張 亮,劉國華,范廷舉

(1.東北電力科學(xué)研究院有限公司,遼寧 沈陽 110006;2.綏中發(fā)電有限責(zé)任公司,遼寧 葫蘆島 125222)

隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展,火電廠建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入大機組、高參數(shù)、高度自動化時代,目前新建或擴建電廠多采用1 000 MW超超臨界機組。大容量、高參數(shù)機組對運行的安全性、經(jīng)濟(jì)性和自動化程度要求日益提高,需要控制的與鍋爐燃燒有關(guān)的設(shè)備和系統(tǒng)越來越多。這些設(shè)備和系統(tǒng)類型繁雜,操作方式多變,操作過程復(fù)雜。尤其在鍋爐啟停和事故工況下,燃燒設(shè)備的操作更加繁瑣,如果操作不當(dāng)很容易造成意外事故。故大型機組必須為鍋爐提供安全、可靠、完善的控制和保護(hù)系統(tǒng),以保障機組設(shè)備及人身的安全。從20世紀(jì)60年代起,在國外火電機組上就開始投入使用一系列火焰檢測裝置和爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng) (Furnace Safeguard Supervisory System,簡稱FSSS),并將其作為火電機組自動保護(hù)和自動控制系統(tǒng)的一個重要組成部分,完成鍋爐安全監(jiān)測和保護(hù)。從20世紀(jì)70年代起,爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)也開始在我國火電機組上使用。

1 機組概況

綏中二期工程2×1 000 MW超超臨界機組鍋爐由東方鍋爐廠有限公司制造,鍋爐型號為DG3000/26.15-Ⅱ型鍋爐,鍋爐為高效超超臨界參數(shù)變壓直流爐,采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、運轉(zhuǎn)層以上露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu) П型鍋爐。鍋爐采用0號輕柴油點火和助燃,共48只點火助燃油槍,油槍為機械霧化。整個鍋爐配置6層粉燃燒器 (A、B、C、D、E、F),制粉系統(tǒng)為正壓直吹式,配置了6臺ZMG-133G中速磨煤機。鍋爐設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 鍋爐設(shè)計參數(shù)

FSSS控制邏輯分布在8對控制器,分別為AP02、AP03、AP04、AP05、AP06、AP07、AP10、AP13。其邏輯功能由南京西門子電站有限公司開發(fā)的SPPA-T3000分散控制系統(tǒng)來實現(xiàn)?？刂破鞣植既缦隆?/p>

AP02 AP07∶6個控制器每一控制器分配一層粉燃燒器和對應(yīng)的油燃燒器。

AP10控制器 (公用邏輯):油泄漏試驗、爐膛吹掃、MFT、點火允許、RUN BACK、火檢冷卻風(fēng)機、密封風(fēng)機。

AP13控制器:微油點火

2 FSSS組成

FSSS由4部分組成:控制臺、邏輯控制系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和檢測元件。

控制臺包括運行人員控制臺、就地控制臺、系統(tǒng)模擬臺等。

邏輯控制系統(tǒng)是FSSS的核心,需要控制的設(shè)備多,流程和操作方式多變,使得FSSS的邏輯控制系統(tǒng)比較復(fù)雜。

執(zhí)行機構(gòu)也稱驅(qū)動裝置,是FSSS中的驅(qū)動機構(gòu)。包括各種電磁閥、控制閥;點火槍的驅(qū)動機構(gòu);各種擋板的驅(qū)動裝置;給煤機的電機控制器等。

檢測元件是FSSS的信號源泉,主要作用是將反映燃燒系統(tǒng)狀態(tài)的各種參數(shù)轉(zhuǎn)換成FSSS可接受的信號,主要是各種類型的開關(guān)量信號。

3 FSSS主要功能

FSSS功能在邏輯控制系統(tǒng)中實現(xiàn)。FSSS控制邏輯分為公用控制邏輯、燃油控制邏輯及燃煤控制邏輯三大部分。公用控制邏輯部分包含鍋爐保護(hù)的全部內(nèi)容,即油泄漏試驗、爐膛吹掃、主燃料跳閘(MFT)與首出原因記憶、點火條件 (油層點火條件和煤層點火條件)、RB等。

3.1 油泄漏試驗

油泄漏試驗是針對主燃油跳閘閥、母管回油閥、油管路及單個油燃燒器跳閘閥的密閉性所做的試驗,目的是防止燃油供油管路泄漏 (包括漏入爐膛)。燃油泄漏試驗不成功將終止?fàn)t膛吹掃程序。

3.1.1 油泄漏試驗允許條件

a. 油閥全關(guān);

b.30%＜總風(fēng)量 ＜55%;

c. 燃油系統(tǒng)進(jìn)油壓力正常;

d. 燃油系統(tǒng)進(jìn)油快關(guān)閥已關(guān);

e. 燃油系統(tǒng)回油快關(guān)閥已關(guān);

f. 旁路切除;

g. 燃油系統(tǒng)泄漏試驗閥已關(guān);

h. 所有火焰喪失。

3.1.2 油泄漏試驗過程

a. 當(dāng)允許條件滿足,將在CRT上指示 “油泄漏試驗允許”,這時可以從CRT上發(fā)出 “試驗啟動”指令,CRT顯示 “充油試驗開始”,打開進(jìn)油泄漏試驗閥充壓,等待進(jìn)油快關(guān)閥后燃油壓力大于3.2 MPa的信號產(chǎn)生。若60 s內(nèi)此信號產(chǎn)生表明“充油試驗完成”,關(guān)閉進(jìn)油泄漏試驗閥;反之,則為 “充油試驗失敗”,切除泄漏試驗,關(guān)閉供油快關(guān)閥。

b. 充油試驗完成,進(jìn)油泄漏試驗閥關(guān)閉,等待180 s,等待中 “進(jìn)油快關(guān)閥后燃油壓力大于2.8 MPa”信號消失,則泄漏試驗失敗,切除試驗;反之,泄漏試驗成功。

3.1.3 油泄漏試驗復(fù)位條件

a. 油泄漏試驗成功;

b. 充油失敗;

c. 泄油失敗;

d. 進(jìn)油快關(guān)閥打開;

e. 回油快關(guān)閥打開;

f. MFT跳閘。

3.2 爐膛吹掃

爐膛吹掃的目的是將爐膛內(nèi)的殘留可燃物質(zhì)清除掉,以防止鍋爐點火時發(fā)生爆燃。鍋爐點火前,必須進(jìn)行爐膛吹掃。

爐膛吹掃一次條件,爐膛在吹掃時,必須滿足下列所有條件,若條件不滿足,將中斷吹掃,待條件具備后,重新啟動。

a.MFT跳閘;

b. 油閥全關(guān);

c. 任意送風(fēng)機運行;

d. 任意引風(fēng)機運行;

e. 任意空預(yù)器運行;

f. 磨煤機出口擋板全關(guān);

g. 磨煤機全停;

h. 一次風(fēng)機全停;

i. 一次風(fēng)機出口門全關(guān);

j. 全爐膛無火焰;

k. 任意火檢冷卻風(fēng)機運行;

l. 無MFT跳閘條件;

m. 燃油系統(tǒng)進(jìn)油快關(guān)閥關(guān);

n. 燃油系統(tǒng)進(jìn)油泄漏試驗閥關(guān);

o.FGD煙道暢通;

p. 燃油泄漏試驗成功。

爐膛吹掃二次條件,爐膛在吹掃時,必須滿足下列所有條件,若條件不滿足,將中斷吹掃,待條件具備后,重新開始計時。

a. 二次風(fēng)擋板吹掃位;

b.30%＜風(fēng)量 ＜55%;

c. 三次風(fēng)門未全關(guān)。

當(dāng)吹掃條件滿足后,CRT上顯示 “爐膛吹掃許可”,在CRT上發(fā)出 “吹掃啟動”指令,CRT上指示 “爐膛吹掃過程中”,吹掃過程持續(xù)300 s后,吹掃完成,CRT上顯示 “爐膛吹掃完成”,MFT復(fù)歸。若吹掃過程中吹掃條件不滿足,自動中斷爐膛吹掃程序。

3.3 主燃料跳閘 (MFT)

主燃料跳閘 (MFT)是鍋爐安全保護(hù)的核心內(nèi)容。在出現(xiàn)任何危及鍋爐安全運行的危險工況時,MFT動作將快速切斷所有進(jìn)入爐膛的燃料,以保證鍋爐安全,避免事故發(fā)生或限制事故進(jìn)一步擴大。當(dāng)MFT跳閘后,有首出跳閘原因顯示;當(dāng)MFT復(fù)位后,首出跳閘記憶清除。MFT跳閘條件如下:

a. 手動MFT;

b. 給水流量低低;

c. 給水泵全停;

d. 汽輪機跳閘;

e. 火檢冷卻風(fēng)機壓力低低;

f. 空預(yù)器全停;

g. 高溫過熱器出口集箱壓力高高;

h. 送風(fēng)機全停;

i. 引風(fēng)機全停;

j. 總風(fēng)量 ＜25%;

k. 所有燃料喪失;

l. 一次風(fēng)機全停;

m. 全爐膛火焰喪失;

n. 臨界火焰喪失;

o. 爐膛壓力低低;

p. 爐膛壓力高高;

q. 再熱器保護(hù);

r. FGD保護(hù)。

MFT設(shè)計成軟、硬兩路冗余回路,當(dāng)MFT條件出現(xiàn)時軟件會送出相應(yīng)的信號來跳閘相關(guān)的設(shè)備,同時MFT跳閘繼電器柜也會向這些重要設(shè)備送出一個硬接線信號來跳閘它們。例如,MFT發(fā)生時會通過相應(yīng)邏輯輸出信號來關(guān)閉主跳閘閥,同時MFT跳閘繼電器柜也會送出信號來直接關(guān)閉主跳閘閥。這種軟硬回路互相冗余有效地提高了MFT動作的可靠性。此功能在FSSS跳閘繼電器柜內(nèi)實現(xiàn)。

3.4 點火允許條件

3.4.1 油燃燒器點火允許條件

a.MFT復(fù)位;

b.OFT復(fù)位;

c. 燃油系統(tǒng)進(jìn)油壓力正常;

d. 燃油系統(tǒng)吹掃空氣壓力正常;

e. 火檢冷卻風(fēng)壓力正常;

f. 燃油系統(tǒng)進(jìn)油快關(guān)閥已開;

g. 燃油系統(tǒng)回油快關(guān)閥已開;

h. 給水流量正常;

i. 30%＜風(fēng)量 ＜55%。

3.4.2 煤燃燒器點火允許

a.MFT復(fù)位;

b. 任意一次風(fēng)機運行;

c. 火檢冷卻風(fēng)壓力正常;

d.30%＜風(fēng)量 ＜55%;

e. 熱一次風(fēng)母管溫度正常;

f. 一次風(fēng)母管壓力正常;

g. 任意密封風(fēng)機運行。

3.5 RB工況

CCS產(chǎn)生RB信號,以至少4臺磨煤機投運為判斷依據(jù),依次切除1臺磨,順序為35-33-36。當(dāng)發(fā)生RB信號時,自動跳閘35號磨煤機,35號磨煤機停運10 s后,自動跳閘33號磨煤機,待33號磨煤機也停運10 s后,自動跳閘36號磨煤機。最終機組運行時保留3臺磨煤機運行。

4 調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的問題及改進(jìn)

MFT跳閘柜設(shè)計為繼電器失電跳閘,由兩路110 V直流電源供電,采用常閉接點進(jìn)行控制。每個繼電器配有兩對常閉接點,調(diào)試中發(fā)現(xiàn)每個繼電器控制2臺設(shè)備的動作,這樣很容易導(dǎo)致誤動作。例如1臺繼電器掉電或抖動會導(dǎo)致2臺設(shè)備跳閘,極大地影響了機組的安全運行?，F(xiàn)改為一對一式,即1臺繼電器只控制1臺設(shè)備的動作。

目前國內(nèi)機組在MFT跳閘柜設(shè)計方案有2種:帶電跳閘;失電跳閘;MFT柜的2種方案分析如下:帶電跳閘采用常開接點進(jìn)行控制,采用常開接點進(jìn)行控制的方案雖減少了誤動的可能性,但增加了拒動的可能性 (若DCS失電后MFT可能不能正常動作);失電跳閘采用常閉接點進(jìn)行控制,即在DCS失電后,MFT仍能動作。比較來看,后者對機組運行更安全,減少了拒動的可能性,但卻增加了誤動的可能性 (如線路虛接或繼電器抖動等都可引起誤跳)。

目前已投入生產(chǎn)的火電機組中,保護(hù)拒動很少發(fā)生,但保護(hù)誤動卻比較頻繁。因此,保護(hù)誤動問題是當(dāng)前威脅發(fā)電廠安全運行所急需解決的問題。FSSS作為火電廠主要的保護(hù)系統(tǒng),在系統(tǒng)硬件可靠的基礎(chǔ)上,如何防止誤動也是十分重要的。

5 結(jié)束語

FSSS作為現(xiàn)代化大型火電機組中最重要的保護(hù)系統(tǒng)之一,其設(shè)計的合理與否極其重要,系統(tǒng)自身的故障將直接影響機組的安全穩(wěn)定運行。目前,FSSS已大多在DCS中進(jìn)行控制,已不再單獨分開設(shè)計,但在保護(hù)功能的實現(xiàn)和信號的采集上,依然應(yīng)采用隔離和可靠的冗余等措施,以確保自身的可靠性。

[1] 肖大雛.超超臨界機組控制設(shè)備及系統(tǒng) [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008.

[2] DL/T1091—2008.火力發(fā)電廠鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程 [S].