350 MW超臨界機組循環流化床鍋爐主保護分析

司瑞才, 鄭　媛, 王長利, 王夢琦, 劉希聞

(1. 國網吉林省電力有限公司 電力科學研究院， 長春 130021；　2. 吉林工程職業學院 機電工程分院，吉林四平 136001；　3. 大唐長山熱電廠，吉林松原 138000；4. 華電國際電力股份有限公司 朔州熱電分公司， 山西朔州 036000)

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350 MW超臨界機組循環流化床鍋爐主保護分析

司瑞才1, 鄭媛2, 王長利3, 王夢琦4, 劉希聞1

(1. 國網吉林省電力有限公司 電力科學研究院， 長春 130021；2. 吉林工程職業學院 機電工程分院，吉林四平 136001；3. 大唐長山熱電廠，吉林松原 138000；4. 華電國際電力股份有限公司 朔州熱電分公司， 山西朔州 036000)

介紹了一臺350 MW超臨界機組循環流化床鍋爐的主保護設置，對鍋爐主燃料跳閘、鍋爐跳閘邏輯進行了分析，對運行過程中的投入狀況進行了說明。機組運行過程表明：上述邏輯經過一些改進后，機組的安全性可得到保證，為同類型機組鍋爐的主保護功能的設置提供參考。

超臨界機組； 循環流化床； 鍋爐主保護

超臨界循環流化床綜合了超臨界煤粉爐亞臨界循環流化床鍋爐的特點，既有超臨界鍋爐的高參數、高效率，又有亞臨界循環流化床燃料適應性廣、污染物排放低、爐內脫硫效果好、負荷調節性好的優點。然而超臨界循環流化床鍋爐和常規超臨界煤粉爐及常規流化床鍋爐在主保護設置和保護對象上存在一定的差異。筆者就某電廠350 MW超臨界循環流化床鍋爐的主保護設置做了詳細介紹，為同類型機組鍋爐的主保護功能提供參考。

1　機組概況

該電廠300 MW級熱電機組鍋爐為超臨界參數變壓運行直流爐，循環流化床燃燒方式、一次中間再熱、平衡通風、全鋼架結構；鍋爐采用氣冷式旋風分離器進行氣固分離。鍋爐采用前后墻聯合給煤，前墻布置6臺稱重皮帶式給煤機，沿寬度方向均勻布置在前墻水冷壁下部；后墻布置2臺稱重皮帶式給煤機(一級給煤機)和2臺耐磨刮板給煤機(二級給煤機)。每臺鍋爐配置2臺一次風機、2臺送風機、3臺高壓流化風機、1臺四分倉回轉式空氣預熱器，在爐膛下方布置6臺滾筒冷渣器。鍋爐機組配置1臺100% BMCR容量調速汽動給水泵，1臺30%BMCR容量的電動給水泵用于機組啟動。

為節省燃油，鍋爐采用床上床下油槍聯合啟動點火方式，燃用0號輕柴油。啟動油燃燒器共10只，床上共布置6只(兩側墻各1只，前墻4只)大功率床上燃燒器，占總燃燒率的10%，床下配置4臺風道燃燒器，占總燃燒率的2.5%。油燃料跳閘OFT(Oil Fuel Trip)邏輯與常規循環流化床鍋爐邏輯類似。

2　主保護條件設置

和煤粉鍋爐相比，循環流化床鍋爐在失去燃料后，并不會像煤粉鍋爐那樣發生突然滅火，所以循環流化床主保護設置分為主燃料跳閘MFT(Main Fuel Trip)和鍋爐跳閘BT(Boiler Trip)兩部分[1]。

2.1 MFT

2.1.1 保護邏輯

當發生下列條件之一時，FSSS(火焰監視保護系統)立即切斷鍋爐主燃料，顯示首出跳閘原因，并進行一系列聯鎖動作：

(1) 分離器水位高(>18.3 m)。

(2) 省煤器進口給水流量低(<300 t/h)。

(3) 全爐膛燃料喪失，且上部床溫低(<450 ℃)。

(4) 點火風量低(<190 000 m3/h)。

(5) 床溫低，未投油，且任一給煤機運行。

(6) 汽輪機跳閘，負荷小于30%，高、低壓旁路不可用，且已并網。

(7) 總空氣流量低于25%(<250 000 m3/h)。

(8) 分離器出口蒸汽溫度高越限(>460 ℃)。

(9) 鍋爐跳閘。

(10) 爐膛壓力高Ⅱ值(>1 500 Pa)。

(11) 爐膛壓力低Ⅱ值(<-1 800 Pa)。

(12) 床溫高(>990 ℃)。

(13) 點火延時。

(14) 多次點火失敗(>3次)。

(15) 手動MFT(軟手操)。

2.1.2 聯鎖動作

當觸發MFT，且保護投入時，將自動聯鎖以下動作：

(1) 停止全部給煤機與石灰石給料。

(2) 關閉燃油系統母管跳閘閥與所有油角閥。

(3) 關閉減溫水系統并禁止吹灰。

(4) 送信號至MCS(模擬量控制)。

(5) 報警器發出聲光報警。

2.1.3 MFT復位

MFT條件觸發后，通過爐膛吹掃進行復位。吹掃條件和常規煤粉爐類似，不同的是根據床溫確定不同的吹掃時間。CFB鍋爐發生燃料爆炸的可能性很小，床溫較高時，床料內的可燃物基本上在要求值以內，縮短吹掃時間，MFT可以很快復位，鍋爐可以直接點火或投煤。

2.2 BT

2.2.1 保護條件

當發生下列條件之一時，FSSS立即停止鍋爐運行，顯示首出跳閘原因，并進行一系列聯鎖動作：

(1) 手動緊急停爐(硬手操)。

(2) 空氣預熱器跳閘。

(3) 一次風機均跳閘。

(4) 二次風機均跳閘。

(5) 高壓流化風機均跳閘。

(6) 引風機均跳閘。

(7) 流化風機出口母管壓力低Ⅱ值(<35 kPa)。

(8) 汽輪機跳閘，且高壓旁路或低壓旁路不可用。

(9) 爐膛壓力高Ⅲ值(>2 600 Pa)。

(10) 爐膛壓力低Ⅲ值(<-1 800 Pa)。

(11) DCS(分散控制系統)電源故障。

(12) 給水泵全部跳閘且上部床溫高于500 ℃。

2.2.2 聯鎖動作

當觸發BT，且保護投入時，將自動聯鎖以下動作：

(1) 觸發MFT。

(2) 切除送風系統，但確保自然通風維持爐膛壓力。

(3) 禁止吹灰，關閉減溫水系統。

(4) 送信號至旁路與MCS。

(5) 報警器發出聲光報警。

2.2.3 BT復位

BT條件觸發后，操作人員可手動復位，也可延時自動復位[2]，見圖1。

圖1　BT復位邏輯

3　主保護的邏輯實現

3.1 重要輔機停止狀態信號的邏輯處理

對主要輔機(引風機、一次風機、二次風機、空氣預熱器等)的停止狀態判斷上，增加輔助判斷邏輯，以引風機A為例，見圖2及圖3[3]。圖2中，引風機A停止狀態，由引風機A停止開關量信號，與引風機A運行開關量信號，再與引風機A電流模擬量信號，經過3取2邏輯判斷后，輸出引風機A跳閘信號的中間點和硬接線點，硬接線點送至FSSS。圖3中，將引風機A跳閘送至FSSS的硬接線點信號、引風機A跳閘中間點信號、引風機A跳閘SOE點信號，輸出引風機A已跳閘。再與“引風機B已跳閘”相與，得到最終的“引風機全?！盉T條件信號。

圖2引風機A停止邏輯圖

圖3　引風機全停BT邏輯圖

按上述方法取信號可有效避免單個接點不可靠而引起保護的誤動、拒動。增加邏輯判斷的硬接線的接點，是為了避免SOE信號的拒動(試運期間曾出現引風機A跳閘，電氣保護裝置SOE不能有效輸出的情況)。三者相或可以避免由于控制器間的通信故障引起的保護拒動。

3.2 分離器水位高等信號的處理方法

分離器水位、總風量、點火風量、分離器出口溫度及給水流量等信號均類似，輸入信號均為多個測點來的信號，該信號經過MCS處理后，輸出3對硬接線信號和1個中間點通信信號送至FSSS，3對硬接線信號經3取2邏輯后與中間點信號相或，輸出經一定延時后發出MFT信號。

分離器水位信號的處理邏輯見圖4和圖5。

圖4分離器水位高MCS系統判斷

圖5　分離器水位高MFT動作邏輯

3.3 床溫信號的處理

該機組鍋爐總共配置18個床溫測點，前墻上層熱電偶7只，后墻上層加左右側墻上層熱電偶共11只。18個溫度測點均參與保護邏輯，從前墻側床溫起，依次向右，分為6組。每組信號選取方法都為3取中，當有1個變為壞點時，則變為2取均值，兩個測點變為壞點時，取好點。當溫度大于990 ℃時，輸出1，6組信號取3發MFT動作信號。由于床溫信號與MFT不在同一控制器，判斷后的信號需要按照圖5的方式處理。

3.4 汽動給水泵跳閘邏輯信號的處理

該機組配置1臺100% BMCR容量調速汽動給水泵，給水泵汽輪機電液控制系統(MEH)與給水泵汽輪機保護系統(METS)采用Ovation系列一體化控制系統。

給水泵全部跳閘且上部床溫大于500 ℃條件中，汽動給水泵跳閘采用主汽門關閉且汽動給水泵已跳閘二選一輸出。主汽門關閉采用低壓主汽門關閉且低壓主汽門開信號未出現，作為已關閉信號。汽動給水泵已跳閘是由METS邏輯判斷后送出的3對硬接線信號至FSSS。

汽動給水泵已跳閘信號，是由METS同一塊DO卡件上輸出，系統試運期間曾出現METS卡件故障，系統只輸出了1路跳閘信號，導致保護的拒動。增加此輔助判斷邏輯作為汽動給水泵跳閘的判斷邏輯，可以有效地避免保護拒動的再次發生。汽動給水泵已跳閘邏輯判斷見圖6。

圖6　汽動給水泵已跳閘邏輯判斷

3.5 全爐膛燃料喪失處理方法

循環流化床鍋爐配置有床上燃燒器和風道燃燒器，床上燃燒器用于助燃，風道燃燒器用于點火加熱。全爐膛燃料喪失且上部床溫低(<450 ℃)跳閘條件中，燃料喪失判斷邏輯為：任一床上燃燒器投運過，或任一風道燃燒器投運過，任一給煤機運行過(復位條件為MFT發出)，且所有床上燃燒器、所有風道燃燒器及所有給煤機停運[4]。

4　機組運行過程中保護的投運情況

4.1 給水流量低保護

由于汽動給水泵容量設置偏大，汽動給水泵再循環調節閥流量小于270 t/h時全開，高于400 t/h時全關，中間流量、再循環門線性變化，導致低負荷給水流量變化頻繁，易發生保護誤動。在整個試運過程中，給水流量低保護在鍋爐濕態運行時做切除處理。

4.2 點火風量保護

鍋爐點火期間，實際點火風量始終保持在臨界流化風量點之上，但由于風量測量裝置易堵塞，造成測量風量與實際風量偏差較大，失去保護的意義，鍋爐吹管直至整套試運期間，點火風量低保護一直處于切除狀態，建議改為報警。

4.3 其他保護

在整個試運過程中，除給水流量低與點火風量低保護外，其余保護均全程正常投入。

5　結語

該機組調試及試運期間，曾多次發生MFT，后經不斷的討論、修改，解決了這一問題。另外還有一些保護邏輯需要進一步的改進，比如沒有設計MFT操作盤停機按鈕，在機組的試運過程中，運行人員曾把BT操作盤按鈕誤認為MFT操作盤按鈕，造成BT，致使能夠挽回的工況不能及時恢復；應增加DCS電源故障鍋爐跳閘邏輯。

總體來看，機組整套試運期間，FSSS運行穩定，沒有發生由于邏輯不合理或定值不當引起的保護誤動。

[1] 溫武，周策. 300 MW循環流化床鍋爐主保護分析[J]. 山西電力，2009,156(5):38-40.

[2] 段寶. 1 177 t/h循環流化床鍋爐主保護邏輯分析[J]. 發電設備，2011,25(1):19-22.

[3] 杜強. 田集電廠600 MW超臨界機組MFT系統相關邏輯分析[J]. 華東電力，2008,36(6):104-107.

[4] 辛曉鋼，王彪，陳起，等. 循環流化床鍋爐主保護設計及可靠性分析[J]. 內蒙古電力技術，2011,29(6):28-30.

Analysis on Main Protection Logic of a 350 MW Supercritical CFB Boiler

Si Ruicai1, Zheng Yuan2, Wang Changli3, Wang Mengqi4, Liu Xiwen1

(1. STATE GRID Jilin Electric Power Co., Ltd., Electric Science and Research Institute,Changchun 130021, China;2. Department of Mechanical and Electrical Engineering, Jilin Engineering Vocational College, Siping 136001, Jilin Province, China;3. Datang Changshan Thermal Power Plant,Songyuan 138000, Jilin Province, China;4. Shuozhou Thermal Power Branch Company, Huadian Power International Corporation Limited, Shuozhou 036000, Shanxi Province, China)

An introduction is presented to the main protection configuration of a 350 MW supercritical circulating fluidized bed (CFB) boiler, with focus on the control logic of main fuel trip and boiler trip, including a description to the investment condition in the running process. Operation results show that the unit security can be guaranteed after some improvements on the said logics, which may service as a reference for configuration of the main protection logic in similar boiler units.

supercritical unit; CFB; boiler main protection logic

2015-11-02

司瑞才(1983—)，男，工程師，主要從事大型火電機組熱控調試及熱控試驗。

E-mail: src6865444@163.com

TK229.66

A

1671-086X(2016)04-0274-04