Совершенствование системы газоснабжения горелок газомазутного котла

За последние десятилетия совершенствование систем газоснабжения энергетических котлов проходило в основном в направлении дальнейшей автоматизации, развития защит и блокировок. Целью является обеспечение безопасности, надежности системы газоснабжения, а также в целом соответствие требованиям промышленной безопасности производственных объектов.

Наиболее значимые изменения в газоснабжении котлов сводятся к следующим усовершенствованиям:

1. Для расширения диапазона устойчивой работы газовых горелок используется двухколлекторная система газоснабжения. Каждая горелка оснащается двумя кольцевыми газовыми коллекторами с автономным подводом газа и регулирующими органами.

• 2. Для исключения взрывов в топке при растопке котла расширено число пусковых горелок — по новым нормативным документам в розжиге факела могут принимать в качестве растопочных горелок все основные горелки. Поэтому все горелки в настоящее время при одноярусной и многоярусной компоновке должны оснащаться подводом пускового топлива с соответствующей арматурой.
• 3. Установка сдвоенной арматуры на газопроводе к каждой горелке.
• 4. Дальнейшая автоматизация, развитие защит и блокировок в системе газоснабжения.

Автоматизация систем газоснабжения

Большую роль в обеспечении надежности, эффективности и безопасности эксплуатации энергетических котлов играет программнотехнический комплекс «АМАКС» [22; 23]. Он обеспечивает:

• — внедрение безопасной технологии розжига и эксплуатации горелки при работе на газе;
• — проверку герметичности газового оборудования перед розжигом и плавный розжиг горелок любой мощности на малых расходах газа и воздуха, что позволяет избежать хлопка в топке;
• — блокировку всех неправильных действий оператора, т. е. из процесса розжига и обеспечения безопасности исключается так называемый человеческий фактор;
• — автоматический розжиг горелок;
• — погорелочное управление мощностью топки, что позволит исключить локальные перегревы и снизить содержание NO_v в дымовых газах;
• — приведение системы газоснабжения котла в полное соответствие Правилам безопасности в газовом хозяйстве («Правила безопасности систем газораспределения и газопотребления» ПБ12—529—03).

Состав технологического оборудования комплекса:

• — блок газооборудования Б Г;
• — комплект защитно-запального устройства (ЗЗУ); газовое оборудование на общем газопроводе котла;

— регулирующий шибер воздуха с электроприводом на воздуховоде к горелке.

Блок газооборудования БГ — техническое средство, позволяющее обеспечить безопасную технологию розжига и управления газовой частью горелки, а также регулирование расхода газа через нее от 0 до номинального значения.

Блок газооборудования БГ состоит из следующих элементов:

• — два клапана отсечных с электроприводом (клапаны 1 и 2), обеспечивающие подачу/отключение газа к горелке (взвод плавный, закрытие мгновенное);
• — клапан безопасности электромагнитный, обеспечивающий соединение с атмосферой межклапанного пространства (объема газопровода между клапанами 1 и 2) при закрытом состоянии клапанов;
• — регулирующая заслонка с электроприводом, обеспечивающая управление расходом газа через горелку;

клапан запальника электромагнитный, обеспечивающий управление подачей газа к запальнику;

• — клапан опрессовки электромагнитный в комплекте с калибровочным дросселем и электроконтактным манометром, обеспечивающий возможность дистанционной/автоматической проверки плотности арматуры газового блока;
• — ручные краны шаровые, использующиеся для ремонтного отключения арматуры блока. При работе блока они всегда открыты;
• — ручной кран шаровой, использующийся при продувке газопровода перед Б Г. При работе блока кран всегда закрыт.

Блок газооборудования БГ устанавливается перед каждой горелкой.

Комплект ЗЗУ состоит из электрозапальника с контрольным электродом, источника высокого напряжения и прибора контроля пламени горелки. ЗЗУ устанавливается перед каждой горелкой и входит в комплект поставки ПТК «АМАКС».

Газовое оборудование на общем газопроводе котла состоит из двух задвижек, кольца-заглушки, диафрагмы для измерения расхода газа, предохранительно-запорного клапана, регулирующей заслонки расхода газа на котел. Все это газовое оборудование не входит в комплект поставки ПТК «АМАКС», но по пожеланию заказчика может быть включено в поставку. Регулирующий шибер воздуха с электроприводом на воздуховоде к горелке необходим для обеспечения плавного розжига на малых расходах воздуха и поддержания оптимального соотношения «газ — воздух» на каждой горелке. Шибер воздуха и электропривод не входят в комплект поставки ПТК «АМАКС», но по желанию заказчика могут быть включены в поставку.

Реконструкция системы управления горелками на базе серийных средств ПТК «АМАКС» предполагает сохранение (с корректировкой в случае несоответствия современным нормам) существующих схем защит, блокировок и авторегуляторов. В ПТК «АМАКС» реализованы дополнительные (локальные) блокировки и защиты, обеспечивающие отключение только данной горелки. Для согласования действий средств ПТК «АМАКС» с существующими схемами защит и блокировок между ними осуществляется обмен информацией на уровне сигналов типа «сухой контакт». Комплекс универсален для котлов с любым количеством горелок, вплоть до 24.

Комплекс предполагает автоматизацию только газовой части горелок, но при этом учитывает необходимость перехода (во время работы котла) на резервное топливо и обратно как с отключением горелки, так и без отключения. В комплект системы управления горелками ПТК «АМАКС» входит набор всех необходимых датчиков и приборов, позволяющих управлять горелкой и контролировать ее работу как дистанционно, так и по месту ее расположения.

Система управления горелками ПТК «АМАКС» реализует следующие функции:

автоматический (от нажатия пусковой кнопки), а при необходимости ручной (по месту) розжиг/отключение газовой части горелки;

автоматическое отключение горелки при нарушении технологического процесса при ее розжиге или работе;

автоматическое отключение всех горелок (по команде из существующих схем защит) при нарушении технологического процесса работы котла;

автоматическое отключение или снижение мощности части горелок по команде «разгрузка» из существующих схем защит;

автоматическое, дистанционное и местное управление мощностью каждой газовой горелки индивидуально (погорелочное управление мощностью);

автоматическое, дистанционное и местное регулирование соотношения давлений «газ — воздух» перед каждой горелкой индивидуально (погорелочное управление качеством сжигания топлива);

возможность разделения горелок на группы и дистанционное управление мощностью групп горелок в топке (дистанционное управление мощностью ведущей горелки в группе и автоматическое отслеживание ее мощности ведомыми горелками группы);

дистанционное и автоматическое (от управляющих импульсов существующего на котле регулятора нагрузки) управление мощностью топки (при наличии одной ведущей горелки в топке);

сохранение возможности управления мощностью по старой технологии (индивидуальные регуляторы расхода газа и воздуха на горелку полностью открыты, а расход газа и воздуха изменяется существующими регуляторами);

возможность автоматического перераспределения мощности горелок по объему топки для исключения локальных перегревов;

при многоярусном расположении горелок возможность снижения содержания NO_v в дымовых газах путем различной настройки качества сжигания топлива в горелках верхнего и нижнего ярусов;

возможность перевода горелки на резервное топливо и обратно как с отключением ее на время перевода, так и без отключения;

автоматическое и дистанционное регулирование заданного давления газа в газопроводе котла (необходимо регулировать при розжиге горелок в случаях, когда давление газа с ГРП более 0,08 МПа);

отображение текущего процесса работы горелок на мнемосхемах (положение регулирующих органов, положение арматуры газовых блоков, значения измеряемых параметров и т. п.);

регистрацию измеряемых технологических параметров во времени (давление газа, давление воздуха) каждой горелки;

регистрацию во времени событий (плановых отключений горелок, аварийных отключений с указанием причины отключения и т. п.) протекающего технологического процесса.

На рис. 10.8 показаны схемы газового тракта с системой АМАКС.

Схема газового тракта № 1: 1 горелка, полная газовая схема с блоком клапанов «АМАКС».

Схема газового тракта № 3: 1 горелка, полная газовая схема Рис. 10.8. Схемы газового тракта с системой «АМАКС» (часть 1).

Схема газового тракта № 9: п горелок, один общий первый клапан-отсекатель.

Схема газового тракта № 10: л горелок, полная газовая схема Рис. 10.8. Схемы газового тракта с системой «АМАКС» (часть 2).

Функции системы изменений, защит, блокировок в схеме газоснабжения:

• 1. Обеспечивается измерение давления газа в газопроводе котла до и после регулирующего клапана;
• 2. Предусматривается оснащение следующими технологическими защитами:
• 2.1) действующими на отключение подачи газа на горелку при оснащении всех горелок котла ПЗК и ЗЗУ по не воспламенению или погасанию факела этой горелки;
• 2.2) действующими на отключение подачи газа на котел:
  • — при не воспламенении или погасании факела растопочной горелки в процессе розжига котла;
  • — при понижении давления газа после регулирующего клапана ниже заданных значений (при сжигании газа как вспомогательного топлива одновременно с другими видами топлива).
• 2.3) действующими на снижение нагрузки котла до 50% при отключении:
  • — одного из двух дымососов;
  • — одного из двух дутьевых вентиляторов;
  • — одного из двух регенеративных воздухоподогревателей.
• 3. Котельная установка должна быть оснащена блокировками, запрещающими:
  • — открытие запорного устройства на газопроводе-вводе к котельной установке при открытом положении хотя бы одного запорного устройства на газопроводах перед каждой горелкой;
  • — включение ЗЗУ и подачу газа к горелкам без предварительной вентиляции топки котла в течение не менее 10 мин;
  • — розжиг горелок, не оснащенных ПЗК, пока все растопочные горелки не будут включены в работу;
  • — подачу газа в горелку в случае закрытия воздушного шибера (клапана) перед горелками или отключении вентилятора, работающего на эту горелку;
  • — подача газа в растопочную горелку и горелку, оснащенную ПЗК, при отсутствии растопочного факела на ее ЗЗУ;
  • — подачу газа в горелку, не оснащенную ПЗК, при отсутствии растопочного факела на ее запальном устройстве;
  • — открытие (закрытие) запорного устройства трубопровода, безопасность при открытом (закрытом) положении обоих запорных устройств перед горелкой (для вновь вводимых котлов).

• 4. На котельных установках должна быть предусмотрена сигнализация, оповещающая:
  • — о понижении или повышении давления газа после регулирующего клапана относительно заданных значений;
  • — о снижении давления воздуха в общем коробе или в воздуховодах относительно заданного значения (кроме котлов, работающих под наддувом);
  • — о наличии факела на горелках котла, оснащенных ЗЗУ;
  • — о наличии растопочного факела ЗЗУ;
  • — о наличии растопочного факела ЗУ;
  • — о погасании факела в топке котла;
  • — о срабатывании защит.
• 5. Выполнение блокировок и защит на останов котла и перевод его на пониженную нагрузку должны осуществляться по техническим условиям, согласованным с заводом-изготовителем котельной установки или ведомственной нормативно-технической документации, согласованной с заводом-изготовителем.
• 6. Ввод и вывод защит и блокировок, препятствующих пуску или останову котла, должны осуществляться: для защит по погасанию общего факела и факела растопочной горелки — автоматически, для остальных защит и блокировок — либо автоматически, либо существующими в схемах защит средствами ввода-вывода. Вывод из работы устройств технологической защиты блокировок и сигнализации на работающем оборудовании разрешается только в случаях: необходимости отключения защиты, обусловленной производственной инструкцией по эксплуатации котла; очевидной неисправностью или отказом.

Отключение должно выполняться с разрешения начальника смены станции и с обязательным уведомлением главного инженера или начальника котельной. Ремонтные и наладочные работы в цепях включенных защит, блокировок и сигнализации без получения разрешения запрещаются.

7. Защита при не воспламенении или погасании факела любой растопочной горелки при растопке котла выполняется отдельно для газа и для мазута. Факел горелки контролируется индивидуальным прибором для каждого вида сжигаемого топлива или общим прибором на все виды топлива. Защита срабатывает при погасании факела горелки или не воспламенении топлива в процессе его розжига. Контроль факела начинается через промежуток времени до 9 с после начала открытия запорного устройства на подводе газа к горелке и продолжается, пока защита введена. Для всех котлов, кроме пылеугольных котлов ЗиО, защита вводится автоматически при давлении газа перед котлом, превышающим установку защиты по понижению давления газа после регулирующего клапана, после начала открытия задвижки на подводе газа к любой растопочной горелке. Защита выводится либо при закрытии задвижки или ПЗК на газопроводе ввода к котлу, либо при вводе защиты «Погасание факела в топке».

Для пылеугольных котлов ЗиО защита вводится и выводится специальным ключом.

Защита действует на отключение всех запальных устройств, на немедленное закрытие ПЗК и запорного устройства на газопроводе-вводе к котлу, на подводе газа к запальным устройствам и ко всем горелкам, а также при погасании газового факела — на открытие трубопроводов безопасности (если на газопроводе к каждой горелке установлены по две задвижки с электроприводом).

8. Защита при погасании факела в топке срабатывает, если все приборы, контролирующие общий факел в топке (секции топки), зафиксируют его погасание, и действует на останов котла. Факел в топке (секции топки) контролируется для энергетических котлов не менее чем двумя комплектами приборов, для водогрейных котлов — одним комплектом.

Защита вводится автоматически при появлении сигналов о наличии факела от приборов контроля общего факела и если открыты задвижки на одном топливе ко всем растопочным горелкам. Защита выводится с выдержкой времени до 3 мин от момента срабатывания выходных реле защит, действующих на останов котла.

9. Защита по понижению давления газа после регулирующего клапана выполняется для энергетических котлов по схеме «два из двух», на водогрейных котлах — с одним датчиком. Давление контролируется до отвода к горелкам. На газовых котлах защита действует на останов котла. На котлах, сжигающих два вида топлива, защита действует на закрытие ПЗК и запорного устройства на газопроводе-вводе к котлу, на закрытие запорных устройств на подводе газа к горелкам (при наличии двух электрифицированных запорных устройств на подводе газа к горелке, а также если есть условия ввода защиты, — на останов котла).

Действие защиты на останов котла вводится:

на газовых котлах — если давление газа за регулирующим клапаном выше уставки предупредительной сигнализации и начало открываться запорное устройство на подводе газа к любой растопочной горелке;

на пылегазовых котлах — те же условия, что и для газовых котлов с дополнением, что переключатель топлива (ПТ) переведен в положение «Газ»;

на газомазутных котлах — если давление газа за регулирующим клапаном выше уставки предупредительной сигнализации, расход мазута менее 35% номинального и начало открываться запорное устройство на подводе газа к любой растопочной горелке.

Действие защиты на останов котла вводится:

на газовых котлах — при срабатывании РОК или защиты «Невоспламенение» (см. п. 7);

на пылегазовых котлах — при срабатывании РОК или защиты «Невоспламенение» или при переводе ПТ из положения «Газ» в другое;

на газомазутных котлах — при срабатывании РОК или защиты по «Невоспламенению» или при расходе мазута больше 35% номинального.

Действие защиты по прекращению подачи газа на котел вводится: для газовых и пылегазовых котлов — аналогично действию защиты на останов котла;

для газомазутных котлов — если давление газа за регулирующим клапаном выше уставки предупредительной сигнализации, расход мазута больше 35% номинального и начало открываться запорное устройство на подводе газа к любой растопочной горелке.