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、燃料適應性廣、燃燒效率高及負荷適應性強等優(yōu)點，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)鍋爐機組的安全運行和熱工跳閘保護也使大家更為關注。下面以神華準能矸電二期2×330MW循環(huán)流化床機組工程為例，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)設計，以及鍋爐跳閘(BT)和主燃料跳閘(MFT)在工程設計中的應用。
神華準能矸電二期2×330MW空冷機組，配套建設東方鍋爐(集團)股份有限公司具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)300MW等級的亞臨界CFB鍋爐，兩臺凝汽式汽輪機、兩臺水氫氫發(fā)電機、兩臺離心式一次風機、兩臺離心式二次風機、三臺高壓流化風機、兩臺離心式引風機、十臺給煤機、一座石灰石粉倉及其它輔助系統(tǒng)和設備。鍋爐主要由一個膜式水冷壁爐膛，三臺冷卻式旋風分離器和一個由汽冷包墻包覆的尾部豎井三部分組成。 鍋爐有十個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室，水冷風室兩側(cè)布置有一次熱風道，進風型式為從風室兩側(cè)進風，空預器一二次風出口均在兩側(cè)。爐膛下部左右側(cè)的一次風道內(nèi)分別布置有兩臺點火燃燒器，爐膛密相區(qū)水冷壁前后墻上還分別各設置了兩支床上助燃油槍。六個排渣口布置在爐膛后水冷壁下部，對應六臺滾筒式冷渣器。機組DCS系統(tǒng)采用杭州和利時公司系統(tǒng)。
本工程熱工跳閘保護設有主燃料跳閘(MFT)和鍋爐跳閘(BT)，在鍋爐電子設備間內(nèi)設有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行條件不滿足，或爐內(nèi)燃燒工況惡化，而發(fā)出相應指令快速切斷所有通往爐膛的燃料并引發(fā)必要的聯(lián)鎖動作，以保護鍋爐本體、其他設備和人員的安全。CFB鍋爐的MFT不同于煤粉爐的MFT，這是因為即使切斷所有燃料輸入，CFB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，鍋爐廠設計正常的床溫運行范圍為790-920℃，運行時應嚴密監(jiān)視床溫，并使鍋爐運行在這一溫度范圍，床溫的高值報警點為975℃，溫度達990℃時，主燃料自動被切除(MFT)。
②總風量小于25%
總風量過低會造成燃料在爐膛內(nèi)積聚，330MW循環(huán)流化床一次風、二次風風量測量裝置采用熱式流量計，冗余設置，以滿足風量測量的準確性。
③床溫小于600℃
當床溫小于600℃時，如果沒有啟動油槍投入，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
當任意給煤機、任意床下啟動油槍、任意床上助燃油槍切斷并且床溫小于600℃時，燃料喪失標志被置位，主燃料跳閘條件成立。
⑤風道燃燒器連續(xù)兩次點火失敗
床下水冷風室入口方向兩側(cè)各裝有一個風道燃燒器，在每個風道燃燒器入口側(cè)裝有兩套床下啟動油槍(上下布置)，鍋爐啟動時床下啟動油槍將空預器來的一次風加熱后送入水冷風室。為了防止風道燃燒器點火失敗后，燃油在風道和風室內(nèi)積聚，應該對風道吹掃一段時間后才允許再次點火。為了進一步防止誤操作，將風道燃燒器連續(xù)兩次點火失敗作為MFT 的跳閘條件之一，風道燃燒器連續(xù)兩次點火失敗定義為在兩分鐘內(nèi)發(fā)生兩次床下啟動油槍點火失敗。
⑥煙氣含氧量低低
煙氣含氧量低時在DCS系統(tǒng)報警，煙氣含氧量低低時表明燃料在爐膛內(nèi)缺氧燃燒，甚至滅火，應該立即切斷燃料，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值時在DCS系統(tǒng)報警，爐膛壓力高2值或低2值時直接觸發(fā)MFT(不延時)，本工程還設有爐膛壓力高3值和低3值，發(fā)生條件時直接跳送風機和引風機，以保證爐膛安全。
⑧鍋爐跳閘(BT)
鍋爐跳閘將聯(lián)鎖導致MFT，但MFT不聯(lián)鎖觸發(fā)鍋爐跳閘。
⑨汽輪機跳閘
汽輪機跳閘為保證主汽和再熱汽壓力不要過高應導致鍋爐側(cè)燃料切斷。
1.2 MFT聯(lián)鎖跳閘設備
MFT聯(lián)鎖跳閘設備邏輯如下圖二：
其中切鍋爐本體風量調(diào)門為手動主要是燃料輸入突然停止可能造成爐膛壓力波動，所以MFT時將鍋爐本體二次風量調(diào)節(jié)擋板、床下一次風量調(diào)節(jié)擋板、高壓流化風量調(diào)節(jié)擋板切為手動控制，并保持原位。
2、鍋爐跳閘(BT)
鍋爐跳閘是指鍋爐的安全運行條件不滿足，需要立即停爐，降低燃燒率。對于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隨著物料循環(huán)持續(xù)燃燒放熱。只有切除一次風機和二次風機，停止床料流化，同時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
爐膛壓力高高信號和低低信號分別來自爐膛出口的3個云南昌暉儀表制造有限公司生產(chǎn)爐膛負壓變送器，信號分別采用3取2冗余配置，與MFT條件不同的是延時后發(fā)生BT。
②汽包水位高高或低低
汽包水位高高信號來自3個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個水位信號，3個水位信號取高值判定后得出3個獨立的水位高高信號，信號采用3取2冗余配置，汽包水位低低信號與高高信號相同，取自相同的信號源。
③兩臺引風機跳閘
④兩臺一次風機跳閘
⑤兩臺二次風機跳閘
⑥三臺高壓流化風機跳閘
⑦任意J閥總流化風量低低
據(jù)鍋爐廠設計，每個J 閥回料器上布置有10個充氣噴嘴，有8個測風裝置來測量每一路高壓流化風的風量。為了判斷J閥回料器內(nèi)的回料狀態(tài)，取回料器的3個流化風室風量的總和，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導致鍋爐跳閘。本處風量測量裝置選用了整體式文丘里噴嘴風量測量裝置。
⑧蒸汽阻塞
當汽輪機高壓缸或者中壓缸進氣切斷，并且高壓旁路和低壓旁路沒有打開時。如果鍋爐燃料輸入熱量>20%MCR，就延時10秒跳閘鍋爐，如果鍋爐燃料輸入熱量<20%MCR，就延時180秒跳閘鍋爐，此數(shù)值可根據(jù)現(xiàn)場實際工程情況進行設定。
⑨給水泵停且床溫高
床溫>600℃時，如果給水泵全跳閘，就會引發(fā)鍋爐跳閘。
⑩DCS 電源故障
?鍋爐跳閘按鈕信號
在集控室操作臺設有鍋爐跳閘緊急停爐雙按鈕，供緊急情況下使用，保證機組和操作人員的安全。
2.2 BT聯(lián)鎖跳閘設備
BT聯(lián)鎖跳閘設備邏輯如下圖四：
①跳閘一次風機
②跳閘二次風機
③關閉定期排污閥
鍋爐跳閘后，隨著燃燒率的迅速下降，汽包水位擾動可能會加大，所以聯(lián)鎖關閉定期排污閥，定期排污的程控應禁止操作。
④關閉過熱器減溫噴水閥
為了防止汽機進水，應聯(lián)鎖關閉過熱器一級和二級減溫配水閥。
⑤關閉再熱器減溫噴水閥
為了防止汽機進水，聯(lián)鎖關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)柜設計過程中也遇見了一些問題，下面會結(jié)合上文所述及作者自身經(jīng)驗對于設計鍋爐跳閘(BT)柜和主燃料跳閘(MFT)柜常見問題進行簡單探討。
3.1 鍋爐跳閘按鈕信號
通常，在煤粉爐設計中，操作臺上僅設計主燃料跳閘(MFT)按鈕，在緊急情況下供運行人員操作，而在CFB鍋爐中設計比較有爭議，如在已投運的某些電廠中在集控室操作臺上有的既設有鍋爐跳閘(BT)按鈕又設有主燃料跳閘(MFT)按鈕，在本工程中操作臺上僅設有鍋爐跳閘(BT)按鈕，設計過程中征求了該廠生產(chǎn)運行人員的意見，主要考慮，鍋爐跳閘將聯(lián)鎖導致MFT，但MFT不聯(lián)鎖觸發(fā)鍋爐跳閘，僅設置鍋爐跳閘(BT)按鈕防止運行人員在緊急情況下發(fā)生誤操作現(xiàn)象，鍋爐的安全運行條件不滿足，需要立即停爐，降低燃燒率，通過操作臺按鈕實現(xiàn)，主燃料跳閘(MFT)由DCS畫面實現(xiàn)操作。
3.2 鍋爐跳閘是否聯(lián)跳引風機和高壓流化風機保護邏輯
本工程設計中，鍋爐跳閘聯(lián)跳一次風機和二次風機，停止爐膛內(nèi)的物料循環(huán)，而不聯(lián)跳引風機和高壓流化風機，其中僅跳一臺引風機，目的是保持爐內(nèi)的煙氣循環(huán)、使鍋爐熱負荷下降、并使其具備熱啟動條件和防止床層高溫結(jié)焦。在鍋爐本體另設有爐膛壓力高3值和低3值，爐膛壓力低3值通過壓力開關3取2獲取，具備條件觸發(fā)引風機跳閘，爐膛壓力高3值通過壓力開關3取2獲取，主要判斷MFT動作后爐膛壓力過高觸發(fā)二次風機跳閘，高壓流化風機應一直運行到回料器被冷卻到250℃以下停止運行。在某些工程實施中，有工程將鍋爐跳閘直接聯(lián)跳所有風機，主要考慮鍋爐跳閘后聯(lián)跳所有風機，使其鍋爐保證在原有狀態(tài)不向擴大事故方向發(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)，一氧化碳會積聚增加，也存在很大危險，而且一氧化碳過多也不易于鍋爐熱態(tài)啟動，由于300MW級循環(huán)流化床機組在世界范圍內(nèi)投運時間不長， 運行調(diào)整經(jīng)驗不是很成熟， 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、深入分析， 結(jié)合機組的實際情況對機組的控制邏輯做出相應的調(diào)整和優(yōu)化。
3.3 鍋爐聯(lián)跳汽輪機的判斷條件
在以往煤粉爐設計中，鍋爐跳閘即聯(lián)跳汽輪機，但300MW級循環(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，如果能在短時間內(nèi)排除鍋爐側(cè)故障，這期間汽輪機可以不用解列。從已投運的300MW參考電廠的實際運行看，因為鍋爐內(nèi)大量的熱量蓄積，運行中曾出現(xiàn)鍋爐跳閘后5個多小時汽輪機仍保持并網(wǎng)運行，所以，針對300MW級循環(huán)流化床鍋爐的特點，如果既考慮保證機組安全，又盡量利用CFB鍋爐的優(yōu)點，盡量減少停機，就可給電廠減少不必要的經(jīng)濟損失。因此建議增加鍋爐聯(lián)跳汽輪機的判斷條件，如可增加：主汽溫度低于430℃報警、主汽溫度變化率高(5℃/min)報警、主汽溫度變化率低(-5℃/min)報警、主汽溫度過熱度低(120℃)報警和主汽溫度過熱度低低(100℃)報警，以便在鍋爐跳閘后主蒸汽品質(zhì)不高時及時停機。根據(jù)各個電廠煤質(zhì)情況、運行人員習慣，運行人員也可以根據(jù)自己電廠實際運行經(jīng)驗進行設置聯(lián)跳汽輪機條件。
結(jié)束語
神華準能矸電二期2×330MW循環(huán)流化床機組工程鍋爐跳閘(BT)和主燃料跳閘(MFT)設計是在東方鍋爐(集團)股份有限公司原設計基礎上，經(jīng)過設計過程中和設計聯(lián)絡會上不斷修改、補充、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)鍋爐機組鍋爐熱工跳閘保護設計提供設計參考依據(jù)。
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