CS6T型热值仪在CCPP系统中的应用

郭永鹏

（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北唐山 063200）

引言

某钢厂燃气蒸汽联合循环发电机组（以下简称CCPP 机组）设计装容量180 MW，包括MHPS M701S(DA)X 燃气轮机/发电机和蒸汽轮机/发电机，燃料为高炉煤气（BFG）和焦炉煤气（COG）组成的混合煤气。该机组电能主要供钢厂自用，因此，机组稳定可靠运行才能保证生产顺利进行，而热值分析仪作为CCPP 机组中重要的组成部分，直接参与机组燃料热值的测量和流量的控制，其测量和控制性能的好坏直接影响机组负荷的稳定性，从而影响电网的质量。

1 热值分析仪的分类

热值分析仪按测量方式不同主要分为如下几种：

1.1 气体密度式热值分析仪

通过对燃料气体密度的测量间接得到该燃料的热值，该测量方法是一个相对测量法，常用于对天然气和液化石油气等烃类气体热值的测量，其测量结果的准确性与气体分子量有关，即与气体密度有关。

1.2 色谱式热值分析仪

通过对燃料气体组分进行分析，采用专用的计算方法对气体组分中的可燃烧组分的含量及热量进行计算，从而得出燃料的热值，该热值为计算值，一般会与实际热值有一定偏差，其准确性取决于计算方法及气体组分分析的准确与否。

1.3 燃烧式热值分析仪

通过对燃料样品进行燃烧的方式来分析燃料的发热量。此类热值仪的测量结果较为可靠准确，但设备结构复杂，需要配备专用的燃烧系统和测温系统，测量结果受多种因素影响，多用于钢厂等对热值测量精度要求高的大型企业。

2 燃烧式热值分析仪的工作原理

该厂选用了CS6T型国产燃烧式热值仪，用来测量进入CCPP 机组燃料（COG 和BFG 混合煤气）的热值，并依据测量出的热值经过逻辑运算后控制焦炉煤气流量阀开度，从而调整进入混合煤气的焦炉煤气流量，达到稳定燃料热值满足机组运行的目的。

CS6T 型热值分析仪的工作原理如图1 所示，将取自电除尘器（EP）出口燃料管道的定量样气与空气在热值仪燃烧室中燃烧，利用配套热电偶检测充分燃烧后的气体与燃烧前的气体温度的差值，经过放大和补偿后换算成热值A。同时，把利用孔板检测到样气和空气的流速作为差压信号，在对流速波动造成的示值偏差补偿计算后输出一个W.I 信号。然后，把通过密度计检测到的密度信号，对W.I.信号增加补偿后，输出一个热值信号B。热值A 作为第一调节值参与机组燃料热值的控制，此时热值B仅用于监测。当热值A 出现问题时，热值B 作为第一调节值参与机组燃料热值的控制。所以，CS6T型热值分析仪虽然采用燃烧方式对混合煤气热值进行测量与控制，但在测量的过程中增加了密度补偿，使得测量响应快速，测量结果可靠性高，实现了热值测量与控制的高精确度。

图1 CS6T型热值仪原理图

3 组成和功能

CS6T型热值分析仪主要由空气压力调整单元、气体压力调整单元、压力检测单元、检测器、密度计、计算单元等部分组成，结构如图2所示。

图2 CS6T热值仪结构图

3.1 空气压力调整单元

根据系统要求，过滤调节器FR1 将压力为300～700 kPa 的压缩空气降低到200 kPa，再经过PR3降到20 kPa，然后经过调节针阀NV11 把压力最终调整为500 Pa。

3.2 样气压力调整单元

本系统依据采样点的样气压力通过增压泵升高压力，由压力表P3显示约为6 kPa。然后，样气经过洗浴瓶WT1 和过滤器FT3 后，在压力调整罐BR1里保持恒定的压力，又经过脱水器DH1 和减压阀PR2后，最终控制压力为500 Pa。

3.3 差压检测单元

用于计算孔板前后的差压，并把此差压信号在经过差压变送器和分配器后，转换成电信号。孔板安装在约50 ℃的恒温室里，此温度控制采用无触点比例控制方法，阻止由于流速而造成的温差。当温度超过90 ℃时，安全恒温室动作，切断加热器的电源；如果由于加热器电源断开而使温度下降，恒温室报警动作并获得接点信号输出。

3.4 检测器

检测器由燃烧室、信号放大电路和安全及触发序列电路等构成，其中燃烧室检测样气燃烧前后的温差。检测到的信号由0～20 mV 放大到0～5 VDC，并传输到计算单元。如果发生燃烧器熄火或过量燃烧，就会产生报警（闭合触点）输出。

3.5 燃烧单元

样气在燃烧室燃烧，并由热电偶检测温度。由空气入口进入的空气被分为初级气流、二级气流和三级空气流；其中，初级和二级气流用来帮助样气燃烧，三级气流用来稀释和搅动排放气体。样气与初级气流混合后（如果是低热值气体，初级气体须节流），再和二级空气完全燃烧，产生燃烧温度，最后，由三级空气流迅速稀释和搅动并从检测器头部排出。升高的温度由空气入口处的冷端和被稀释的混合排放气体处的热端这两点的电势差测量。

3.6 运算单元

通过利用各差压信号计算探测器信号，即可得出W.I 信号。同时，通过密度信号的密度补偿生成热量信号。在模数转换之后，各输入进行数字计算，然后通过数模转换生成 4～20 mADC（1～5 VDC）输出。

4 故障处理及改进

自2019 年10 月调试及投运以来，设备工况基本稳定，但也发生过因热值分析仪故障导致的机组不稳定运行情况。

4.1 差压和热值异常报警

上游工序不稳定导致混合煤气压力和热值出现波动，影响热值仪的正常运行。本系统样气与空气的差压设定在（500±50）Pa，热值变化响应时间约60 s，超过此差压偏差值区间或燃料热值变化速率小于60 s，系统就会报警，该报警若持续60 min，机组就会联锁跳机，而上游工序检修时高炉煤气和焦炉煤气的压力和热值往往会出现快速波动，导致热值仪差压报警或灭火。此情况需要运行人员及时和调度沟通，掌握好上游工序动态，提高反应能力，做好系统平衡及应对措施。

4.2 水洗罐结冰

本机组由于处在北方，冬天最低气温达到零下十几度，极易造成水洗罐结冰。在热值分析仪小室加装防爆空调，并在相关设备上适量增加伴热后解决。

4.3 样气未完全燃烧

因空气管路堵塞热值分析仪在运行过程中会出现样气未完全燃烧的情况。利用停机机会在空气管路增加吹扫装置，定期对空气管路进行吹扫，保证管路畅通。

4.4 检修造成煤气杂质升高

上游工序检修时，高炉煤气和焦炉煤气中的杂质升高，造成热值仪样气管路堵塞而导致热值仪灭火。此情况需增加吹扫装置，定期对样气管路进行吹扫，保证管路畅通。

5 结语

热值仪在CCPP 机组中起着至关重要的作用，它连续稳定的运行是整套机组高效顺稳生产的关键，而本机组设计单套热值分析仪运行，无备用设备，一旦出现设备故障不能及时解决的情况，整套机组就要停机处理，不利于系统稳定性。后期需结合技改增加一套热值分析仪，平时作为备用，一旦本套设备出现故障，可以立即在线切换，保证机组能够稳定运行。