黃聲銘
(廣東國華臺(tái)山電廠,廣東臺(tái)山529228)
廣東臺(tái)山電廠1000MW級(jí)機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的3091t/h超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐,單爐膛塔式布置、四角切向燃燒、擺動(dòng)噴嘴調(diào)溫、平衡通風(fēng)、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置、采用機(jī)械刮板撈渣機(jī)固態(tài)排渣的鍋爐。爐后尾部上部有單臺(tái)SCR脫硝反應(yīng)裝置,下部布置兩臺(tái)轉(zhuǎn)子直徑為φ16370mm的三分倉容克式空氣預(yù)熱器。
風(fēng)煙系統(tǒng)為平衡通風(fēng)燃燒系統(tǒng),配有二臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)、二臺(tái)靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)、二臺(tái)動(dòng)葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)及二臺(tái)離心密封風(fēng)機(jī),運(yùn)行期間,空氣正壓送入爐膛,煙氣負(fù)壓排出爐膛。在送風(fēng)機(jī)后、空預(yù)器前冷風(fēng)管上沒有安裝聯(lián)絡(luò)風(fēng)道,空預(yù)器出口設(shè)有平衡入爐二次風(fēng)壓的聯(lián)絡(luò)風(fēng)道;在引風(fēng)機(jī)入口、電除塵出口煙氣管道沒有安裝聯(lián)絡(luò)風(fēng)道,尾部煙氣經(jīng)空預(yù)器、除塵器后送至引風(fēng)機(jī)煙道。
機(jī)組快速切負(fù)荷RUNBACK(簡稱RB)功能,是指在汽機(jī)及鍋爐側(cè)重要輔機(jī)發(fā)生故障而跳閘的情況下機(jī)組快速降低負(fù)荷以適應(yīng)機(jī)組出力的需要、確保安全穩(wěn)定運(yùn)行的一種手段。
機(jī)組共設(shè)有磨煤機(jī)RB、送風(fēng)機(jī)RB、引風(fēng)機(jī)RB、一次風(fēng)機(jī)RB、空預(yù)器RB、給水泵RB和停機(jī)不停爐RB共7種RB功能。
RB邏輯主要包括RB信號(hào)產(chǎn)生回路、負(fù)荷變化回路、RB速率回路、RB動(dòng)作回路和RB復(fù)位等。
1.1.1 RB觸發(fā)條件
負(fù)荷大于500MW時(shí),給水控制投自動(dòng),RB功能才有效。
1.1.2 負(fù)荷變化
兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí),一臺(tái)送風(fēng)機(jī)跳閘,RB動(dòng)作,鍋爐主控輸出降至50%左右,RB目標(biāo)負(fù)荷降至500MW,負(fù)荷變化率1000MW/min。
1.1.3 聯(lián)鎖及超馳動(dòng)作過程
鍋爐主控切換至手動(dòng)跟蹤狀態(tài),跟蹤RB指令;停止熱值校正;RB后,關(guān)減溫水調(diào)節(jié)門;引風(fēng)機(jī)靜葉超馳開到75%再自動(dòng)參與調(diào)節(jié),其靜葉上限為85%;送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉超馳開到85%再自動(dòng)參與調(diào)節(jié),其動(dòng)葉上限為90%。
1.1.4 FSSS跳磨順序
送風(fēng)機(jī)跳閘RB工況發(fā)生后,B磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí),磨煤機(jī)跳閘順序?yàn)?A-F-E,最終保留三臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行;B磨煤機(jī)不運(yùn)行時(shí),磨煤機(jī)跳閘順序?yàn)?AC,最終保留三臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行。跳閘磨煤機(jī)間隔時(shí)間為10s。
1.1.5 主汽壓控制
RB動(dòng)作時(shí),鍋爐主控切手動(dòng),汽機(jī)切換到壓力調(diào)節(jié)方式,RB動(dòng)作4秒內(nèi)壓力設(shè)定值跟蹤實(shí)際壓力,4秒后按滑壓曲線滑壓運(yùn)行,壓力下降的速率為1MPa/min。
1.1.6 RB復(fù)位方式
當(dāng)實(shí)際功率與RB目標(biāo)負(fù)荷差值小于2%時(shí),RB自動(dòng)復(fù)位;鍋爐滅火復(fù)位RB;RB發(fā)生7分鐘后,限速后主蒸汽壓力設(shè)定值和滑壓曲線壓力設(shè)定值偏差小于0.2MPa。
為了提高RB試驗(yàn)的成功率,在RB試驗(yàn)前需要對(duì)相關(guān)系統(tǒng)/設(shè)備的軟、硬件方面的條件進(jìn)行逐一確認(rèn),制定一旦試驗(yàn)失敗所應(yīng)該采取的應(yīng)對(duì)策略。
(1)對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和RB邏輯進(jìn)行最終確認(rèn),包括對(duì)控制系統(tǒng)邏輯進(jìn)行檢查及修改,對(duì)相關(guān)信號(hào)定值進(jìn)行核實(shí)及設(shè)置。
(2)對(duì)現(xiàn)場的變送器信號(hào)、位置反饋信號(hào)、設(shè)備狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行檢查確認(rèn),試驗(yàn)前確認(rèn)對(duì)現(xiàn)場進(jìn)行模擬的信號(hào)已全部恢復(fù)。
(3)確認(rèn)輔機(jī)的性能及出力,送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)出力與電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系,正確設(shè)置送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)的最大出力限制,防止RB過程中因風(fēng)機(jī)的電機(jī)過電流跳閘而觸發(fā)MFT。
(4)確認(rèn)模擬量調(diào)節(jié)性能,對(duì)模擬量調(diào)節(jié)控制回路進(jìn)行必要的擾動(dòng)試驗(yàn),如為了防止?fàn)t膛壓力波動(dòng)過大,RB試驗(yàn)前,要進(jìn)行較大幅值的爐膛壓力擾動(dòng)試驗(yàn),保證爐膛壓力調(diào)節(jié)回路的調(diào)節(jié)品質(zhì)良好,確認(rèn)爐膛壓力保護(hù)已投入。
(5)制定運(yùn)行人員手動(dòng)進(jìn)行干預(yù)的基本原則,防止給水流量低MFT、總風(fēng)量低MFT、主汽溫度或再熱汽溫大幅度波動(dòng)引起汽輪機(jī)應(yīng)力大跳閘、爐膛負(fù)壓高或低MFT。
重要輔機(jī)故障跳閘而使機(jī)組出力受到限制時(shí),鍋爐主控輸出自動(dòng)按一定的速率減少,直到鍋爐主控輸出等于相應(yīng)設(shè)備RB目標(biāo)負(fù)荷的對(duì)應(yīng)值。
(1)送風(fēng)機(jī)RB觸發(fā)后根據(jù)相應(yīng)的RB目標(biāo)負(fù)荷切除燃料。
(2)在沒有人為干預(yù)的情況下,機(jī)組參數(shù)能夠控制穩(wěn)定,不會(huì)出現(xiàn)參數(shù)異常或危及機(jī)組安全的情況,經(jīng)受住RB對(duì)機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)性能和功能的強(qiáng)烈考驗(yàn)。
送風(fēng)機(jī)的跳閘不僅影響到運(yùn)行側(cè)風(fēng)組的正常工作,給爐膛負(fù)壓的調(diào)節(jié)帶來風(fēng)險(xiǎn),還會(huì)波及制粉系統(tǒng)的燃燒及主蒸汽溫度的變化,因此需要有相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施來盡最大可能地維持機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。
(1)在運(yùn)行的送、引風(fēng)機(jī)喘振,將喘振風(fēng)機(jī)的控制切至手動(dòng),手動(dòng)降低其出力并使其不再喘振。
(2)磨煤機(jī)跳閘后燃燒不穩(wěn),投入適當(dāng)油槍助燃,注意中間點(diǎn)溫度的變化及趨勢,防止超溫。
(3)跳磨后一次風(fēng)機(jī)喘振,磨煤機(jī)跳閘聯(lián)鎖關(guān)閉出口門致使一次風(fēng)壓大幅升高,及時(shí)對(duì)一次風(fēng)壓進(jìn)行調(diào)整,保證熱一次風(fēng)壓母管壓力在適當(dāng)范圍內(nèi)運(yùn)行。
(4)爐膛壓力波動(dòng)超過±2000Pa,退出爐膛壓力自動(dòng),手動(dòng)恢復(fù)爐膛壓力,注意風(fēng)機(jī)電流不得超限和防止風(fēng)機(jī)喘振。
(5)RB過程中中間點(diǎn)溫度達(dá)到報(bào)警值,運(yùn)行人員手動(dòng)調(diào)整給水流量,如無法維持給水流量在跳閘值以上,可將機(jī)組轉(zhuǎn)濕態(tài)運(yùn)行。
(6)主汽溫超過610℃或低于560℃,運(yùn)行人員將給水控制切手動(dòng),手動(dòng)恢復(fù)汽溫。如主汽溫度高,開啟減溫水調(diào)門時(shí),應(yīng)加強(qiáng)給水流量的監(jiān)視,防止因減溫水流量增大而造成省煤器前給水流量低。
(7)汽溫10分鐘內(nèi)下降超過50℃,手動(dòng)打閘汽輪機(jī),防止應(yīng)力大損壞汽輪機(jī)。
A送風(fēng)機(jī)跳閘后,RB正常觸發(fā),引風(fēng)機(jī)B超馳開到85%,造成電流高達(dá)1020A過流,運(yùn)行將引風(fēng)機(jī)切到手動(dòng),送風(fēng)機(jī)和燃料主控自動(dòng)聯(lián)鎖切到手動(dòng)。燃料主控切手動(dòng)后造成燃料停留在240t/h位置不再降低,但鍋爐主控仍然繼續(xù)按RB的目標(biāo)降到50%,造成煤水靜態(tài)失衡。給水系統(tǒng)的焓值控制在RB發(fā)生時(shí)是不參與調(diào)節(jié)的,完全依靠煤水的靜態(tài)平衡來維持煤水比。由于煤水靜態(tài)失衡,而焓值又不參與控制,最終造成鍋爐中間點(diǎn)溫度高而觸發(fā)MFT。
圖1 送風(fēng)機(jī)A的RB試驗(yàn)記錄曲線
送風(fēng)機(jī)跳閘后,機(jī)組的運(yùn)行工況發(fā)生劇烈變化,主要的參數(shù)在調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)超調(diào),最終導(dǎo)致機(jī)組MFT。
(1)送風(fēng)機(jī)RB跳閘兩臺(tái)磨煤機(jī)后,發(fā)現(xiàn)一次風(fēng)壓偏高,一次風(fēng)機(jī)有發(fā)生喘振的風(fēng)險(xiǎn)。
(2)RB過程中二次風(fēng)箱壓力調(diào)節(jié)手操器切強(qiáng)制手動(dòng),二次風(fēng)箱壓力需要手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(3)RB過程中,運(yùn)行通過改變給水流量設(shè)定值偏置的方法干預(yù)給水控制,但由于干預(yù)的幅度較大、上下行頻繁設(shè)置給水偏置,造成給水控制跟蹤不上,產(chǎn)生大幅度的波動(dòng)。RB時(shí)焓值調(diào)節(jié)器沒有作用,調(diào)節(jié)器輸出范圍過窄,無法在異常工況下對(duì)給水流量進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)。
(4)引風(fēng)機(jī)出力到達(dá)極限,爐膛壓力保持正壓。
(5)汽機(jī)跳閘,高旁減壓閥快開后手動(dòng)關(guān)閉,高旁閥后溫度高過設(shè)定值,高旁減溫水調(diào)節(jié)閥開大,而高旁減溫水速關(guān)閥不開,此時(shí)在高旁減溫水管道積有大量冷水,若此時(shí)打開高旁減壓閥,因高旁減溫水調(diào)節(jié)閥在較大開度,高旁減溫水速關(guān)閥自動(dòng)聯(lián)開,將可能造成水沖擊。
(6)機(jī)組RB期間,減溫水調(diào)門閉鎖開啟,時(shí)間過長極容易造成超溫。
(7)爐膛壓力高或低時(shí),送風(fēng)機(jī)閉鎖回路控制效果不明顯。
(8)兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)自動(dòng)退出后,燃料主控退自動(dòng),燃料量不能跟隨燃料指令繼續(xù)往下減,燃料量指令與燃料量偏差40t/h左右,而給水流量隨鍋爐主控指令繼續(xù)減水,煤水失衡一段時(shí)間,中間點(diǎn)溫度超溫,等到發(fā)現(xiàn)時(shí)運(yùn)行手動(dòng)打掉兩臺(tái)磨干預(yù)已經(jīng)來不及,MFT發(fā)水冷壁保護(hù)首出。
送風(fēng)機(jī)RB觸發(fā)MFT,從邏輯自動(dòng)調(diào)節(jié)品質(zhì),風(fēng)機(jī)最大出力,參數(shù)、定值設(shè)置,運(yùn)行操作等方面進(jìn)行分析。
(1)邏輯自動(dòng)調(diào)節(jié):觀察過程曲線,B引風(fēng)機(jī)退出自動(dòng)聯(lián)鎖,退出B送風(fēng)機(jī)自動(dòng),燃料主控聯(lián)鎖退出自動(dòng)后,燃料量不再按預(yù)定燃料量指令減少煤量;RB過程中引風(fēng)機(jī)開度達(dá)上限閉鎖負(fù)荷增,閉鎖焓值PID上下限輸出,且焓值調(diào)節(jié)響應(yīng)慢。
(2)超馳回路設(shè)計(jì):送、引風(fēng)機(jī)RB時(shí),引風(fēng)機(jī)的超馳回路設(shè)計(jì)不太合適,將超馳目標(biāo)自動(dòng)跟蹤引風(fēng)機(jī)的出力上限,沒有區(qū)分動(dòng)態(tài)超馳與穩(wěn)態(tài)最大出力的區(qū)別,且超馳速率過快。超馳回路設(shè)計(jì)的初衷是為了解決被調(diào)量劇烈變化時(shí),為防止PID的調(diào)節(jié)無法穩(wěn)定,提前快速預(yù)判性進(jìn)行部分單向調(diào)節(jié),減輕隨后PID正常調(diào)節(jié)的困難,達(dá)到快速穩(wěn)定被調(diào)量的目的;因?yàn)槌Y是單向開環(huán)調(diào)節(jié),因此超馳目標(biāo)的處理必須合理,超馳調(diào)節(jié)應(yīng)避免被調(diào)量越限跳閘即可,隨后的調(diào)節(jié)交給PID進(jìn)行正常的閉環(huán)調(diào)節(jié),切不可希望通過超馳調(diào)節(jié)使被調(diào)量一次到位。由于超馳目標(biāo)的處理不合適、超馳速率過大,導(dǎo)致引風(fēng)機(jī)大幅過電流,被迫退出負(fù)壓自動(dòng)及送風(fēng)自動(dòng)。
(3)參數(shù)、定值設(shè)置:B引風(fēng)機(jī)超弛開度至85%,開速率3%/s,速率太快導(dǎo)致714A電流超限閉鎖開信號(hào)沒有起到作用。焓值校正輸出上下限為±300t/h的給水流量,調(diào)節(jié)幅度太小且速率較慢,RB過程中失去調(diào)節(jié)作用。
(4)現(xiàn)場人員沒有注意到煤量未減到預(yù)定目標(biāo)值,而給水流量按照鍋爐主控正常減少。當(dāng)發(fā)現(xiàn)過熱度迅速上升時(shí)進(jìn)行加水干預(yù),由于兩臺(tái)給水泵再循環(huán)閥自動(dòng)開到50%影響到給水泵加水且焓值PID上下限閉鎖焓值調(diào)節(jié)器輸出,導(dǎo)致給水指令無法有效調(diào)節(jié),最終導(dǎo)致分配集箱溫度過高觸發(fā) MFT保護(hù)。
(5)由于汽機(jī)主汽調(diào)門過關(guān),達(dá)到16%,影響給水泵加水能力。
通過送風(fēng)機(jī)A的RB試驗(yàn),MFT后對(duì)事故原因的分析及系統(tǒng)邏輯的討論,對(duì)相關(guān)部分RB邏輯進(jìn)行優(yōu)化。
(1)為了防止一次風(fēng)機(jī)喘振,當(dāng)磨煤機(jī)停運(yùn)關(guān)閉出口擋板時(shí),一次風(fēng)壓力調(diào)節(jié)PID預(yù)關(guān)一定值,跳一臺(tái)磨時(shí)預(yù)關(guān)一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉3%,兩臺(tái)磨預(yù)關(guān)6%,防止壓力升高引起喘振。當(dāng)熱一次風(fēng)母管壓力大于13.5kPa時(shí),閉鎖一次風(fēng)機(jī)動(dòng)葉增,防止喘振。
(2)為了更好地控制二次風(fēng)箱的壓力,有利于鍋爐的穩(wěn)定燃燒及風(fēng)量的控制,原邏輯修改為RB條件觸發(fā)時(shí)二次風(fēng)箱壓力調(diào)節(jié)手操器不退自動(dòng)。
(3)RB過程中給水控制跟蹤不上運(yùn)行的干預(yù),造成給水控制的波動(dòng),除了干預(yù)不是很恰當(dāng)外,主要原因是給水流量控制的流量信號(hào)有16秒的濾波,在RB過程以及大幅度頻繁改變給水流量設(shè)定時(shí),控制采用的給水流量信號(hào)嚴(yán)重滯后于實(shí)際的給水流量信號(hào)。為此,完善給水控制:RB時(shí),給水流量調(diào)節(jié)用的給水流量信號(hào)的濾波時(shí)間由16秒自動(dòng)改為3秒,使控制用的給水流量信號(hào)能夠迅速反映實(shí)際給水流量的變化,便于給水控制的快速控制。RB結(jié)束后,自動(dòng)恢復(fù)為16秒,不影響非RB工況下的給水控制;RB發(fā)生后,增加焓值調(diào)節(jié)前饋輸出量校正回路,使RB過程中焓值控制參與給水的控制,維持煤水的平衡;RB發(fā)生后,自動(dòng)將給水焓值調(diào)節(jié)器輸出范圍由±300t/h修改為±500t/h,便于焓值參與RB過程的給水控制,待RB結(jié)束后無擾切換為±300t/h。
(4)引風(fēng)機(jī)超馳信號(hào)越限,指令變化速率過快,與風(fēng)機(jī)的性能及出力不相吻合。引風(fēng)機(jī)邏輯修改為:引風(fēng)機(jī)RB超馳高限由85%改為75%,避免出現(xiàn)引風(fēng)機(jī)過電流;送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、空預(yù)器RB時(shí),當(dāng)爐膛壓力高于300Pa,引風(fēng)機(jī)電流小于714A,且相應(yīng)引風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí),超馳指令以1.5%/s速率向目標(biāo)值75%提升引風(fēng)機(jī)出力,防止出現(xiàn)風(fēng)機(jī)電流過流。
(5)高旁減溫水的邏輯為高旁減溫水速關(guān)閥跟蹤高旁減壓閥開度反饋,不與減溫水調(diào)閥跟蹤,當(dāng)減壓閥與減溫水調(diào)閥不相匹配時(shí)容易造成水沖擊。邏輯改為:高旁減溫水速關(guān)閥跟蹤高旁減溫水調(diào)節(jié)閥反饋。
(6)RB至減溫水門信號(hào)由長指令改為脈沖信號(hào),RB動(dòng)作后發(fā)30秒脈沖關(guān)減溫水門,30秒后由運(yùn)行人員手動(dòng)操作。
(7)爐膛壓力超過一定范圍時(shí),閉鎖送風(fēng)機(jī)向有可能進(jìn)一步擴(kuò)大超限范圍的方向動(dòng)作,在保證最低送風(fēng)量的前提下,提高爐膛的負(fù)壓安全系數(shù),同時(shí)也可以降低引風(fēng)機(jī)的出力。邏輯修改為:爐膛壓力高于500Pa時(shí),送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉閉鎖增;爐膛壓力低于-500Pa時(shí),送風(fēng)機(jī)動(dòng)葉閉鎖減。
(8)為了防止類似的送風(fēng)機(jī)手動(dòng)后,燃料無法自動(dòng)減少的情況發(fā)生。邏輯修改為:RB發(fā)生后,屏蔽燃料主控切至手動(dòng)邏輯,讓燃料量指令跟隨鍋爐主控變化;RB發(fā)生后25秒內(nèi),閉鎖燃料調(diào)節(jié)器增加功能,防止燃料的反調(diào)作用。
通過對(duì)送風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn)失敗的分析、送風(fēng)機(jī)RB邏輯的優(yōu)化,基于送、引風(fēng)機(jī)沒有聯(lián)絡(luò)擋板,且送、引風(fēng)機(jī)RB過程及聯(lián)鎖動(dòng)作結(jié)果一致,直接進(jìn)行B引風(fēng)機(jī)跳閘 RB試驗(yàn)。RB發(fā)生后,鍋爐指令以1000MW/min的速率下降到500MW,實(shí)際給煤量由348t/h迅速下降到209t/h,給水流量由2708t/h迅速下降到1530t/h,A側(cè)主汽溫由597.5℃下降到573.7℃,B側(cè)主汽溫由597.7℃下降到573.7℃;A側(cè)再熱汽溫由596.9℃下降到554.8℃,B側(cè)再熱汽溫由 598.2℃下降到 556.3℃;爐膛壓力最低 -271Pa,最高687Pa,引風(fēng)機(jī)RB取得預(yù)期效果。
圖2 引風(fēng)機(jī)B的RB試驗(yàn)記錄曲線
通過送風(fēng)機(jī)RB試驗(yàn),對(duì)RB控制回路進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,特別是對(duì)燃料及給水控制回路的優(yōu)化,使得后續(xù)的RB試驗(yàn)得以成功。在RB過程中,各主要參數(shù)能夠控制穩(wěn)定;在沒有人為干預(yù)的情況下,沒有出現(xiàn)參數(shù)異常或危及機(jī)組安全的情況,為機(jī)組長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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