一种富氧燃烧系统锅炉安全保护控制装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动控制领域，具体地，涉及一种富氧燃烧系统锅炉安全保护控制装置和方法。
【背景技术】
[0002]富氧燃烧技术是一种用比通常空气(含氧浓度21% )含氧浓度高的氧气(纯氧或较高浓度的氧气)代替空气作为燃料燃烧的助燃剂的技术，它是一种清洁、高效节能的燃烧技术，可以应用于煤粉锅炉等锅炉的燃烧发电等领域中。
[0003]对于采用富氧燃烧技术的富氧燃烧系统而言，由于其采用纯氧或较高浓度的氧气作为燃料燃烧的助燃剂，而且富氧燃烧系统通常是闭式循环系统或半闭式循环系统，所以当富氧燃烧系统的锅炉发生事故而跳闸时，如果纯氧或较高浓度的氧气进入锅炉炉膛内，则即使关闭了燃料供应，未燃烬的燃料或构造锅炉的钢材也都有可能会发生爆燃。因此，富氧燃烧系统的锅炉安全保护控制是极其重要的。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种富氧燃烧系统锅炉安全保护控制装置和方法，该控制装置和方法能够确保富氧燃烧系统的安全运行。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供一种富氧燃烧系统锅炉安全保护控制装置，该控制装置包括:监测模块，用于监测富氧燃烧系统锅炉的重要辅机设备的运行状态，监测空分装置中、氧气输送管道中以及燃烧和烟风子系统的注氧位置处的氧气浓度、压力和温度，并将监测到的重要辅机设备的运行状态、氧气浓度、压力和温度发送给控制模块；所述控制模块，用于判断所述重要辅机设备的运行状态是否异常，将监测到的氧气浓度、压力和温度与各自的设定值进行比较，并在以下任一情况下发出锅炉主燃料跳闸信号:所述重要辅机设备的运行状态异常，监测到的氧气浓度、压力和温度中的任意一者大于其各自的设定值；其中，所述锅炉主燃料跳闸信号促使所述富氧燃烧系统的锅炉燃料的供给、氧气的输送被切断并促使相关重要辅机设备联动跳闸。
[0006]本发明还提供一种富氧燃烧系统锅炉安全保护控制方法，该控制方法包括:监测富氧燃烧系统锅炉的重要辅机设备的运行状态，监测空分装置中、氧气输送管道中以及燃烧和烟风子系统的注氧位置处的氧气浓度、压力和温度；判断所述重要辅机设备的运行状态是否异常，将监测到的氧气浓度、压力和温度与各自的设定值进行比较，并在以下任一情况下发出锅炉主燃料跳闸信号:所述重要辅机设备的运行状态异常，监测到的氧气浓度、压力和温度中的任意一者大于其各自的设定值；其中，所述锅炉主燃料跳闸信号促使所述富氧燃烧系统的锅炉燃料的供给、氧气的输送被切断并促使相关重要辅机设备联动跳闸。
[0007]通过上述技术方案，由于根据本发明的控制装置和控制方法能够对两类信号进行监测，一类是富氧燃烧系统的锅炉的重要辅机设备的运行状态，另一类是空分装置中、氧气(纯氧或较高浓度的氧气)输送管道中以及燃烧和烟风子系统的注氧位置处的氧气浓度、压力和温度等实时信号，并在监测到重要辅机设备运行状态异常时、监测到的氧气浓度、压力和温度等实时信号中的任意一者大于其各自的设定值时发出锅炉主燃料跳闸信号，因此其能够确保富氧燃烧系统的安全运行，并在事故已经发生时防止事故的进一步扩大。
[0008]本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0009]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0010]图1是富氧燃烧系统的简化工艺图；
[0011]图2是根据本发明一种实施方式的富氧燃烧系统锅炉安全保护控制装置的示意框图；以及
[0012]图3是根据本发明一种实施方式的富氧燃烧系统锅炉安全保护控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
[0014]图1示出了富氧燃烧系统的简化工艺图。空气进入空分装置10之后，被分离成氮气和氧气(纯氧或较高浓度的氧气)，所分离出的纯氧或较高浓度的氧气经过储氧罐之后被输送至锅炉11。锅炉11中的燃料燃烧所产生的烟气经过除尘器12之后被再循环到锅炉11中，以用于控制锅炉11内的火焰温度并维持合适的传热特性。随着烟气再循环次数的增多，会在烟气中富集越来越多的二氧化碳从而使得二氧化碳的浓度越来越高，当二氧化碳的浓度达到一定的浓度(例如70%?80%或更高)时可打开烟气冷却器13并通过二氧化碳压缩收集器14来收集二氧化碳。
[0015]从图1的富氧燃烧系统简化工艺图中可以看出，注氧的安全问题主要是指纯氧或较高浓度的氧气的安全问题，因为在高低压开关操作时会产生高速冲击摩擦，这可能导致失效或爆管。进入烟风道的氧气压力在一定值、二次风主烟道温度为160°C时，会使再循环烟道的注氧位置处的温度上升，危险性增加。可见富氧燃烧系统的锅炉安全保护控制是极其重要的。
[0016]如图2所示，本发明提供一种富氧燃烧系统锅炉安全保护控制装置，该控制装置包括:监测模块21，用于监测富氧燃烧系统锅炉的重要辅机设备的运行状态，监测空分装置中、氧气输送管道中以及燃烧和烟风子系统的注氧位置处的氧气浓度、压力和温度，并将监测到的重要辅机设备的运行状态、氧气浓度、压力和温度发送给控制模块22 ;控制模块22，用于判断所述重要辅机设备的运行状态是否异常，将监测到的氧气浓度、压力和温度与各自的设定值进行比较，并在以下任一情况下发出锅炉主燃料跳闸信号:所述重要辅机设备的运行状态异常，监测到的氧气浓度、压力和温度中的任意一者大于其各自的设定值；其中，所述锅炉主燃料跳闸信号促使所述富氧燃烧系统的锅炉燃料的供给、氧气的输送被切断并促使相关重要辅机设备联动跳闸。
[0017]锅炉主燃料跳闸(MFT)是锅炉安全保护的核心内容。锅炉主燃料跳闸一般指的是锅炉运行当中对富氧燃烧系统的设备的自动保护措施:当发生异常突发事故时，或报警，或自动停止设备运行，同时保留送风机、引风机运行以进行吹扫。缺陷或故障消除后需启动设备时，必须先将MFT复位方可启动设备，否则电机设备无法启动。
[0018]锅炉主燃料跳闸的作用是连续监视预先确定的各种安全运行条件是否满足，一旦出现可能危及锅炉安全运行的工况，就快速且准确地切断进入炉膛的燃料，切断高浓度氧气或纯氧的供应，以避免事故的发生或进一步扩大，保障设备和人身安全。
[0019]—般在锅炉主燃料跳闸动作之后，会有例如如下设备的连锁跳闸动作:所有磨煤机跳闸，磨煤机热风隔离档板关闭，磨煤机冷、热调节档板关闭，冷风调节档板全开；所有给煤机跳闸；一次风机跳闸，密封风机联跳；所有点火油枪及低负荷油枪跳闸阀关闭；快关燃油母管调节阀、回油阀及所