大型循環(huán)流化床鍋爐熱工跳閘保護(hù)設(shè)計(jì)

旋繼新，賈 杰，馬素紅，鄭 君

(1.內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計(jì)院， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古國電能源發(fā)電公司電力工程技術(shù)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010080)

1 機(jī)組概況

本文以神華準(zhǔn)能矸電二期2×330MW循環(huán)流化床機(jī)組工程設(shè)計(jì)為例，說明該工程鍋爐跳閘(Boiler Trip ,以下簡稱BT)和主燃料跳閘((Main Fuel Trip ,以下簡稱MFT)設(shè)計(jì)，以及鍋爐跳閘(BT)和主燃料跳閘(MFT)在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。本期工程建設(shè)2×330MW空冷機(jī)組，配套建設(shè)東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)300MW等級的亞臨界CFB鍋爐，兩臺凝汽式汽輪機(jī)、兩臺水氫氫發(fā)電機(jī)、兩臺離心式一次風(fēng)機(jī)、兩臺離心式二次風(fēng)機(jī)、三臺高壓流化風(fēng)機(jī)、兩臺離心式引風(fēng)機(jī)、十臺給煤機(jī)、一座石灰石粉倉及其它輔助系統(tǒng)和設(shè)備。機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)采用杭州和利時(shí)公司的MACSV系統(tǒng)。

2 熱工跳閘保護(hù)設(shè)計(jì)

本工程熱工保護(hù)跳閘設(shè)有主燃料跳閘(MFT)和鍋爐跳閘(BT)，在鍋爐電子設(shè)備間內(nèi)設(shè)有BT跳閘繼電器柜和MFT跳閘繼電器柜。

2.1 主燃料跳閘(MFT)

主燃料跳閘(MFT)主要指鍋爐的安全運(yùn)行條件不滿足，或爐內(nèi)燃燒工況惡化，而發(fā)出相應(yīng)指令快速切斷所有通往爐膛的燃料并引發(fā)必要的聯(lián)鎖動(dòng)作，以保護(hù)鍋爐本體、其他設(shè)備和人員的安全。CFB鍋爐的MFT 不同于煤粉爐的MFT，這是因?yàn)榧词骨袛嗨腥剂陷斎?，CFB鍋爐內(nèi)可能還存有大量未燃燼的燃料，并隨著物料循環(huán)繼續(xù)燃燒，所以對于CFB鍋爐來說，MFT 并不等同于停爐。

2.1.1 MFT的條件

主燃料跳閘(MFT)的條件邏輯如下，根據(jù)主燃料跳閘條件，只要其中任意一條件成立即應(yīng)立即引起MFT，主要考慮如下：

⑴ 床溫大于990℃

床溫過高，床料有可能嚴(yán)重結(jié)焦，CFB鍋爐一旦結(jié)焦是非常難處理的，而且損失非常大。本工程在爐膛前后墻下部水冷壁上各布置有耐磨熱電偶16支，以滿足床溫的監(jiān)測，鍋爐廠設(shè)計(jì)正常的床溫運(yùn)行范圍為790～920℃，運(yùn)行時(shí)應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視床溫，并使鍋爐運(yùn)行在這一溫度范圍，床溫的高值報(bào)警點(diǎn)為975℃，溫度達(dá)990℃時(shí)，主燃料自動(dòng)被切除(MFT)。

⑵ 總風(fēng)量小于25%

總風(fēng)量過低會(huì)造成燃料在爐膛內(nèi)積聚，本工程一次風(fēng)、二次風(fēng)風(fēng)量測量裝置采用熱式流量計(jì)，冗余設(shè)置，以滿足風(fēng)量測量的準(zhǔn)確性。

⑶ 床溫小于600℃

當(dāng)床溫小于600℃時(shí)，如果沒有啟動(dòng)油槍投入，將觸發(fā)MFT，以防止繼續(xù)向爐膛投入燃料，造成滅火。

⑷ 燃料喪失

當(dāng)任意給煤機(jī)、任意床下啟動(dòng)油槍、任意床上助燃油槍切斷并且床溫小于600℃時(shí)，燃料喪失標(biāo)志被置位，主燃料跳閘條件成立。

⑸ 風(fēng)道燃燒器連續(xù)兩次點(diǎn)火失敗

床下水冷風(fēng)室入口方向兩側(cè)各裝有一個(gè)風(fēng)道燃燒器，在每個(gè)風(fēng)道燃燒器入口側(cè)裝有兩套床下啟動(dòng)油槍(上下布置)，鍋爐啟動(dòng)時(shí)床下啟動(dòng)油槍將空預(yù)器來的一次風(fēng)加熱后送入水冷風(fēng)室。為了防止風(fēng)道燃燒器點(diǎn)火失敗后，燃油在風(fēng)道和風(fēng)室內(nèi)積聚，應(yīng)該對風(fēng)道吹掃一段時(shí)間后才允許再次點(diǎn)火。為了進(jìn)一步防止誤操作，將風(fēng)道燃燒器連續(xù)兩次點(diǎn)火失敗作為MFT 的跳閘條件之一，風(fēng)道燃燒器連續(xù)兩次點(diǎn)火失敗定義為在兩分鐘內(nèi)發(fā)生兩次床下啟動(dòng)油槍點(diǎn)火失敗。

⑹ 煙氣含氧量低

煙氣含氧量低時(shí)在DCS系統(tǒng)報(bào)警，煙氣含氧量低時(shí)表明燃料在爐膛內(nèi)缺氧燃燒，甚至滅火，應(yīng)該立即切斷燃料，發(fā)生主燃料跳閘條件。

⑺ 爐膛壓力高高或低

爐膛壓力高1值或低1值時(shí)在DCS系統(tǒng)報(bào)警，爐膛壓力高2值或低2值時(shí)直接觸發(fā)MFT(不延時(shí))，本工程還設(shè)有爐膛壓力高3值和低3值，發(fā)生條件時(shí)直接跳送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，以保證爐膛安全。

⑻ 鍋爐跳閘(BT)

鍋爐跳閘將聯(lián)鎖導(dǎo)致MFT，但MFT 不聯(lián)鎖觸發(fā)鍋爐跳閘。

⑼ 汽輪機(jī)跳閘

汽輪機(jī)跳閘為保證主汽和再熱汽壓力不要過高應(yīng)導(dǎo)致鍋爐側(cè)燃料切斷。

2.1.2 MFT聯(lián)鎖跳閘設(shè)備

⑴ 切除給煤機(jī)

⑵ 切除石灰石給料系統(tǒng)

⑶ 關(guān)閉油槍進(jìn)油閥和回油閥

⑷ 關(guān)閉油母管快關(guān)閥

⑸ 停冷渣器

⑹ 切除布袋除塵

⑺ 切鍋爐本體風(fēng)量調(diào)門為手動(dòng)

⑻ 切一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)風(fēng)量調(diào)門為手動(dòng)

其中切鍋爐本體風(fēng)量調(diào)門為手動(dòng)主要是燃料輸入突然停止可能造成爐膛壓力波動(dòng)，所以MFT時(shí)將鍋爐本體二次風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板、床下一次風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板、高壓流化風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板切為手動(dòng)控制，并保持原位。

2.2 鍋爐跳閘(BT)

鍋爐跳閘是指鍋爐的安全運(yùn)行條件不滿足，需要立即停爐，降低燃燒率。對于CFB鍋爐，MFT 切除燃料后并不一定能停止鍋爐內(nèi)的燃燒工況，大量未燃燼的燃料會(huì)隨著物料循環(huán)持續(xù)燃燒放熱。只有切除一次風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)，停止床料流化，同時(shí)切除所有燃料才能最大程度的降低燃燒率。

2.2.1 BT的條件

根據(jù)圖三鍋爐跳閘條件，只要其中任意一條件成立即應(yīng)立即引起B(yǎng)T，主要考慮如下：

⑴ 爐膛壓力高高或低低

爐膛壓力高高信號和低低信號分別來自爐膛出口的3個(gè)爐膛壓力測點(diǎn)，信號分別采用3取2冗余配置，與MFT條件不同的是延時(shí)后發(fā)生BT。

⑵ 汽包水位高高或低低

汽包水位高高信號來自3個(gè)平衡容器通過差壓變送器輸出，由DCS 程序完成汽包水位換算后得出3 個(gè)水位信號，3個(gè)水位信號取高值判定后得出3個(gè)獨(dú)立的水位高高信號，信號采用3取2冗余配置，汽包水位低低信號與高高信號相同，取自相同的信號源。

⑶ 兩臺引風(fēng)機(jī)跳閘

⑷ 兩臺一次風(fēng)機(jī)跳閘

⑸ 兩臺二次風(fēng)機(jī)跳閘

⑹ 三臺高壓流化風(fēng)機(jī)跳閘

⑺ 任意J閥總流化風(fēng)量低低

根據(jù)鍋爐廠設(shè)計(jì)，每個(gè)J 閥回料器上布置有10 個(gè)充氣噴嘴，有8 個(gè)測風(fēng)裝置來測量每一路高壓流化風(fēng)的風(fēng)量。為了判斷J 閥回料器內(nèi)的回料狀態(tài)，取回料器的3個(gè)流化風(fēng)室風(fēng)量的總和，通過低值判斷來判定回料異常。任意J 閥回料器回料異常都會(huì)導(dǎo)致鍋爐跳閘。本處風(fēng)量測量裝置選用了整體式文丘里噴嘴風(fēng)量測量裝置。

⑻ 蒸汽阻塞

當(dāng)汽輪機(jī)高壓缸或者中壓缸進(jìn)氣切斷，并且高壓旁路和低壓旁路沒有打開時(shí)。如果鍋爐燃料輸入熱量>20%MCR，就延時(shí)10 秒跳閘鍋爐，如果鍋爐燃料輸入熱量<20%MCR，就延時(shí)180 秒跳閘鍋爐，此數(shù)值可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際工程情況進(jìn)行設(shè)定。

⑼ 給水泵停且床溫高

床溫>600℃時(shí)，如果給水泵全跳閘，就會(huì)引發(fā)鍋爐跳閘。

⑽ DCS 電源故障

⑾ 鍋爐跳閘按鈕信號

在集控室操作臺設(shè)有鍋爐跳閘緊急停爐雙按鈕，供緊急情況下使用，保證機(jī)組和操作人員的安全。

2.2.2 BT聯(lián)鎖跳閘設(shè)備

⑴ 跳閘一次風(fēng)機(jī)

⑵ 跳閘二次風(fēng)機(jī)

⑶ 關(guān)閉定期排污閥

鍋爐跳閘后，隨著燃燒率的迅速下降，汽包水位擾動(dòng)可能會(huì)加大，所以聯(lián)鎖關(guān)閉定期排污閥，定期排污的程控應(yīng)禁止操作。

⑷ 關(guān)閉過熱器減溫噴水閥

為了防止汽機(jī)進(jìn)水，應(yīng)聯(lián)鎖關(guān)閉過熱器一級和二級減溫配水閥。

⑸ 關(guān)閉再熱器減溫噴水閥

為了防止汽機(jī)進(jìn)水，聯(lián)鎖關(guān)閉再熱器減溫噴水閥和事故減溫噴水閥。

⑹ 跳閘吹灰系統(tǒng)

鍋爐跳閘后，吹灰氣源中斷，所以聯(lián)鎖跳閘吹灰程控系統(tǒng)。

⑺ 關(guān)閉連續(xù)排污閥

3 問題探討

在鍋爐跳閘(BT)柜和主燃料跳閘(MFT)柜設(shè)計(jì)過程中也遇見了一些問題，下面會(huì)結(jié)合上文所述及作者自身經(jīng)驗(yàn)對于設(shè)計(jì)鍋爐跳閘(BT)柜和主燃料跳閘(MFT)柜常見問題進(jìn)行簡單探討。

3.1 鍋爐跳閘按鈕信號

通常，在煤粉爐設(shè)計(jì)中，操作臺上僅設(shè)計(jì)主燃料跳閘(MFT)按鈕，在緊急情況下供運(yùn)行人員操作，而在CFB鍋爐中設(shè)計(jì)比較有爭議，如在已投運(yùn)的某些電廠中在集控室操作臺上有的即設(shè)有鍋爐跳閘(BT)按鈕又設(shè)有主燃料跳閘(MFT)按鈕，在本工程中操作臺上僅設(shè)有鍋爐跳閘(BT)按鈕，設(shè)計(jì)過程中征求了該廠生產(chǎn)運(yùn)行人員的意見，主要考慮，鍋爐跳閘將聯(lián)鎖導(dǎo)致MFT，但MFT 不聯(lián)鎖觸發(fā)鍋爐跳閘，僅設(shè)置鍋爐跳閘(BT)按鈕防止運(yùn)行人員在緊急情況下發(fā)生誤操作現(xiàn)象，鍋爐的安全運(yùn)行條件不滿足，需要立即停爐，降低燃燒率，通過操作臺按鈕實(shí)現(xiàn)，主燃料跳閘(MFT)由DCS畫面實(shí)現(xiàn)操作。

3.2 鍋爐跳閘是否聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)和高壓流化風(fēng)機(jī)保護(hù)邏輯

本工程設(shè)計(jì)中，鍋爐跳閘聯(lián)跳一次風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī), 停止?fàn)t膛內(nèi)的物料循環(huán), 而不聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)和高壓流化風(fēng)機(jī),其中僅跳一臺引風(fēng)機(jī)，目的是保持爐內(nèi)的煙氣循環(huán)、使鍋爐熱負(fù)荷下降、并使其具備熱啟動(dòng)條件和防止床層高溫結(jié)焦。在鍋爐本體另設(shè)有爐膛壓力高3值和低3值，爐膛壓力低3值通過壓力開關(guān)3取2獲取，具備條件觸發(fā)引風(fēng)機(jī)跳閘，爐膛壓力高3值通過壓力開關(guān)3取2獲取，主要判斷MFT動(dòng)作后爐膛壓力過高觸發(fā)二次風(fēng)機(jī)跳閘，高壓流化風(fēng)機(jī)應(yīng)一直運(yùn)行到回料器被冷卻到250 ℃以下停止運(yùn)行。在某些工程實(shí)施中，有工程將鍋爐跳閘直接聯(lián)跳所有風(fēng)機(jī)，主要考慮鍋爐跳閘后聯(lián)跳所有風(fēng)機(jī)，使其鍋爐保證在原有狀態(tài)不向擴(kuò)大事故方向發(fā)展，但由于CFB鍋爐的特殊性，床內(nèi)堆積大量的燃料，爐內(nèi)處于缺氧燃燒狀態(tài)，一氧化碳會(huì)積聚增加，也存在很大危險(xiǎn)，而且一氧化碳過多也不易于鍋爐熱態(tài)啟動(dòng)，由于300 MW級循環(huán)流化床機(jī)組在世界范圍內(nèi)投運(yùn)時(shí)間不長, 運(yùn)行調(diào)整經(jīng)驗(yàn)不是很成熟, 控制邏輯還存在一些不夠合理和完善的地方，這需要我們積累經(jīng)驗(yàn)、深入分析, 結(jié)合機(jī)組的實(shí)際情況對機(jī)組的控制邏輯做出相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。

3.3 鍋爐聯(lián)跳汽輪機(jī)的判斷條件

在以往煤粉爐設(shè)計(jì)中，鍋爐跳閘即聯(lián)跳汽輪機(jī)，但300 MW級循環(huán)流化床鍋爐在爐膛和外置床內(nèi)有大量的熱床料, 蓄熱量非常大, 鍋爐跳閘后在一定時(shí)間內(nèi)仍能保持主汽流量和蒸汽品質(zhì)，所以鍋爐跳閘后并不一定要跳汽輪機(jī), 如果能在短時(shí)間內(nèi)排除鍋爐側(cè)故障, 這期間汽輪機(jī)可以不用解列。從已投運(yùn)的300 MW參考電廠的實(shí)際運(yùn)行看, 因?yàn)殄仩t內(nèi)大量的熱量蓄積, 運(yùn)行中曾出現(xiàn)鍋爐跳閘后5 個(gè)多小時(shí)汽輪機(jī)仍保持并網(wǎng)運(yùn)行, 所以, 針對300 MW級循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn), 如果既考慮保證機(jī)組安全, 又盡量利用CFB鍋爐的優(yōu)點(diǎn), 盡量減少停機(jī), 就可給電廠減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此建議增加鍋爐聯(lián)跳汽輪機(jī)的判斷條件, 如可增加：主汽溫度低于430 ℃報(bào)警、主汽溫度變化率高( 5 ℃/min)報(bào)警、主汽溫度變化率低(-5 ℃/min)報(bào)警、主汽溫度過熱度低(120 ℃)報(bào)警和主汽溫度過熱度低低(100 ℃)報(bào)警, 以便在鍋爐跳閘后主蒸汽品質(zhì)不高時(shí)及時(shí)停機(jī)。根據(jù)各個(gè)電廠煤質(zhì)情況、運(yùn)行人員習(xí)慣，運(yùn)行人員也可以根據(jù)自己電廠實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置聯(lián)跳汽輪機(jī)條件。

4 結(jié)語

隨著循環(huán)流化床鍋爐日趨大型化，鍋爐跳閘和主燃料跳閘在工程設(shè)計(jì)中的顯得尤為重要，如何滿足在鍋爐的安全運(yùn)行條件不滿足情況下，安全停爐，也使大家更為關(guān)心，希望本文所述在工程實(shí)施中能為大家提供參考依據(jù)。

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