350 MW超臨界機(jī)組循環(huán)流化床鍋爐主保護(hù)分析

司瑞才, 鄭　媛, 王長(zhǎng)利, 王夢(mèng)琦, 劉希聞

(1. 國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司 電力科學(xué)研究院， 長(zhǎng)春 130021；　2. 吉林工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程分院，吉林四平 136001；　3. 大唐長(zhǎng)山熱電廠，吉林松原 138000；4. 華電國(guó)際電力股份有限公司 朔州熱電分公司， 山西朔州 036000)

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350 MW超臨界機(jī)組循環(huán)流化床鍋爐主保護(hù)分析

司瑞才1, 鄭媛2, 王長(zhǎng)利3, 王夢(mèng)琦4, 劉希聞1

(1. 國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司 電力科學(xué)研究院， 長(zhǎng)春 130021；2. 吉林工程職業(yè)學(xué)院 機(jī)電工程分院，吉林四平 136001；3. 大唐長(zhǎng)山熱電廠，吉林松原 138000；4. 華電國(guó)際電力股份有限公司 朔州熱電分公司， 山西朔州 036000)

介紹了一臺(tái)350 MW超臨界機(jī)組循環(huán)流化床鍋爐的主保護(hù)設(shè)置，對(duì)鍋爐主燃料跳閘、鍋爐跳閘邏輯進(jìn)行了分析，對(duì)運(yùn)行過(guò)程中的投入狀況進(jìn)行了說(shuō)明。機(jī)組運(yùn)行過(guò)程表明：上述邏輯經(jīng)過(guò)一些改進(jìn)后，機(jī)組的安全性可得到保證，為同類型機(jī)組鍋爐的主保護(hù)功能的設(shè)置提供參考。

超臨界機(jī)組； 循環(huán)流化床； 鍋爐主保護(hù)

超臨界循環(huán)流化床綜合了超臨界煤粉爐亞臨界循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)，既有超臨界鍋爐的高參數(shù)、高效率，又有亞臨界循環(huán)流化床燃料適應(yīng)性廣、污染物排放低、爐內(nèi)脫硫效果好、負(fù)荷調(diào)節(jié)性好的優(yōu)點(diǎn)。然而超臨界循環(huán)流化床鍋爐和常規(guī)超臨界煤粉爐及常規(guī)流化床鍋爐在主保護(hù)設(shè)置和保護(hù)對(duì)象上存在一定的差異。筆者就某電廠350 MW超臨界循環(huán)流化床鍋爐的主保護(hù)設(shè)置做了詳細(xì)介紹，為同類型機(jī)組鍋爐的主保護(hù)功能提供參考。

1　機(jī)組概況

該電廠300 MW級(jí)熱電機(jī)組鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，循環(huán)流化床燃燒方式、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、全鋼架結(jié)構(gòu)；鍋爐采用氣冷式旋風(fēng)分離器進(jìn)行氣固分離。鍋爐采用前后墻聯(lián)合給煤，前墻布置6臺(tái)稱重皮帶式給煤機(jī)，沿寬度方向均勻布置在前墻水冷壁下部；后墻布置2臺(tái)稱重皮帶式給煤機(jī)(一級(jí)給煤機(jī))和2臺(tái)耐磨刮板給煤機(jī)(二級(jí)給煤機(jī))。每臺(tái)鍋爐配置2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)、2臺(tái)送風(fēng)機(jī)、3臺(tái)高壓流化風(fēng)機(jī)、1臺(tái)四分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器，在爐膛下方布置6臺(tái)滾筒冷渣器。鍋爐機(jī)組配置1臺(tái)100% BMCR容量調(diào)速汽動(dòng)給水泵，1臺(tái)30%BMCR容量的電動(dòng)給水泵用于機(jī)組啟動(dòng)。

為節(jié)省燃油，鍋爐采用床上床下油槍聯(lián)合啟動(dòng)點(diǎn)火方式，燃用0號(hào)輕柴油。啟動(dòng)油燃燒器共10只，床上共布置6只(兩側(cè)墻各1只，前墻4只)大功率床上燃燒器，占總?cè)紵实?0%，床下配置4臺(tái)風(fēng)道燃燒器，占總?cè)紵实?.5%。油燃料跳閘OFT(Oil Fuel Trip)邏輯與常規(guī)循環(huán)流化床鍋爐邏輯類似。

2　主保護(hù)條件設(shè)置

和煤粉鍋爐相比，循環(huán)流化床鍋爐在失去燃料后，并不會(huì)像煤粉鍋爐那樣發(fā)生突然滅火，所以循環(huán)流化床主保護(hù)設(shè)置分為主燃料跳閘MFT(Main Fuel Trip)和鍋爐跳閘BT(Boiler Trip)兩部分[1]。

2.1 MFT

2.1.1 保護(hù)邏輯

當(dāng)發(fā)生下列條件之一時(shí)，F(xiàn)SSS(火焰監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng))立即切斷鍋爐主燃料，顯示首出跳閘原因，并進(jìn)行一系列聯(lián)鎖動(dòng)作：

(1) 分離器水位高(>18.3 m)。

(2) 省煤器進(jìn)口給水流量低(<300 t/h)。

(3) 全爐膛燃料喪失，且上部床溫低(<450 ℃)。

(4) 點(diǎn)火風(fēng)量低(<190 000 m3/h)。

(5) 床溫低，未投油，且任一給煤機(jī)運(yùn)行。

(6) 汽輪機(jī)跳閘，負(fù)荷小于30%，高、低壓旁路不可用，且已并網(wǎng)。

(7) 總空氣流量低于25%(<250 000 m3/h)。

(8) 分離器出口蒸汽溫度高越限(>460 ℃)。

(9) 鍋爐跳閘。

(10) 爐膛壓力高Ⅱ值(>1 500 Pa)。

(11) 爐膛壓力低Ⅱ值(<-1 800 Pa)。

(12) 床溫高(>990 ℃)。

(13) 點(diǎn)火延時(shí)。

(14) 多次點(diǎn)火失敗(>3次)。

(15) 手動(dòng)MFT(軟手操)。

2.1.2 聯(lián)鎖動(dòng)作

當(dāng)觸發(fā)MFT，且保護(hù)投入時(shí)，將自動(dòng)聯(lián)鎖以下動(dòng)作：

(1) 停止全部給煤機(jī)與石灰石給料。

(2) 關(guān)閉燃油系統(tǒng)母管跳閘閥與所有油角閥。

(3) 關(guān)閉減溫水系統(tǒng)并禁止吹灰。

(4) 送信號(hào)至MCS(模擬量控制)。

(5) 報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警。

2.1.3 MFT復(fù)位

MFT條件觸發(fā)后，通過(guò)爐膛吹掃進(jìn)行復(fù)位。吹掃條件和常規(guī)煤粉爐類似，不同的是根據(jù)床溫確定不同的吹掃時(shí)間。CFB鍋爐發(fā)生燃料爆炸的可能性很小，床溫較高時(shí)，床料內(nèi)的可燃物基本上在要求值以內(nèi)，縮短吹掃時(shí)間，MFT可以很快復(fù)位，鍋爐可以直接點(diǎn)火或投煤。

2.2 BT

2.2.1 保護(hù)條件

當(dāng)發(fā)生下列條件之一時(shí)，F(xiàn)SSS立即停止鍋爐運(yùn)行，顯示首出跳閘原因，并進(jìn)行一系列聯(lián)鎖動(dòng)作：

(1) 手動(dòng)緊急停爐(硬手操)。

(2) 空氣預(yù)熱器跳閘。

(3) 一次風(fēng)機(jī)均跳閘。

(4) 二次風(fēng)機(jī)均跳閘。

(5) 高壓流化風(fēng)機(jī)均跳閘。

(6) 引風(fēng)機(jī)均跳閘。

(7) 流化風(fēng)機(jī)出口母管壓力低Ⅱ值(<35 kPa)。

(8) 汽輪機(jī)跳閘，且高壓旁路或低壓旁路不可用。

(9) 爐膛壓力高Ⅲ值(>2 600 Pa)。

(10) 爐膛壓力低Ⅲ值(<-1 800 Pa)。

(11) DCS(分散控制系統(tǒng))電源故障。

(12) 給水泵全部跳閘且上部床溫高于500 ℃。

2.2.2 聯(lián)鎖動(dòng)作

當(dāng)觸發(fā)BT，且保護(hù)投入時(shí)，將自動(dòng)聯(lián)鎖以下動(dòng)作：

(1) 觸發(fā)MFT。

(2) 切除送風(fēng)系統(tǒng)，但確保自然通風(fēng)維持爐膛壓力。

(3) 禁止吹灰，關(guān)閉減溫水系統(tǒng)。

(4) 送信號(hào)至旁路與MCS。

(5) 報(bào)警器發(fā)出聲光報(bào)警。

2.2.3 BT復(fù)位

BT條件觸發(fā)后，操作人員可手動(dòng)復(fù)位，也可延時(shí)自動(dòng)復(fù)位[2]，見(jiàn)圖1。

圖1　BT復(fù)位邏輯

3　主保護(hù)的邏輯實(shí)現(xiàn)

3.1 重要輔機(jī)停止?fàn)顟B(tài)信號(hào)的邏輯處理

對(duì)主要輔機(jī)(引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器等)的停止?fàn)顟B(tài)判斷上，增加輔助判斷邏輯，以引風(fēng)機(jī)A為例，見(jiàn)圖2及圖3[3]。圖2中，引風(fēng)機(jī)A停止?fàn)顟B(tài)，由引風(fēng)機(jī)A停止開(kāi)關(guān)量信號(hào)，與引風(fēng)機(jī)A運(yùn)行開(kāi)關(guān)量信號(hào)，再與引風(fēng)機(jī)A電流模擬量信號(hào)，經(jīng)過(guò)3取2邏輯判斷后，輸出引風(fēng)機(jī)A跳閘信號(hào)的中間點(diǎn)和硬接線點(diǎn)，硬接線點(diǎn)送至FSSS。圖3中，將引風(fēng)機(jī)A跳閘送至FSSS的硬接線點(diǎn)信號(hào)、引風(fēng)機(jī)A跳閘中間點(diǎn)信號(hào)、引風(fēng)機(jī)A跳閘SOE點(diǎn)信號(hào)，輸出引風(fēng)機(jī)A已跳閘。再與“引風(fēng)機(jī)B已跳閘”相與，得到最終的“引風(fēng)機(jī)全?！盉T條件信號(hào)。

圖2引風(fēng)機(jī)A停止邏輯圖

圖3　引風(fēng)機(jī)全停BT邏輯圖

按上述方法取信號(hào)可有效避免單個(gè)接點(diǎn)不可靠而引起保護(hù)的誤動(dòng)、拒動(dòng)。增加邏輯判斷的硬接線的接點(diǎn)，是為了避免SOE信號(hào)的拒動(dòng)(試運(yùn)期間曾出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)A跳閘，電氣保護(hù)裝置SOE不能有效輸出的情況)。三者相或可以避免由于控制器間的通信故障引起的保護(hù)拒動(dòng)。

3.2 分離器水位高等信號(hào)的處理方法

分離器水位、總風(fēng)量、點(diǎn)火風(fēng)量、分離器出口溫度及給水流量等信號(hào)均類似，輸入信號(hào)均為多個(gè)測(cè)點(diǎn)來(lái)的信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)MCS處理后，輸出3對(duì)硬接線信號(hào)和1個(gè)中間點(diǎn)通信信號(hào)送至FSSS，3對(duì)硬接線信號(hào)經(jīng)3取2邏輯后與中間點(diǎn)信號(hào)相或，輸出經(jīng)一定延時(shí)后發(fā)出MFT信號(hào)。

分離器水位信號(hào)的處理邏輯見(jiàn)圖4和圖5。

圖4分離器水位高M(jìn)CS系統(tǒng)判斷

圖5　分離器水位高M(jìn)FT動(dòng)作邏輯

3.3 床溫信號(hào)的處理

該機(jī)組鍋爐總共配置18個(gè)床溫測(cè)點(diǎn)，前墻上層熱電偶7只，后墻上層加左右側(cè)墻上層熱電偶共11只。18個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)均參與保護(hù)邏輯，從前墻側(cè)床溫起，依次向右，分為6組。每組信號(hào)選取方法都為3取中，當(dāng)有1個(gè)變?yōu)閴狞c(diǎn)時(shí)，則變?yōu)?取均值，兩個(gè)測(cè)點(diǎn)變?yōu)閴狞c(diǎn)時(shí)，取好點(diǎn)。當(dāng)溫度大于990 ℃時(shí)，輸出1，6組信號(hào)取3發(fā)MFT動(dòng)作信號(hào)。由于床溫信號(hào)與MFT不在同一控制器，判斷后的信號(hào)需要按照?qǐng)D5的方式處理。

3.4 汽動(dòng)給水泵跳閘邏輯信號(hào)的處理

該機(jī)組配置1臺(tái)100% BMCR容量調(diào)速汽動(dòng)給水泵，給水泵汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)(MEH)與給水泵汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)(METS)采用Ovation系列一體化控制系統(tǒng)。

給水泵全部跳閘且上部床溫大于500 ℃條件中，汽動(dòng)給水泵跳閘采用主汽門關(guān)閉且汽動(dòng)給水泵已跳閘二選一輸出。主汽門關(guān)閉采用低壓主汽門關(guān)閉且低壓主汽門開(kāi)信號(hào)未出現(xiàn)，作為已關(guān)閉信號(hào)。汽動(dòng)給水泵已跳閘是由METS邏輯判斷后送出的3對(duì)硬接線信號(hào)至FSSS。

汽動(dòng)給水泵已跳閘信號(hào)，是由METS同一塊DO卡件上輸出，系統(tǒng)試運(yùn)期間曾出現(xiàn)METS卡件故障，系統(tǒng)只輸出了1路跳閘信號(hào)，導(dǎo)致保護(hù)的拒動(dòng)。增加此輔助判斷邏輯作為汽動(dòng)給水泵跳閘的判斷邏輯，可以有效地避免保護(hù)拒動(dòng)的再次發(fā)生。汽動(dòng)給水泵已跳閘邏輯判斷見(jiàn)圖6。

圖6　汽動(dòng)給水泵已跳閘邏輯判斷

3.5 全爐膛燃料喪失處理方法

循環(huán)流化床鍋爐配置有床上燃燒器和風(fēng)道燃燒器，床上燃燒器用于助燃，風(fēng)道燃燒器用于點(diǎn)火加熱。全爐膛燃料喪失且上部床溫低(<450 ℃)跳閘條件中，燃料喪失判斷邏輯為：任一床上燃燒器投運(yùn)過(guò)，或任一風(fēng)道燃燒器投運(yùn)過(guò)，任一給煤機(jī)運(yùn)行過(guò)(復(fù)位條件為MFT發(fā)出)，且所有床上燃燒器、所有風(fēng)道燃燒器及所有給煤機(jī)停運(yùn)[4]。

4　機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中保護(hù)的投運(yùn)情況

4.1 給水流量低保護(hù)

由于汽動(dòng)給水泵容量設(shè)置偏大，汽動(dòng)給水泵再循環(huán)調(diào)節(jié)閥流量小于270 t/h時(shí)全開(kāi)，高于400 t/h時(shí)全關(guān)，中間流量、再循環(huán)門線性變化，導(dǎo)致低負(fù)荷給水流量變化頻繁，易發(fā)生保護(hù)誤動(dòng)。在整個(gè)試運(yùn)過(guò)程中，給水流量低保護(hù)在鍋爐濕態(tài)運(yùn)行時(shí)做切除處理。

4.2 點(diǎn)火風(fēng)量保護(hù)

鍋爐點(diǎn)火期間，實(shí)際點(diǎn)火風(fēng)量始終保持在臨界流化風(fēng)量點(diǎn)之上，但由于風(fēng)量測(cè)量裝置易堵塞，造成測(cè)量風(fēng)量與實(shí)際風(fēng)量偏差較大，失去保護(hù)的意義，鍋爐吹管直至整套試運(yùn)期間，點(diǎn)火風(fēng)量低保護(hù)一直處于切除狀態(tài)，建議改為報(bào)警。

4.3 其他保護(hù)

在整個(gè)試運(yùn)過(guò)程中，除給水流量低與點(diǎn)火風(fēng)量低保護(hù)外，其余保護(hù)均全程正常投入。

5　結(jié)語(yǔ)

該機(jī)組調(diào)試及試運(yùn)期間，曾多次發(fā)生MFT，后經(jīng)不斷的討論、修改，解決了這一問(wèn)題。另外還有一些保護(hù)邏輯需要進(jìn)一步的改進(jìn)，比如沒(méi)有設(shè)計(jì)MFT操作盤停機(jī)按鈕，在機(jī)組的試運(yùn)過(guò)程中，運(yùn)行人員曾把BT操作盤按鈕誤認(rèn)為MFT操作盤按鈕，造成BT，致使能夠挽回的工況不能及時(shí)恢復(fù)；應(yīng)增加DCS電源故障鍋爐跳閘邏輯。

總體來(lái)看，機(jī)組整套試運(yùn)期間，F(xiàn)SSS運(yùn)行穩(wěn)定，沒(méi)有發(fā)生由于邏輯不合理或定值不當(dāng)引起的保護(hù)誤動(dòng)。

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[2] 段寶. 1 177 t/h循環(huán)流化床鍋爐主保護(hù)邏輯分析[J]. 發(fā)電設(shè)備，2011,25(1):19-22.

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Analysis on Main Protection Logic of a 350 MW Supercritical CFB Boiler

Si Ruicai1, Zheng Yuan2, Wang Changli3, Wang Mengqi4, Liu Xiwen1

(1. STATE GRID Jilin Electric Power Co., Ltd., Electric Science and Research Institute,Changchun 130021, China;2. Department of Mechanical and Electrical Engineering, Jilin Engineering Vocational College, Siping 136001, Jilin Province, China;3. Datang Changshan Thermal Power Plant,Songyuan 138000, Jilin Province, China;4. Shuozhou Thermal Power Branch Company, Huadian Power International Corporation Limited, Shuozhou 036000, Shanxi Province, China)

An introduction is presented to the main protection configuration of a 350 MW supercritical circulating fluidized bed (CFB) boiler, with focus on the control logic of main fuel trip and boiler trip, including a description to the investment condition in the running process. Operation results show that the unit security can be guaranteed after some improvements on the said logics, which may service as a reference for configuration of the main protection logic in similar boiler units.

supercritical unit; CFB; boiler main protection logic

2015-11-02

司瑞才(1983—)，男，工程師，主要從事大型火電機(jī)組熱控調(diào)試及熱控試驗(yàn)。

E-mail: src6865444@163.com

TK229.66

A

1671-086X(2016)04-0274-04