600 MW超臨界機(jī)組火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造及控制邏輯優(yōu)化

張偉偉，白光遠(yuǎn)，吳 斌

(內(nèi)蒙古國(guó)華呼倫貝爾發(fā)電有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000)

火焰檢測(cè)系統(tǒng)是火力發(fā)電廠鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(furnace safety supervision system，F(xiàn)SSS)中的核心設(shè)備[1]，從鍋爐點(diǎn)火到發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶負(fù)荷的整個(gè)過(guò)程，隨時(shí)監(jiān)測(cè)鍋爐內(nèi)部煤粉燃燒產(chǎn)生火焰的穩(wěn)定性情況[2]。當(dāng)內(nèi)部煤粉燃燒不充分導(dǎo)致鍋爐熄火時(shí)，應(yīng)立即切斷煤粉氣流入爐，停止相應(yīng)給粉機(jī)、磨煤機(jī)與一次風(fēng)機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行，防止發(fā)生爆燃。

另外，即使是在點(diǎn)火不成功時(shí)也能及時(shí)切斷油流，即停止燃油總閥的運(yùn)行，防止因爐內(nèi)儲(chǔ)積燃料而引起爆燃，確保點(diǎn)火的安全。因此火焰檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與檢測(cè)的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到機(jī)組的運(yùn)行安全與穩(wěn)定性。

1 火焰檢測(cè)系統(tǒng)

火焰檢測(cè)系統(tǒng)主要由火檢冷卻風(fēng)機(jī)(1運(yùn)1備)和火檢探頭(煤火檢探頭和油火檢探頭)兩部分組成?；鹧鏅z測(cè)系統(tǒng)管道如圖1所示。

圖1由2臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)、40個(gè)火檢探頭與用于監(jiān)測(cè)和控制火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的熱工測(cè)點(diǎn)組成。在鍋爐點(diǎn)火之后，當(dāng)煤粉或者油在爐膛內(nèi)部燃燒時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生很高的溫度，這就會(huì)給火檢探頭的正常工作帶來(lái)影響，如果火檢探頭得不到及時(shí)冷卻和吹掃，將會(huì)檢測(cè)出不正常數(shù)據(jù)，嚴(yán)重情況會(huì)觸發(fā)鍋爐MFT保護(hù)，導(dǎo)致鍋爐停機(jī)滅火。提供火檢探頭冷卻降溫和吹掃的設(shè)備就是火檢冷卻風(fēng)機(jī)?；饳z冷卻風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的冷卻風(fēng)通過(guò)火焰檢測(cè)系統(tǒng)風(fēng)管路送至各火檢探頭處，用以保證火焰探測(cè)器能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的正常工作溫度。一方面，火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)能提供鍋爐在不同負(fù)荷下所有火焰探測(cè)器所需的冷卻風(fēng)的風(fēng)量和風(fēng)壓，并且應(yīng)使火焰探測(cè)器的入口風(fēng)壓比鍋爐爐膛的壓力高出一定的整定值，以防當(dāng)鍋爐燃燒產(chǎn)生正壓時(shí)而損壞火焰探測(cè)器[3]。另一方面，要求每個(gè)火焰探測(cè)器所需的冷卻風(fēng)量不能少于1 m3/min，避免因溫度過(guò)高影響火焰探測(cè)器的正常工作。在鍋爐正常運(yùn)行期間，不允許冷卻風(fēng)機(jī)同時(shí)停運(yùn)，否則將有可能燒毀火焰探測(cè)器[4-5]；火檢探頭的主要作用是通過(guò)檢測(cè)鍋爐燃燒過(guò)程中形成火焰的光譜，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐內(nèi)燃燒的情況及鍋爐有火與無(wú)火的判斷。

圖1 火焰檢測(cè)系統(tǒng)管道

2 設(shè)備概況及存在問(wèn)題

內(nèi)蒙古國(guó)華呼倫貝爾發(fā)電有限公司一期2×600 MW超臨界機(jī)組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主開(kāi)發(fā)研制的600 MW褐煤超臨界參數(shù)鍋爐，鍋爐型號(hào)HG-1913/25.4-HM15，為單爐膛，一次中間再熱、墻式切圓燃燒、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)П型燃煤鍋爐[6-8]。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超臨界蒸汽參數(shù)、一次中間再熱、單軸兩缸兩排汽、單背壓、直接空冷式汽輪機(jī)，額定功率600 MW。機(jī)組能夠以定-滑-定和定壓運(yùn)行方式中的任何一種方式運(yùn)行，同步配套火焰檢測(cè)系統(tǒng)。

電廠火焰檢測(cè)系統(tǒng)包括火檢冷卻風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、火檢探頭(煤火檢與油火檢)系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。每臺(tái)鍋爐設(shè)置一套火焰檢測(cè)系統(tǒng)，主要由2臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)(1運(yùn)1備)、12個(gè)油火檢檢測(cè)探頭和28個(gè)煤火檢檢測(cè)探頭組成。當(dāng)機(jī)組正常工況運(yùn)行時(shí)，火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)主要存在3方面問(wèn)題。首先，由于鍋爐內(nèi)部粉塵的存在，會(huì)使火檢冷卻風(fēng)機(jī)入口濾網(wǎng)經(jīng)常堵塞，所以要求檢修維護(hù)人員要定期進(jìn)行風(fēng)機(jī)濾網(wǎng)清理工作，如果清理不及時(shí)，有可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行故障，從而威脅機(jī)組運(yùn)行安全。其次，在機(jī)組運(yùn)行的過(guò)程中，為保證火焰檢測(cè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要火檢冷卻風(fēng)機(jī)長(zhǎng)時(shí)間一直運(yùn)行，這就給設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性埋下隱患。最后，從節(jié)能降耗的角度講，如果能夠從其他系統(tǒng)抽取部分風(fēng)作為火檢冷卻風(fēng)，從而停止運(yùn)行火檢冷卻風(fēng)機(jī)，則可以在一定程度上節(jié)約電能，為企業(yè)發(fā)電降低成本。

3 火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造前工藝及控制邏輯

3.1 火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造前工藝

本廠每臺(tái)機(jī)組配備2臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)，2臺(tái)火檢風(fēng)機(jī)出口共用1個(gè)出口電動(dòng)門，正常工況下1運(yùn)1備，互為聯(lián)鎖，當(dāng)運(yùn)行中的1臺(tái)稀釋風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障跳閘時(shí)，另1臺(tái)連鎖啟動(dòng)?；饳z冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造前工藝圖和原理圖分別如圖2、圖3所示。

圖2 火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造前工藝圖

圖3 火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造前畫面組態(tài)

圖2為火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造前工藝圖，2臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)A與B通過(guò)與其配套的各自獨(dú)立的進(jìn)風(fēng)過(guò)濾器、出口平衡閥和火檢冷卻風(fēng)管道將產(chǎn)生的火檢冷卻風(fēng)送入火檢探頭中。一方面起到改善火檢探頭的工作環(huán)境，使火檢探頭得到適當(dāng)?shù)睦鋮s降溫，使其工作在合理的溫度范圍內(nèi)。另一方面火檢冷卻風(fēng)的吹掃對(duì)火檢探頭也起到了清潔的作用。

本廠2臺(tái)機(jī)組的DCS系統(tǒng)采用的是杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司自主研發(fā)的MACS V6控制系統(tǒng)，組態(tài)軟件為MACS V6.5.3 版本，硬件為KM系列，操作系統(tǒng)為Win10系統(tǒng)[9-10]。圖3為杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司火電廠MACSV6.5.3版本的畫面組態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)2臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)的啟停及2臺(tái)風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖投入與切除工作，同時(shí)在畫面上提供運(yùn)行人員可監(jiān)視的火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的各開(kāi)關(guān)量點(diǎn)。

3.2 火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造前控制邏輯

火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造前控制邏輯如圖4和圖5所示。

本控制邏輯以火檢冷卻風(fēng)機(jī)A為例，圖4為火檢冷卻風(fēng)機(jī)HSSCS6手操器功能塊，手操器功能塊名為SCS10FSS0901。HSSCS6手操器功能塊可以實(shí)現(xiàn)火檢冷卻風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)允許條件(L4)、停許可條件(L5)、風(fēng)機(jī)的合閘狀態(tài)顯示(V1)、風(fēng)機(jī)的跳閘狀態(tài)顯示(V2)、風(fēng)機(jī)控制回路故障報(bào)警(L0)、風(fēng)機(jī)連鎖啟動(dòng)命令(L6)、聯(lián)鎖停止命令(L7)及遠(yuǎn)方就地狀態(tài)顯示(SD)等功能。其中“HSTON”為上升沿延時(shí)輸出功能塊；“HSTP”為輸出定寬高電平脈沖的功能塊；“AND”為邏輯與功能塊；“LT”為小于功能塊；“OR”為邏輯或功能塊。

由圖4和圖5可見(jiàn)火檢冷卻風(fēng)機(jī)A改造前停止允許條件和連鎖啟動(dòng)條件控制邏輯。

其停止允許條件(L5)為“空預(yù)器A與B入口煙溫均<60 ℃或者火檢冷卻風(fēng)機(jī)B在運(yùn)行”。即當(dāng)空預(yù)器A與B入口煙溫均<60 ℃或者火檢冷卻風(fēng)機(jī)B在運(yùn)行時(shí)這2個(gè)條件有1個(gè)滿足時(shí)，允許停止火檢冷卻風(fēng)機(jī)A。

其連鎖啟動(dòng)條件(L6)為“連鎖備用投入時(shí)，火檢冷卻風(fēng)機(jī)B跳閘或者連鎖備用投入時(shí)，火檢冷卻風(fēng)機(jī)B運(yùn)行時(shí)，火檢冷卻風(fēng)機(jī)壓力<5.6 kPa(開(kāi)關(guān)量)，延時(shí)2 s”。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，火檢冷卻風(fēng)機(jī)是1運(yùn)1備，當(dāng)火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，正常運(yùn)行的火檢冷卻風(fēng)機(jī)由于故障導(dǎo)致跳閘時(shí)，這時(shí)為保證火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，應(yīng)連鎖另1臺(tái)備用火檢冷卻風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，而且這個(gè)連鎖啟動(dòng)應(yīng)是無(wú)延時(shí)的，即當(dāng)故障狀態(tài)出現(xiàn)的時(shí)刻連鎖啟動(dòng)就應(yīng)立刻動(dòng)作，從而保證火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行正常；當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，雖然正在運(yùn)行的火檢冷卻風(fēng)機(jī)無(wú)故障輸出，但是此時(shí)1臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行所提供的火檢冷卻風(fēng)壓力<5.6 kPa時(shí)，即這種壓力值不能夠滿足火檢探頭正常冷卻和吹掃的條件，同時(shí)也為了防止因火檢冷卻風(fēng)壓力低導(dǎo)致火檢探頭工作異常，從而引起鍋爐MFT風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)需連鎖啟動(dòng)另外1臺(tái)備用的火檢冷卻風(fēng)機(jī)，即2臺(tái)風(fēng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行保證火檢冷卻風(fēng)壓力在正常值范圍內(nèi)的要求。

從上述控制邏輯可以看出，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)火檢冷卻風(fēng)機(jī)一直有1臺(tái)處于運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)必然會(huì)對(duì)其安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，這就需要運(yùn)行人員定期進(jìn)行火檢冷卻風(fēng)機(jī)切換工作。同時(shí)由于鍋爐內(nèi)部粉塵的存在，導(dǎo)致火檢冷卻風(fēng)機(jī)入口濾網(wǎng)頻繁堵塞，需檢修人員進(jìn)行定期清理。

圖4 火檢冷卻風(fēng)機(jī)改造前手操塊控制邏輯

圖5 火檢冷卻風(fēng)機(jī)改造前啟動(dòng)許可條件與連鎖啟動(dòng)控制邏輯

4 火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造后工藝及控制邏輯優(yōu)化

4.1 火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造后工藝方案

基于上述問(wèn)題，提出了借助冷一次風(fēng)系統(tǒng)替代火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)，使火檢冷卻風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)為備用狀態(tài)的優(yōu)化運(yùn)行方案[11-16]。通過(guò)增加火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)備用風(fēng)道，從冷一次風(fēng)管道抽取部分風(fēng)作為火檢冷卻風(fēng)使用，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)使火檢冷卻風(fēng)機(jī)處于備用狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)冗余配置，從而提升了火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性，防止因火檢冷卻風(fēng)機(jī)故障引發(fā)鍋爐MFT動(dòng)作發(fā)生。另外，由于2臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)的備用狀態(tài)，可以在一定程度上節(jié)約廠用電和增加設(shè)備的使用壽命，降低企業(yè)發(fā)電運(yùn)行成本。其火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造后工藝和畫面組態(tài)如圖6和圖7所示。

圖6 火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造后工藝圖

本廠對(duì)火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造方案為從2號(hào)鍋爐爐西冷一次風(fēng)母管處接取一根30 m風(fēng)管并向上引致15.7 m，在15.7 m處加裝一個(gè)濾網(wǎng)，在濾網(wǎng)的前后和旁路各加裝一個(gè)手動(dòng)蝶閥，在濾網(wǎng)的后部順次加裝電動(dòng)蝶閥、止回閥，再與火檢冷卻風(fēng)機(jī)母管相連接。在原火檢冷卻風(fēng)機(jī)出口三通擋板后順次加裝電動(dòng)蝶閥、止回閥，將原壓力測(cè)點(diǎn)移至原母管與新加裝管道碰口之后母管上。運(yùn)行方式為正常運(yùn)行時(shí)由冷一次風(fēng)供給火檢冷卻風(fēng)，2臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)作為備用。

圖7 火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造后畫面組態(tài)

圖7為杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司火電廠MACSV6.5.3版本的畫面組態(tài)，通過(guò)畫面組態(tài)示意圖同樣實(shí)現(xiàn)對(duì)2臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)的啟停及兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖投入與切除工作。同時(shí)在畫面上提供運(yùn)行人員可操作的火檢冷卻風(fēng)機(jī)出口電動(dòng)門以及一次風(fēng)側(cè)電動(dòng)蝶閥，當(dāng)一次風(fēng)側(cè)提供火檢冷卻風(fēng)時(shí)，需開(kāi)啟一次風(fēng)側(cè)電動(dòng)蝶閥，同時(shí)關(guān)閉火檢冷卻風(fēng)側(cè)出口電動(dòng)門，并在火檢冷卻卻風(fēng)側(cè)出口電動(dòng)門設(shè)逆止閥，防止一次風(fēng)側(cè)的風(fēng)逆向流入火檢冷卻風(fēng)機(jī)內(nèi)部。

4.2 火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)改造后控制邏輯優(yōu)化

通過(guò)上述對(duì)火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)管路的改造，相應(yīng)的也對(duì)火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，改造后的火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)控制邏輯優(yōu)化如圖8和圖9所示。

圖8 火檢冷卻風(fēng)機(jī)改造后手操塊控制邏輯

圖9 火檢冷卻風(fēng)機(jī)改造后啟動(dòng)許可條件與連鎖啟動(dòng)控制邏輯

本控制邏輯仍以火檢冷卻風(fēng)機(jī)A為例，圖8為火檢冷卻風(fēng)機(jī)HSSCS6手操器功能塊，手操器功能塊名為SCS10FSS0901。由圖8和圖9可見(jiàn)火檢冷卻風(fēng)機(jī)A改造后停止允許條件和連鎖啟動(dòng)條件控制邏輯。

停止允許條件(L5)為“空預(yù)器A與B入口煙溫均<60 ℃、火檢冷卻風(fēng)機(jī)B在運(yùn)行或者2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)在運(yùn)行且一次風(fēng)側(cè)電動(dòng)蝶閥開(kāi)啟”3種情況之一。圖8與圖4進(jìn)行對(duì)比，火檢冷卻風(fēng)機(jī)A改造后停止允許條件與改造前相比多了一條“2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)在運(yùn)行且一次風(fēng)側(cè)電動(dòng)蝶閥開(kāi)啟”條件，即當(dāng)從一次風(fēng)側(cè)取風(fēng)替代火檢冷卻風(fēng)運(yùn)行時(shí)，允許停止運(yùn)行火檢冷卻風(fēng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

其連鎖啟動(dòng)條件(L6)為“連鎖備用投入時(shí)，火檢冷卻風(fēng)機(jī)B跳閘或者連鎖備用投入時(shí)，火檢冷卻風(fēng)機(jī)壓力<5.6 kPa(開(kāi)關(guān)量)，延時(shí)2 s或者連鎖備用投入時(shí)，當(dāng)任意1臺(tái)一次風(fēng)機(jī)停止時(shí)，無(wú)延時(shí)”3種情況之一。圖9與圖5進(jìn)行對(duì)比，火檢冷卻風(fēng)機(jī)A改造后連鎖啟動(dòng)條件與改造前相比，優(yōu)化后的邏輯將改造前“連鎖備用投入，火檢冷卻風(fēng)機(jī)B運(yùn)行時(shí)，火檢冷卻風(fēng)機(jī)壓力<5.6 kPa(開(kāi)關(guān)量)，延時(shí)2 s”修改為“連鎖備用投入時(shí)，火檢冷卻風(fēng)機(jī)壓力<5.6 kPa(開(kāi)關(guān)量)，延時(shí)2 s”，刪除火檢冷卻風(fēng)機(jī)B運(yùn)行邏輯，即：改造后的火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)由于正常運(yùn)行是從冷一次風(fēng)管道抽取的風(fēng)作為火檢探頭冷卻和吹掃使用，正常工況下2臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)都是處于備用狀態(tài)，所以，只要是火檢冷卻風(fēng)機(jī)壓力<5.6 kPa時(shí)，不論什么情況，此時(shí)備用狀態(tài)的火檢冷卻風(fēng)機(jī)都應(yīng)該立即連鎖啟動(dòng)來(lái)確?；饳z冷卻風(fēng)系統(tǒng)壓力正常，故刪除原來(lái)的火檢冷卻風(fēng)機(jī)B運(yùn)行這一條件；增加連鎖備用投入時(shí)，當(dāng)任意1臺(tái)一次風(fēng)機(jī)停止(包括跳閘或停運(yùn))連鎖啟動(dòng)火檢冷卻風(fēng)機(jī)條件，增加此邏輯的目的是當(dāng)任意1臺(tái)一次風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，為保證供給制粉系統(tǒng)的一次風(fēng)量值正常，同時(shí)保證機(jī)組的安全運(yùn)行，此時(shí)需切除從一次風(fēng)管道抽取部分風(fēng)作為火檢冷卻風(fēng)這一改造通道，連鎖啟動(dòng)火檢冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行確?；饳z冷卻風(fēng)系統(tǒng)的正常工作。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)的管道改造和控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，使得火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行更加安全穩(wěn)定，減少了火檢冷卻風(fēng)機(jī)入口濾網(wǎng)的清理和火檢冷卻風(fēng)機(jī)的定期切換工作，一定程度上起到節(jié)能降耗目的，節(jié)約了企業(yè)的運(yùn)行成本，可供同類型火電廠火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)借鑒。