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年底，預(yù)計(jì)共有6臺(tái)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行。
從已經(jīng)投運(yùn)的4臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行情況來(lái)看，300MW循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)還是非常成功的，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，在不易熄火、低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒等方面表現(xiàn)出與普通煤粉 爐不同的特點(diǎn);但同時(shí)也存在著運(yùn)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(wèn)題。影響循環(huán)流化床鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的，既有設(shè)計(jì)、制造、施工等方面的原因，也有運(yùn)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(jī)組投運(yùn)時(shí)間都還不長(zhǎng)，對(duì)機(jī)組特性的認(rèn)識(shí)還不夠深入，投產(chǎn)后的實(shí)際運(yùn)行反映出原ALSTOM的控制邏輯方案存在不 合理和不完善的地方。本文通過(guò)某廠300MW循環(huán)流化床鍋爐機(jī)組的一次典型停機(jī)事故，對(duì)相關(guān)的主保護(hù)邏輯、輔機(jī)聯(lián)鎖邏輯、自動(dòng)控制邏輯、機(jī)組控制方式進(jìn)行了分析和改進(jìn)。
一、機(jī)組概況
某廠300MW循環(huán)流化床鍋爐島為哈爾濱鍋爐廠引進(jìn)法國(guó)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)分離器、自平衡“U”形回料閥、外置床、冷渣器和尾部對(duì)流煙道組成。鍋爐采用并聯(lián)配風(fēng)系統(tǒng)，共設(shè)有兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)二次風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)、五臺(tái)高壓流化風(fēng)機(jī)和兩臺(tái)石灰石輸送風(fēng)機(jī)。
機(jī)組DCS系統(tǒng)采用美國(guó)metso公司的MAXDNA系統(tǒng)，控制方案在原有ALSTOM方案的基礎(chǔ)上，參考了已投運(yùn)300MW機(jī)組的運(yùn)行情況，結(jié)合該廠的 輔機(jī)配置情況，在機(jī)組調(diào)試階段進(jìn)行了大量的修改完善。
二、引風(fēng)機(jī)跳機(jī)事故
2007年1月15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(guò)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(guò)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(guò)了-3000Pa，可以看 出事故過(guò)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(lái)說(shuō)，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(zhǎng)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(lái)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。
3.1 RB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)該立即減負(fù)荷、減燃料，同時(shí)通過(guò)機(jī)組的自動(dòng)控制回路保證主汽壓力、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(méi)有及時(shí)減下來(lái)，相應(yīng) 總風(fēng)量指令也沒(méi)有減少，#1二次風(fēng)機(jī)跳閘后，#2二次風(fēng)機(jī)導(dǎo)葉繼續(xù)開(kāi)大，導(dǎo)致送風(fēng)過(guò)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)保證機(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)出力不足
由于輔機(jī)設(shè)備選型不同，該廠在負(fù)荷270 MW、給煤量200t/h時(shí)，引風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)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)參考 電廠的引風(fēng)機(jī)靜葉開(kāi)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(kāi)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(kāi)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)不到設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響了機(jī)組的帶負(fù)荷能力。引風(fēng)機(jī)出力不足，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(guò)長(zhǎng)
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(lái)看，邏輯聯(lián)鎖沒(méi)有問(wèn)題，但聯(lián)跳時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，#1引風(fēng)機(jī)跳閘后，經(jīng)過(guò)3秒鐘#1二 次風(fēng)機(jī)才跳閘。輔機(jī)聯(lián)鎖時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，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(guò)模擬引風(fēng)機(jī)的跳閘信號(hào)，從SOE記錄來(lái)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(lái)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(guò)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)行的角度考慮，針對(duì)設(shè)備出力情況，對(duì)總風(fēng)量指令回路考慮加入引風(fēng)機(jī)的出力上限限制?？傦L(fēng)量指令由原來(lái)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)量指令根據(jù)試驗(yàn)定為：1臺(tái)吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行允許送風(fēng)量450kNm3/h，2臺(tái)吸風(fēng)機(jī)運(yùn)行允許送風(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，保證引風(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)，為了保證爐內(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)不足。
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(lái)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(lái)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(kāi)度已到最大，已經(jīng)沒(méi)有調(diào)整余度去控制爐膛正壓。
針對(duì)這種情況，同時(shí)結(jié)合總風(fēng)量回路的調(diào)整，對(duì)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)葉根據(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)
根據(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)，目的是保持爐內(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(kāi)，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(kāi)始關(guān)小，而且引風(fēng)機(jī)靜葉往下關(guān)也需要一定時(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(guò)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。
從鍋爐安全的角度考慮，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(lái)聯(lián)跳)邏輯，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(jī)和送風(fēng)機(jī)。
3.7 建議增加鍋爐聯(lián)跳汽機(jī)的判斷條件
圖1中鍋爐跳閘后，通過(guò)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，鍋爐跳閘后在一定時(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參考電廠的實(shí)際運(yùn)行來(lái)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)仍保持并網(wǎng)運(yùn)行。所以，針對(duì)300MW 循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)，如果既考慮保證機(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)的判斷條件，參考方案如下：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(guò)熱度低(120℃)報(bào)警和主汽溫過(guò)熱度低低(100℃)報(bào)警，以便在鍋爐跳閘后主蒸汽品質(zhì)不高時(shí)及時(shí)停機(jī)。
四、結(jié)論
本文根據(jù)停機(jī)事故反映出的問(wèn)題，結(jié)合機(jī)組的實(shí)際情況，對(duì)機(jī)組的控制邏輯進(jìn)行了相應(yīng)調(diào)整和優(yōu)化。修改后的控制方案，既考慮了機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的調(diào)節(jié)和控制，也考慮了事故工況下機(jī)組的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是一種更優(yōu)化、更合理
