循環(huán)流化床(Circulating Fluid Bed ，以下簡稱CFB)鍋爐技術(shù)作為一種清潔燃煤技術(shù)，由于其排放污染低、燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高及負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，得到了迅猛的發(fā)展，使CFB 鍋爐日趨大型化，大型循環(huán)流化床(CFB)鍋爐機(jī)組的安全運(yùn)行和熱工跳閘保護(hù)也使大家更為關(guān)注。下面以神華準(zhǔn)能矸電二期2×330MW循環(huán)流化床機(jī)組工程為例，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。
神華準(zhǔn)能矸電二期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(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)300MW等級(jí)的亞臨界CFB鍋爐，兩臺(tái)凝汽式汽輪機(jī)、兩臺(tái)水氫氫發(fā)電機(jī)、兩臺(tái)離心式一次風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)離心式二次風(fēng)機(jī)、三臺(tái)高壓流化風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)離心式引風(fēng)機(jī)、十臺(tái)給煤機(jī)、一座石灰石粉倉及其它輔助系統(tǒng)和設(shè)備。鍋爐主要由一個(gè)膜式水冷壁爐膛，三臺(tái)冷卻式旋風(fēng)分離器和一個(gè)由汽冷包墻包覆的尾部豎井三部分組成。 鍋爐有十個(gè)給煤口全部布置于爐前，爐膛底部是由水冷壁管彎制圍成的水冷風(fēng)室，水冷風(fēng)室兩側(cè)布置有一次熱風(fēng)道，進(jìn)風(fēng)型式為從風(fēng)室兩側(cè)進(jìn)風(fēng)，空預(yù)器一二次風(fēng)出口均在兩側(cè)。爐膛下部左右側(cè)的一次風(fēng)道內(nèi)分別布置有兩臺(tái)點(diǎn)火燃燒器，爐膛密相區(qū)水冷壁前后墻上還分別各設(shè)置了兩支床上助燃油槍。六個(gè)排渣口布置在爐膛后水冷壁下部，對(duì)應(yīng)六臺(tái)滾筒式冷渣器。機(jī)組DCS系統(tǒng)采用杭州和利時(shí)公司系統(tǒng)。
本工程熱工跳閘保護(hù)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。
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耄珻FB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(duì)于CFB鍋爐來說，MFT并不等同于停爐。
1.1 大型流化床鍋爐MFT的條件
主燃料跳閘(MFT)的條件邏輯如下圖一：
根據(jù)圖一主燃料跳閘條件，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：
①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昌暉儀表制造有限公司生產(chǎn)的耐磨熱電偶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)。
②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，330MW循環(huán)流化床一次風(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。
③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。
④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。
⑤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(duì)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。
⑥煙氣含氧量低低
煙氣含氧量低時(shí)在DCS系統(tǒng)報(bào)警，煙氣含氧量低低時(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。
⑦爐膛壓力高高或低低
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。
⑧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。
⑨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。
1.2 MFT聯(lián)鎖跳閘設(shè)備
MFT聯(lián)鎖跳閘設(shè)備邏輯如下圖二：
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、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(duì)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。
2.1 鍋爐跳閘（BT）的條件
鍋爐跳閘（BT）的條件邏輯如下圖三：
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：
①爐膛壓力高高或低低
爐膛壓力高高信號(hào)和低低信號(hào)分別來自爐膛出口的3個(gè)云南昌暉儀表制造有限公司生產(chǎn)爐膛負(fù)壓變送器，信號(hào)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。
②汽包水位高高或低低
汽包水位高高信號(hào)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(hào)，3個(gè)水位信號(hào)取高值判定后得出3個(gè)獨(dú)立的水位高高信號(hào)，信號(hào)采用3取2冗余配置，汽包水位低低信號(hào)與高高信號(hào)相同，取自相同的信號(hào)源。
③兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)跳閘
④兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)跳閘
⑤兩臺(tái)二次風(fēng)機(jī)跳閘
⑥三臺(tái)高壓流化風(fēng)機(jī)跳閘
⑦任意J閥總流化風(fēng)量低低
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。
⑧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。
⑨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。
⑩DCS 電源故障
?鍋爐跳閘按鈕信號(hào)
在集控室操作臺(tái)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 BT聯(lián)鎖跳閘設(shè)備
BT聯(lián)鎖跳閘設(shè)備邏輯如下圖四：
①跳閘一次風(fēng)機(jī)
②跳閘二次風(fēng)機(jī)
③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。
④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(jí)和二級(jí)減溫配水閥。
⑤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。
⑥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)。
⑦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(duì)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(hào)
通常，在煤粉爐設(shè)計(jì)中，操作臺(tái)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(tái)上有的既設(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(tái)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(tái)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(tái)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300MW級(jí)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(duì)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300MW級(jí)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300MW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(duì)300MW級(jí)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。
結(jié)束語
神華準(zhǔn)能矸電二期2×330MW循環(huán)流化床機(jī)組工程鍋爐跳閘(BT)和主燃料跳閘(MFT)設(shè)計(jì)是在東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，經(jīng)過設(shè)計(jì)過程中和設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)上不斷修改、補(bǔ)充、完善而最終形成的，調(diào)試成功后為今后大型循環(huán)流化床(CFB)鍋爐機(jī)組鍋爐熱工跳閘保護(hù)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)參考依據(jù)。
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