300MW循環(huán)流化床鍋爐安全控制方案

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前言

300MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組是現(xiàn)在世界上在運(yùn)的最大循環(huán)流化床機(jī)組，目前云南境內(nèi)已經(jīng)投運(yùn)了4臺(tái)300MW機(jī)組，到2007年x月xx日，在機(jī)組整套啟動(dòng)期間，由于電氣方面的原因，#1引風(fēng)機(jī)突然跳閘，由此引起了爐膛壓力的急劇變化，并導(dǎo)致了爐膛壓力主保護(hù)動(dòng)作，觸發(fā)了鍋爐跳閘，鍋爐跳閘又聯(lián)跳了汽機(jī)。事故過程的爐膛壓力變化趨勢(shì)如圖1所示。

圖1中，#1引風(fēng)機(jī)跳閘后，引起了爐膛壓力的急劇變化，14:59:14#1引風(fēng)機(jī)跳閘，14:59:17#1二次風(fēng)機(jī)跳閘，15:00:07爐膛正壓超過4000Pa，爐膛壓力保護(hù)動(dòng)作觸發(fā)鍋爐跳閘，15:00:58爐膛負(fù)壓又超過了-3000Pa，可以看出事故過程中爐膛壓力在正、負(fù)方向均發(fā)生了很大的變化。這種急劇的壓力變化，一方面影響了機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行;另一方面從設(shè)備的使用壽命來說，爐內(nèi)較大的壓力變化，對(duì)膨脹節(jié)、耐磨耐火材料均是很大的沖擊，不利于機(jī)組的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

三、事故原因分析及解決措施

從事故的直接原因來看，電氣側(cè)故障引起了#1引風(fēng)機(jī)跳閘，從而導(dǎo)致了這次事故。但認(rèn)真分析一下就會(huì)發(fā)現(xiàn)，單臺(tái)輔機(jī)跳閘并不應(yīng)該觸發(fā)鍋爐跳閘，所以引起事故的原因是多方面的，應(yīng)該從多個(gè)方面加以分析和解決。

3.1RB功能未及時(shí)投用

機(jī)組在高負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，發(fā)生重要輔機(jī)跳閘，協(xié)調(diào)回路應(yīng)該馬上減負(fù)荷、減燃料，同時(shí)通過機(jī)組的自動(dòng)控制回路確保主汽壓力、主汽溫度、再熱器溫度、爐膛壓力、含氧量、汽包水位、除氧器水位、凝汽器水位等重要參數(shù)的控制。由于在基建調(diào)試階段，RB功能還未投用，以致#1引風(fēng)機(jī)跳閘后，燃料量沒有及時(shí)減下來，相應(yīng)總風(fēng)量指令也沒有減少，#1二次風(fēng)機(jī)跳閘后，#2二次風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉持續(xù)開大，導(dǎo)致送風(fēng)過量，是爐膛壓力沖高的一個(gè)重要原因。

所以，及時(shí)投用RB，對(duì)確保機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行，將發(fā)揮積極的作用。

3.2引風(fēng)機(jī)出力不夠

由于輔機(jī)設(shè)備選型不同，該廠在負(fù)荷270MW、給煤量200t/h時(shí)，引風(fēng)機(jī)靜葉開度已在80%以上，且其中一臺(tái)引風(fēng)機(jī)電流已接近額定電流;而負(fù)荷在300MW、給煤量210t/h的已投運(yùn)參照電廠的引風(fēng)機(jī)靜葉開度均小于60%。#1引風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)，#2引風(fēng)機(jī)靜葉雖然及時(shí)開大，補(bǔ)償#1引風(fēng)機(jī)的出力，但#1引風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)#2引風(fēng)機(jī)靜葉開度已到達(dá)84%，#2引風(fēng)機(jī)的調(diào)整余量是很有限的。在機(jī)組整套啟動(dòng)中，引風(fēng)機(jī)出力達(dá)不到制定要求，嚴(yán)重影響了機(jī)組的帶負(fù)荷能力。引風(fēng)機(jī)出力不夠，是爐膛壓力沖高的一個(gè)重要原因。

3.3輔機(jī)聯(lián)鎖時(shí)間過長

在兩臺(tái)二次風(fēng)機(jī)均運(yùn)行時(shí)，#1引風(fēng)機(jī)跳閘，要聯(lián)跳#1二次風(fēng)機(jī)。從動(dòng)作結(jié)果來看，邏輯聯(lián)鎖沒有問題，但聯(lián)跳時(shí)間過長，#1引風(fēng)機(jī)跳閘后，經(jīng)過3秒鐘#1二次風(fēng)機(jī)才跳閘。輔機(jī)聯(lián)鎖時(shí)間過長，也是爐膛壓力沖高的一個(gè)重要原因。

利用DCS系統(tǒng)的SOE記錄功能，我們做了引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)的輔機(jī)聯(lián)鎖試驗(yàn)。通過模擬引風(fēng)機(jī)的跳閘信號(hào)，從SOE記錄來看，引風(fēng)機(jī)聯(lián)跳同側(cè)送風(fēng)機(jī)的時(shí)間均在2.7秒左右;檢查DCS系統(tǒng)中風(fēng)煙系統(tǒng)主要輔機(jī)聯(lián)鎖邏輯運(yùn)算周期均為500ms，將運(yùn)算周期由500ms改為100ms再重復(fù)做輔機(jī)聯(lián)鎖試驗(yàn)，引風(fēng)機(jī)聯(lián)跳同側(cè)二次風(fēng)機(jī)的時(shí)間均在300ms以內(nèi)。

3.4對(duì)總風(fēng)量指令上限進(jìn)行限制

原總風(fēng)量指令是由風(fēng)/煤比計(jì)算而來的，所以#1引風(fēng)機(jī)和#1二次風(fēng)機(jī)跳閘后，燃料量未減，總風(fēng)量指令也未減小，以致送風(fēng)過量。如果此時(shí)#2引風(fēng)機(jī)有足夠的調(diào)整余量，那么還是可以實(shí)現(xiàn)爐膛壓力控制的。

從機(jī)組安全運(yùn)行的角度合計(jì)，針對(duì)設(shè)備出力狀況，對(duì)總風(fēng)量指令回路合計(jì)加入引風(fēng)機(jī)的出力上限限制?？傦L(fēng)量指令由原來的風(fēng)/煤指令改為：針對(duì)吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)給出的風(fēng)量指令與原風(fēng)/煤指令的小選值。吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)的風(fēng)量指令依據(jù)試驗(yàn)定為：1臺(tái)吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行同意送風(fēng)量450kNm3/h，2臺(tái)吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行同意送風(fēng)量1100kNm3/h。

這樣，可以對(duì)進(jìn)入爐膛的總風(fēng)量進(jìn)行上限限制，確保引風(fēng)機(jī)在出力范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛壓力的控制;同時(shí)，為了確保爐內(nèi)燃燒，在煙氣含氧量小于1.5%時(shí)，對(duì)燃料量進(jìn)行閉鎖增，避免進(jìn)入爐內(nèi)的送風(fēng)不夠。

3.5對(duì)引、送風(fēng)調(diào)節(jié)回路進(jìn)行調(diào)整

如圖1，在原來的控制方案中，#1引風(fēng)機(jī)聯(lián)跳#1二次風(fēng)機(jī)，相應(yīng)控制回路中#1二次風(fēng)機(jī)的導(dǎo)葉取消分配，原#1二次風(fēng)機(jī)的出力由#2二次風(fēng)機(jī)來補(bǔ)上，送風(fēng)不減反增地進(jìn)入爐膛，而此時(shí)#2引風(fēng)機(jī)靜葉開度已到最大，已經(jīng)沒有調(diào)整余度去控制爐膛正壓。

針對(duì)這種狀況，同時(shí)結(jié)合總風(fēng)量回路的調(diào)整，關(guān)于送風(fēng)、引風(fēng)調(diào)節(jié)回路，單臺(tái)風(fēng)機(jī)跳閘時(shí)，風(fēng)機(jī)出力不再疊加到另一臺(tái)風(fēng)機(jī)上，風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉依據(jù)被調(diào)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

3.6增加鍋爐跳閘聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)

依據(jù)原邏輯，鍋爐跳閘只聯(lián)跳一次風(fēng)機(jī)和高壓流化風(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)和送風(fēng)機(jī)，目的是堅(jiān)持爐內(nèi)的煙氣循環(huán);在鍋爐跳閘的所有觸發(fā)條件中，只有爐膛壓力低低既觸發(fā)鍋爐跳閘，還聯(lián)跳引風(fēng)機(jī);即除爐膛壓力低低外的入口條件，只觸發(fā)鍋爐跳閘，不會(huì)聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)。

圖1中鍋爐跳閘時(shí)，#2引風(fēng)機(jī)靜葉已全開，鍋爐跳閘聯(lián)跳一次風(fēng)機(jī)和高壓流化風(fēng)機(jī)雖然使進(jìn)入爐膛內(nèi)的總風(fēng)量減少很多，但風(fēng)量測(cè)量單元是有測(cè)量延時(shí)的，同時(shí)由于#2引風(fēng)機(jī)靜葉輸出早就已經(jīng)飽和，必須總風(fēng)量減小到一定量才開始關(guān)小，而且引風(fēng)機(jī)靜葉往下關(guān)也必須要一按時(shí)間，最終導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)和高壓流化風(fēng)機(jī)跳閘引起的風(fēng)量減小速度超過引風(fēng)機(jī)靜葉回關(guān)速度，所以出現(xiàn)了圖1中鍋爐跳閘后爐膛負(fù)壓沖向了-3000Pa。

從鍋爐安全的角度合計(jì)，在鍋爐主保護(hù)邏輯中，增加鍋爐跳閘聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)(送風(fēng)機(jī)由引風(fēng)機(jī)來聯(lián)跳)邏輯，即不管鍋爐跳閘的入口條件是什么，只要發(fā)生鍋爐跳閘，都要聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)和送風(fēng)機(jī)。

3.7建議增加鍋爐聯(lián)跳汽機(jī)的推斷條件

圖1中鍋爐跳閘后，通過機(jī)爐大聯(lián)鎖聯(lián)跳了汽機(jī)。但300MW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，鍋爐跳閘后在一按時(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機(jī)，如果能在短時(shí)間內(nèi)排除鍋爐側(cè)故障，那么這期間汽機(jī)是可以不用解列的。

從已投運(yùn)的300MW參照電廠的實(shí)際運(yùn)行來看，由于鍋爐內(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)，汽機(jī)仍堅(jiān)持并網(wǎng)運(yùn)行。所以，針對(duì)300MW循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)，如果既合計(jì)確保機(jī)組安全，又盡量利用循環(huán)流化床的優(yōu)點(diǎn)，盡量減少停機(jī)，這樣可以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)跳汽機(jī)的推斷條件，參照方案如下：增加主汽溫低于430℃報(bào)警、主汽溫變化率高(5℃/MIN)報(bào)警、主汽溫變化率低(-5℃/MIN)報(bào)警、主汽溫過熱度低(120℃)報(bào)警和主汽溫過熱度低低(100℃)報(bào)警，以