300MW循環(huán)流化床鍋爐 安全控制方案

1、300mw循環(huán)流化床鍋爐 安全控制方案 前言 300mw循環(huán)流化床鍋爐機組是現(xiàn)在世界上在運的最大循環(huán)流化床機組,目前x省境內(nèi)已經(jīng)投運了4臺300mw機組,到2021年底,估計共有6臺機組投入商業(yè)運行。 從已經(jīng)投運的4臺機組的運行狀況來看,300mw循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計還是特別成功的,機組運行穩(wěn)定,在不易熄火、低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒等方面表現(xiàn)出與平凡煤粉爐不同的特點;但同時也存在著運行調(diào)整復(fù)雜、爐內(nèi)易磨損和結(jié)焦、非金屬膨脹節(jié)易損壞、耐磨耐火材料易脫落等問題。影響循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定運行的,既有設(shè)計、制造、施工等方面的原因,也有運行調(diào)整的原因。 由于世界范圍內(nèi)300mw循環(huán)流化床鍋爐機組投運時間都還不長,對

2、機組特性的熟悉還不夠深入,投產(chǎn)后的實際運行反映出原alstom的掌握規(guī)律方案存在不合理和不完善的地方。本文通過某廠300mw循環(huán)流化床鍋爐機組的一次典型停機事故,對相關(guān)的主保護規(guī)律、輔機聯(lián)鎖規(guī)律、自動掌握規(guī)律、機組掌握方式進行了分析和改進。 一、機組概況 某廠300mw循環(huán)流化床鍋爐島為哈爾濱鍋爐廠引進法國alstom技術(shù)生產(chǎn)的hg-1025/17.5-l.hm37型鍋爐,由褲衩型雙布風(fēng)板結(jié)構(gòu)爐膛、高溫絕熱旋風(fēng)分別器、自平衡“u”形回料閥、外置床、冷渣器和尾部對流煙道組成。鍋爐采用并聯(lián)配風(fēng)系統(tǒng),共設(shè)有兩臺一次風(fēng)機、兩臺二次風(fēng)機、兩臺引風(fēng)機、五臺高壓流化風(fēng)機和兩臺石灰石輸送風(fēng)機。 機組dcs系統(tǒng)

3、采用美國metso公司的maxdna系統(tǒng),掌握方案在原有alstom方案的基礎(chǔ)上,參考了已投運300mw機組的運行狀況,結(jié)合該廠的輔機配置狀況,在機組調(diào)試階段進行了大量的修改完善。 二、引風(fēng)機跳機事故 2021年1月15日,在機組整套啟動期間,由于電氣方面的原因,#1引風(fēng)機突然跳閘,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動作,觸發(fā)了鍋爐跳閘,鍋爐跳閘又聯(lián)跳了汽機。事故過程的爐膛壓力變化趨勢如圖1所示。 圖1中,#1引風(fēng)機跳閘后,引起了爐膛壓力的急劇變化,14:59:14#1引風(fēng)機跳閘,14:59:17#1二次風(fēng)機跳閘,15:00:07爐膛正壓超過4000pa,爐膛壓力保護動作觸發(fā)

4、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,一方面影響了機組的安全、穩(wěn)定運行;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,對膨脹節(jié)、耐磨耐火材料均是很大的沖擊,不利于機組的長期穩(wěn)定運行。 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)機跳閘,從而導(dǎo)致了這次事故。但專心分析一下就會發(fā)覺,單臺輔機跳閘并不應(yīng)當(dāng)觸發(fā)鍋爐跳閘,所以引起事故的原因是多方面的,應(yīng)當(dāng)從多個方面加以分析和解決。 3.1rb功能未準(zhǔn)時投用 機組在高負(fù)荷下運行時,發(fā)生重要輔機跳閘,協(xié)調(diào)回路應(yīng)當(dāng)馬上減負(fù)荷、減

5、燃料,同時通過機組的自動掌握回路保證主汽壓力、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)的掌握。由于在基建調(diào)試階段,rb功能還未投用,以致#1引風(fēng)機跳閘后,燃料量沒有準(zhǔn)時減下來,相應(yīng)總風(fēng)量指令也沒有削減,#1二次風(fēng)機跳閘后,#2二次風(fēng)機導(dǎo)葉連續(xù)開大,導(dǎo)致送風(fēng)過量,是爐膛壓力沖高的一個重要原因。 所以,準(zhǔn)時投用rb,對保證機組安全、穩(wěn)定運行,將發(fā)揮積極的作用。 3.2引風(fēng)機出力不足 由于輔機設(shè)備選型不同,該廠在負(fù)荷270mw、給煤量200t/h時,引風(fēng)機靜葉開度已在80%以上,且其中一臺引風(fēng)機電流已接近額定電流;而負(fù)荷在300mw、給煤量210t/h的已投

6、運參考電廠的引風(fēng)機靜葉開度均小于60%。#1引風(fēng)機跳閘時,#2引風(fēng)機靜葉雖然準(zhǔn)時開大,補償#1引風(fēng)機的出力,但#1引風(fēng)機跳閘時#2引風(fēng)機靜葉開度已到達84%,#2引風(fēng)機的調(diào)整余量是很有限的。在機組整套啟動中,引風(fēng)機出力達不到設(shè)計要求,嚴(yán)重影響了機組的帶負(fù)荷能力。引風(fēng)機出力不足,是爐膛壓力沖高的一個重要原因。 3.3輔機聯(lián)鎖時間過長 在兩臺二次風(fēng)機均運行時,#1引風(fēng)機跳閘,要聯(lián)跳#1二次風(fēng)機。從動作結(jié)果來看,規(guī)律聯(lián)鎖沒有問題,但聯(lián)跳時間過長,#1引風(fēng)機跳閘后,經(jīng)過3秒鐘#1二次風(fēng)機才跳閘。輔機聯(lián)鎖時間過長,也是爐膛壓力沖高的一個重要原因。 利用dcs系統(tǒng)的soe記錄功能,我們做了引風(fēng)機、送風(fēng)機的

7、輔機聯(lián)鎖試驗。通過模擬引風(fēng)機的跳閘信號,從soe記錄來看,引風(fēng)機聯(lián)跳同側(cè)送風(fēng)機的時間均在2.7秒左右;檢查dcs系統(tǒng)中風(fēng)煙系統(tǒng)主要輔機聯(lián)鎖規(guī)律運算周期均為500ms,將運算周期由500ms改為100ms再重復(fù)做輔機聯(lián)鎖試驗,引風(fēng)機聯(lián)跳同側(cè)二次風(fēng)機的時間均在300ms以內(nèi)。 3.4對總風(fēng)量指令上限進行限制 原總風(fēng)量指令是由風(fēng)/煤比計算而來的,所以#1引風(fēng)機和#1二次風(fēng)機跳閘后,燃料量未減,總風(fēng)量指令也未減小,以致送風(fēng)過量。假如此時#2引風(fēng)機有足夠的調(diào)整余量,那么還是可以實現(xiàn)爐膛壓力掌握的。 從機組安全運行的角度考慮,針對設(shè)備出力狀況,對總風(fēng)量指令回路考慮加入引風(fēng)機的出力上限限制?？傦L(fēng)量指令由原來

8、的風(fēng)/煤指令改為:針對吸風(fēng)機運行臺數(shù)給出的風(fēng)量指令與原風(fēng)/煤指令的小選值。吸風(fēng)機運行臺數(shù)的風(fēng)量指令依據(jù)試驗定為:1臺吸風(fēng)機運行允許送風(fēng)量450knm3/h,2臺吸風(fēng)機運行允許送風(fēng)量1100knm3/h。 這樣,可以對進入爐膛的總風(fēng)量進行上限限制,保證引風(fēng)機在出力范圍內(nèi)實現(xiàn)對爐膛壓力的掌握;同時,為了保證爐內(nèi)燃燒,在煙氣含氧量小于1.5%時,對燃料量進行閉鎖增,避免進入爐內(nèi)的送風(fēng)不足。 3.5對引、送風(fēng)調(diào)整回路進行調(diào)整 如圖1,在原來的掌握方案中,#1引風(fēng)機聯(lián)跳#1二次風(fēng)機,相應(yīng)掌握回路中#1二次風(fēng)機的導(dǎo)葉取消安排,原#1二次風(fēng)機的出力由#2二次風(fēng)機來補上,送風(fēng)不減反增地進入爐膛,而此時#2引風(fēng)

9、機靜葉開度已到最大,已經(jīng)沒有調(diào)整余度去掌握爐膛正壓。 針對這種狀況,同時結(jié)合總風(fēng)量回路的調(diào)整,對于送風(fēng)、引風(fēng)調(diào)整回路,單臺風(fēng)機跳閘時,風(fēng)機出力不再疊加到另一臺風(fēng)機上,風(fēng)機導(dǎo)葉依據(jù)被調(diào)量進行調(diào)整。 3.6增加鍋爐跳閘聯(lián)跳引風(fēng)機 依據(jù)原規(guī)律,鍋爐跳閘只聯(lián)跳一次風(fēng)機和高壓流化風(fēng)機,停止?fàn)t膛內(nèi)的物料循環(huán),而不聯(lián)跳引風(fēng)機和送風(fēng)機,目的是保持爐內(nèi)的煙氣循環(huán);在鍋爐跳閘的全部觸發(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;即除爐膛壓力低低外的入口條件,只觸發(fā)鍋爐跳閘,不會聯(lián)跳引風(fēng)機。 圖1中鍋爐跳閘時,#2引風(fēng)機靜葉已全開,鍋爐跳閘聯(lián)跳一次風(fēng)機和高壓流化風(fēng)機雖然使進入爐膛內(nèi)的總風(fēng)量削減許多,但風(fēng)量

10、測量單元是有測量延時的,同時由于#2引風(fēng)機靜葉輸出早就已經(jīng)飽和,必需總風(fēng)量減小到一定量才開始關(guān)小,而且引風(fēng)機靜葉往下關(guān)也需要一定時間,最終導(dǎo)致一次風(fēng)機和高壓流化風(fēng)機跳閘引起的風(fēng)量減小速度超過引風(fēng)機靜葉回關(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。 從鍋爐安全的角度考慮,在鍋爐主保護規(guī)律中,增加鍋爐跳閘聯(lián)跳引風(fēng)機(送風(fēng)機由引風(fēng)機來聯(lián)跳)規(guī)律,即不論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)機和送風(fēng)機。 3.7建議增加鍋爐聯(lián)跳汽機的推斷條件 圖1中鍋爐跳閘后,通過機爐大聯(lián)鎖聯(lián)跳了汽機。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,蓄熱量特別大,鍋爐跳閘

11、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機,假如能在短時間內(nèi)排解鍋爐側(cè)故障,那么這期間汽機是可以不用解列的。 從已投運的300mw參考電廠的實際運行來看,由于鍋爐內(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,汽機仍保持并網(wǎng)運行。所以,針對300mw循環(huán)流化床鍋爐的特點,假如既考慮保證機組安全,又盡量利用循環(huán)流化床的優(yōu)點,盡量削減停機,這樣可以給電廠削減不必要的經(jīng)濟損失。 因此建議增加鍋爐聯(lián)跳汽機的推斷條件,參考方案如下:增加主汽溫低于430報警、主汽溫變化率高(5/min)報警、主汽溫變化率低(-5/min)報警、主汽溫過熱度低(120)報警和主汽溫過熱度低低