臨界火焰概念在煤粉鍋爐滅火保護(hù)邏輯中的應(yīng)用

馬連敏，郎澄宇

(1.華能煙臺(tái)發(fā)電廠，山東 煙臺(tái) 264002；2.山東電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250002)

0 引言

華能煙臺(tái)電廠3臺(tái)480 t/h鍋爐是上海鍋爐制造有限公司制造的超高壓?jiǎn)纹匀谎h(huán)、平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒煤粉爐。 鍋爐的制粉系統(tǒng)為直吹式，由4臺(tái)中速磨組成。 每臺(tái)磨煤機(jī)帶1層4個(gè)煤粉噴燃器。共布置有4層煤粉噴燃器。鍋爐的點(diǎn)火系統(tǒng)采用煙臺(tái)龍?jiān)垂镜牡入x子點(diǎn)火裝置和少量油槍。 相應(yīng)的火檢系統(tǒng)采用圖像火檢，圖像火檢是用攝像頭直接取出一次風(fēng)噴口附近火焰的影像資料，在系統(tǒng)下位機(jī)內(nèi)進(jìn)行設(shè)置比較運(yùn)算，從而得出有火無(wú)火信號(hào)。它的最大特點(diǎn)是運(yùn)行人員能夠直接看到爐內(nèi)每一個(gè)噴燃器的燃燒情況，系統(tǒng)能自動(dòng)進(jìn)行錄像，燃燒異常情況分析直觀明了。 但是相應(yīng)的全爐膛無(wú)火判斷邏輯必須進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，才能真正起到保護(hù)鍋爐的作用。

1 存在問(wèn)題

圖1 全爐膛無(wú)火判斷邏輯

機(jī)組投產(chǎn)時(shí)全爐膛無(wú)火判斷邏輯如圖1所示。從邏輯框圖可以看出，該判斷邏輯是采用通用的判斷方法，即按照層火焰來(lái)判斷的。 當(dāng)層火檢總數(shù)的3/4個(gè)檢不到火就算該層無(wú)火，油層采用同樣的判斷方法。全部煤層和油層都無(wú)火就發(fā)出全爐膛無(wú)火判斷信號(hào)。另外在無(wú)火信號(hào)上還附加有任一臺(tái)磨運(yùn)行的信號(hào)，主要作用是當(dāng)鍋爐啟動(dòng)時(shí)閉鎖全爐膛無(wú)火信號(hào)的發(fā)出，進(jìn)行鍋爐正常點(diǎn)火。用磨煤機(jī)運(yùn)行信號(hào)作為閉鎖信號(hào)主要是因?yàn)椴捎玫入x子點(diǎn)火方式，點(diǎn)火時(shí)必須啟動(dòng)A磨煤機(jī)，同時(shí)因?yàn)槌觞c(diǎn)火階段火檢信號(hào)很弱，容易造成全爐膛無(wú)火信號(hào)的發(fā)出，為此A磨啟動(dòng)信號(hào)要延時(shí)60 s置位，用于躲過(guò)這段燃燒不穩(wěn)的時(shí)間。

另外，為增加火檢工作的可靠性，對(duì)火檢信號(hào)還應(yīng)采取其它措施。

火檢的“偷看”問(wèn)題。 為防止火檢的“偷看”，將設(shè)備運(yùn)行或閥門開關(guān)信號(hào)與相應(yīng)的火檢信號(hào)進(jìn)行與邏輯，對(duì)火檢信號(hào)進(jìn)行修正。

為屏蔽爐內(nèi)燃燒短暫的不穩(wěn)定狀態(tài)，在火檢發(fā)無(wú)火信號(hào)回路中增加2 s延時(shí)，避免保護(hù)回路的誤動(dòng)作。

保護(hù)的誤動(dòng)問(wèn)題。煙臺(tái)電廠3臺(tái)480 t/h鍋爐自投產(chǎn)以來(lái)，全爐膛無(wú)火判斷邏輯運(yùn)行正常，曾經(jīng)多次因全爐膛無(wú)火觸發(fā)了MFT，能夠反映爐膛的燃燒情況，起到保護(hù)鍋爐的作用。 但是隨著煤炭?jī)r(jià)格的節(jié)節(jié)攀升，入廠煤的質(zhì)量越來(lái)越差，大大偏離了鍋爐的設(shè)計(jì)煤種。鍋爐燃燒不穩(wěn)的情況越來(lái)越頻繁，鍋爐局部滅火時(shí)常發(fā)生，臨界火焰的狀況更為復(fù)雜。運(yùn)行人員為了穩(wěn)定燃燒要及時(shí)投入油槍進(jìn)行助燃。有時(shí)能夠保住鍋爐不發(fā)生滅火，但也多次出現(xiàn)了鍋爐爆燃，爐膛壓力高觸發(fā)MFT的事件。這就說(shuō)明在當(dāng)時(shí)的情況下已經(jīng)不適宜進(jìn)行投油助燃的操作，應(yīng)該手動(dòng)觸發(fā)MFT，停止鍋爐的運(yùn)行。但是要運(yùn)行人員去判斷爐內(nèi)的燃燒情況是否到了停爐的界限，是非常困難的，不僅需要豐富的鍋爐運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，還要有處理異常事故的心理素質(zhì)，所以很難做到，最終還是需要從技術(shù)上去實(shí)現(xiàn)。

2 臨界火焰概念的提出

臨界火焰是大型鍋爐BMS系統(tǒng)的重要監(jiān)視概念之一，是對(duì)燃燒器火焰著火區(qū)進(jìn)行“點(diǎn)監(jiān)視”的火檢系統(tǒng)中才存在的特有邏輯條件。出現(xiàn)了臨界火焰時(shí)，如果不觸發(fā)MFT則會(huì)在爐膛中形成可燃性混合物的積累，進(jìn)而引起爐膛爆燃事故的發(fā)生。在這種情況下如果還要去投油助燃的話會(huì)大大提高鍋爐爆燃的危險(xiǎn)。 “臨界火焰”觸發(fā)MFT的特殊性在于：鍋爐尚未滅火，處于事故萌發(fā)之前的不穩(wěn)定臨界狀態(tài)，由這種狀態(tài)引發(fā)MFT，可以預(yù)見(jiàn)性的避免爆燃事故的發(fā)生。

就其設(shè)計(jì)思想來(lái)說(shuō)，臨界火焰觸發(fā)MFT是對(duì)鍋爐滅火的前期保護(hù)，而正是由于其“提前量”的不好把握，導(dǎo)致臨界火焰觸發(fā)MFT保護(hù)一直被調(diào)試、運(yùn)行、維護(hù)人員所顧忌。因此，在大多數(shù)情況下，在有鍋爐滅火后期的“全爐膛滅火”保護(hù)以及全爐膛滅火以后的“爐膛壓力高低限值MFT”保護(hù)的前提下，為保鍋爐的運(yùn)行而放棄了臨界火焰觸發(fā)MFT保護(hù)。特別是對(duì)蒸發(fā)量在幾百噸的中小型鍋爐來(lái)講，采用的火檢不是高端產(chǎn)品，對(duì)于單個(gè)噴燃器臨界火焰的判斷不很準(zhǔn)確。 再者鍋爐小，磨煤機(jī)的數(shù)量少，布置的噴燃器也少，每一個(gè)噴燃器占的能量比重大。在噴燃器燃燒不穩(wěn)的情況下采用投油槍方式，檢不到火就退出該燃燒器的運(yùn)行，會(huì)進(jìn)一步加大對(duì)爐膛燃燒的擾動(dòng)，同時(shí)對(duì)磨煤機(jī)也會(huì)產(chǎn)生不小的影響。因此，臨界火焰的判斷邏輯要貼近爐型實(shí)際，不能盲目照搬。

3 臨界火焰判斷邏輯及實(shí)際應(yīng)用

會(huì)同相關(guān)人員對(duì)照火檢錄像，對(duì)每次鍋爐滅火的情況進(jìn)行分析，特別是對(duì)投油后出現(xiàn)爆燃的情況進(jìn)行了重點(diǎn)研究。發(fā)現(xiàn)的共性是：投油前爐膛內(nèi)的燃燒已經(jīng)非常弱，只有一層的兩個(gè)或三個(gè)火檢能檢到火，其它層全檢不到火或偶爾有一個(gè)火檢能檢到火。經(jīng)過(guò)多次討論，按照最大程度保護(hù)鍋爐但又不能因爐內(nèi)燃燒稍有異動(dòng)就跳閘的原則，最終確定采用以投入燃燒器總數(shù)的3/4燃燒器檢不到火，做為臨界火焰的標(biāo)準(zhǔn)。邏輯框圖如圖2所示。投入油槍個(gè)數(shù)計(jì)算邏輯如圖3所示。投入的油槍檢不到火的個(gè)數(shù)計(jì)算邏輯如圖4所示。

圖2 臨界火焰MFT邏輯

圖3 運(yùn)行油槍統(tǒng)計(jì)邏輯

圖4 投入的油槍檢不到火的個(gè)數(shù)計(jì)算邏輯

圖5 局部滅火觸發(fā)MFT邏輯

臨界火焰判斷邏輯雖然仍然采用3/4的界限，但與原來(lái)全爐膛無(wú)火判斷邏輯相比較，它不是采用層火焰來(lái)判斷而是按照整個(gè)爐膛投入燃燒器的總數(shù)的3/4來(lái)判斷。全爐膛無(wú)火邏輯不考慮爐膛內(nèi)投入燃燒器的數(shù)量，只考慮每層火焰的數(shù)量。如果按照層火焰的判斷標(biāo)準(zhǔn)，爐膛內(nèi)沒(méi)有發(fā)生滅火，不應(yīng)該觸發(fā)MFT，但按照總數(shù)的3/4的標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)到了觸發(fā)MFT的條件。這樣相對(duì)于全爐膛無(wú)火判斷邏輯就產(chǎn)生了一定的“提前量”。在發(fā)生臨界火焰以前迅速投油助燃是相對(duì)安全的，有助于穩(wěn)定燃燒。最后輸出的信號(hào)與發(fā)電機(jī)并網(wǎng)信號(hào)相“與”后輸出，是為了避免鍋爐剛啟動(dòng)時(shí)，一直觸發(fā)“MFT”而無(wú)法正常點(diǎn)火。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的應(yīng)用，效果較好，爐膛內(nèi)燃燒不穩(wěn)投油助燃時(shí)，出現(xiàn)爆燃的次數(shù)大大降低，但仍然偶爾有爆燃的情況出現(xiàn)。繼續(xù)對(duì)爆燃情況進(jìn)行認(rèn)真深入分析，發(fā)現(xiàn)有一個(gè)共性，都是在3臺(tái)磨運(yùn)行時(shí)3層噴燃器中2層噴燃發(fā)器已經(jīng)完全無(wú)火，但有一層噴燃器燃燒正常時(shí)發(fā)生的。分析原因是：這種規(guī)格型號(hào)的鍋爐正常運(yùn)行時(shí)一般是3臺(tái)磨運(yùn)行，如果煤質(zhì)符合要求的話可以達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行。這種情況下有兩層噴燃器滅火，爐膛內(nèi)燃燒情況已非常差，即使投油助燃，油槍的位置和點(diǎn)火能量也不一定能把兩層煤粉噴燃器都能點(diǎn)著，爐內(nèi)燃燒不充分就有爆燃的可能。另外假設(shè)有兩臺(tái)磨同時(shí)斷煤或跳閘，爐內(nèi)失去2層噴燃器，爐內(nèi)的瞬間負(fù)壓也會(huì)使運(yùn)行人員無(wú)法調(diào)整，再去投油穩(wěn)燃也于事無(wú)補(bǔ)。因此，我們把3臺(tái)磨運(yùn)行的這種情況單獨(dú)做成一個(gè)判斷邏輯，稱為局部滅火邏輯。 其實(shí)它也是臨界火焰的一種情況，也可以說(shuō)是臨界火焰邏輯的補(bǔ)充，如圖5所示。

邏輯框圖中完全無(wú)火的層數(shù)比較器采用了“≥3”的參數(shù)，是因?yàn)閷?duì)于4臺(tái)磨煤機(jī)的配置，當(dāng)有3臺(tái)磨運(yùn)行時(shí)，爐膛內(nèi)本來(lái)就1層火檢無(wú)火，如果再有2層無(wú)火就是3層無(wú)火，所以應(yīng)采用“≥3”的比較器。運(yùn)行磨數(shù)量后的延時(shí)復(fù)位功能塊是為了保證3臺(tái)磨運(yùn)行的信號(hào)在其中的磨跳閘后能將信號(hào)送出，實(shí)現(xiàn)局部滅火信號(hào)能夠觸發(fā)“MFT”。3臺(tái)磨運(yùn)行時(shí)的局部滅火邏輯是臨界火焰的一種特例，而且將臨界火焰的提前量在某些特定條件下又提前了一個(gè)燃燒器的量，進(jìn)一步降低了鍋爐發(fā)生爆燃的可能，經(jīng)過(guò)幾年的應(yīng)用收到了較好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

煤粉鍋爐的燃燒狀況比較復(fù)雜，影響它的因素比較多，但煤質(zhì)變化的影響是最大的。近幾年，鑒于嚴(yán)峻的發(fā)電形式，為節(jié)約發(fā)電成本，入廠煤的質(zhì)量普遍不高，好壞摻燒是通用做法，入爐煤普遍偏離鍋爐設(shè)計(jì)煤種，造成鍋爐燃燒不穩(wěn)甚至滅火是常事。 所以，鍋爐滅火保護(hù)邏輯設(shè)置正確與否變得非常關(guān)鍵。 通過(guò)認(rèn)真分析總結(jié)每次滅火的情況，結(jié)合煙臺(tái)電廠鍋爐的具體結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)滅火保護(hù)邏輯的基礎(chǔ)上，對(duì)滅火保護(hù)邏輯進(jìn)行了多次完善，經(jīng)過(guò)多年來(lái)的應(yīng)用實(shí)踐，證明完善后的滅火保護(hù)邏輯是正確有效的。找到了保護(hù)鍋爐和維持鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行兩者之間的平衡點(diǎn)，運(yùn)行效果明顯。運(yùn)行人員也非常自信，燃燒不穩(wěn)時(shí)就立即投油穩(wěn)燃，無(wú)需再為投油后是否能引起爆燃而擔(dān)心。