以供在线和以后的分析。辅助 MFD智能单元计算最佳检测参数。显示和存储火焰光谱，为今后进行火焰分析提供强有力的手段。通过此套软件，工作人员只需要一台电脑，就能够很轻松地在办公室 监视和管理所有的火焰检测器的运行，同行还可以随时修改组态以适合运行中的特殊情况和要求，省去了诸多到锅炉现场和主控室的繁劳，真正实现了生产管理的自动化。4、背板接口引线分配接口引线分配 主要信号如下：每个双放大器智能单元 DI:2个 AO：2个 DO:3个分配情况:DI 油和煤各一个用于对MFD内SET参数的切换AO 油和煤各一个用于4-20mA或0-10V模拟量输出DO 油和煤各一个有火焰开关量输出和一个故障点开关量输出AI：信号来自就地火检探头,总共5根线。分别为：A：屏蔽线 B:自检信号 C:0V D:+24V E:信号线5、诊断MFD所有的诊断任务在前面板有一个“SAFE”（安全）指示。在其背后连接器有一个SPDT继电器接点提供给其他系统的接口。“SAFE”（安全）驱动监视继电器。在上电时当MFD通过诊断测试时，“SAFE”(安全)继电器闭合及相关的LED指示灯变亮。一旦在诊断测试时发生致命的错误，监视继电器断开。万一发生故障，MFD单元完成在线诊断任务，发布错误信息（见下部分诊断信息参考表）。如果没有监测到致命故障，不会停止整个设备的工作，仅发生故障部分处于失效状态。“SAFE”指示灯在前面板上闪烁。一旦故障影响到所有功能的情况下“SAFE”继电器才会失电；在此情况下火焰继电器最终也要失电。这些错误信息可通过网络传送至监控系统，并列在MFD监视器中“事 件清单”。谢谢 谢谢