爐水循環(huán)泵熱工保護(hù)誤動(dòng)作分析與改進(jìn)

吳廣偉

(遼寧東科電力有限公司，沈陽 110006)

0 引 言

某電廠670 MW機(jī)組鍋爐系超臨界參數(shù)直流爐，單爐膛、四角切圓燃燒、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、Π型布置。鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)采用帶有爐水循環(huán)泵的強(qiáng)制循環(huán)方式[1]。

該機(jī)組在調(diào)試期間多次因爐水循環(huán)泵的控制邏輯設(shè)置不合理引發(fā)設(shè)備跳閘，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組總給水流量低低觸發(fā)鍋爐總?cè)剂咸l。因此，對(duì)爐水循環(huán)泵的跳閘過程及原因進(jìn)行詳細(xì)分析，并針對(duì)存在的問題提出改進(jìn)措施[2]。

1 啟動(dòng)系統(tǒng)及設(shè)備

1.1 啟動(dòng)系統(tǒng)

啟動(dòng)系統(tǒng)主要由汽水分離器及進(jìn)出口連接管、儲(chǔ)水箱、爐水循環(huán)泵及相關(guān)管路、疏水?dāng)U容器以及設(shè)計(jì)容量為60%BMCR主蒸汽流量的高、低壓二級(jí)串聯(lián)旁路系統(tǒng)組成[3]。4臺(tái)汽水分離器布置在鍋爐上方，經(jīng)汽水分離器分離出來的蒸汽進(jìn)入頂棚包墻系統(tǒng)，然后依次流經(jīng)一級(jí)過熱器、二級(jí)分隔屏過熱器和末級(jí)過熱器，最后由主汽管道引出通過汽輪機(jī)高、低壓旁路系統(tǒng)排入凝汽器；汽水分離器分離出的水從分離器底部排入儲(chǔ)水箱，再經(jīng)儲(chǔ)水箱下部的爐水循環(huán)泵升壓后與來自高壓加熱器出口的給水混合，一起輸送至省煤器入口集箱和省煤器內(nèi)重新參與工質(zhì)循環(huán)[4]。

1.2 爐水循環(huán)泵控制邏輯

該機(jī)組采用LUVAK250-300/1型爐水循環(huán)泵。在機(jī)組啟動(dòng)及低負(fù)荷運(yùn)行階段，爐水循環(huán)泵可在啟動(dòng)系統(tǒng)和省煤器及爐膛水冷壁之間建立有效的循環(huán)，減少了能量損失和工質(zhì)損失[5]。

爐水循環(huán)泵最初設(shè)計(jì)的主要控制邏輯如下。

保護(hù)跳閘條件(任何一個(gè)條件滿足)：

1)儲(chǔ)水箱液位低低，延時(shí)5 s；

2)負(fù)荷大于35%BMCR，延時(shí)3 s；

3)電機(jī)溫度高高，延時(shí)3 s；

4)爐水循環(huán)泵出口流量低且最小流量閥未開，延時(shí)60 s；

5)爐水循環(huán)泵運(yùn)行60 s后，最小流量閥和泵出口閥均未開。 聯(lián)鎖啟動(dòng)條件：任意燃燒器投運(yùn)時(shí)，負(fù)荷小于30%BMCR，延時(shí)3 s。

2 爐水循環(huán)泵跳閘過程分析

事件1：用主蒸汽流量定義鍋爐負(fù)荷，構(gòu)成爐水循環(huán)泵控制邏輯組態(tài)，引發(fā)設(shè)備跳閘。主蒸汽流量是通過流經(jīng)汽輪機(jī)的蒸汽流量與流經(jīng)高壓旁路的蒸汽流量之和計(jì)算得到，其中高壓旁路蒸汽流量是通過高壓旁路閥門的開度和蒸汽壓力等參數(shù)換算得來。

如圖1所示，在汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，高壓旁路處于自動(dòng)狀態(tài)，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)高壓旁路閥門開度來維持沖轉(zhuǎn)壓力恒定，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升至2 416 r/min時(shí)，因主蒸汽壓力波動(dòng)增大，高壓旁路閥門開度隨之增大至54.31%位置，此時(shí)流經(jīng)高壓旁路閥門的折算蒸汽流量剛好達(dá)到35%BMCR，引發(fā)爐水循環(huán)泵突然跳閘，進(jìn)而導(dǎo)致省煤器入口給水流量大幅度降低，觸發(fā)鍋爐MFT(main fuec trip)動(dòng)作。

圖1 主蒸汽流量定義鍋爐負(fù)荷方式下機(jī)組運(yùn)行曲線Fig.1 Unit operation curve under the main steam flow defines boiler load mode

事件2：用總?cè)剂狭慷x鍋爐負(fù)荷，構(gòu)成爐水循環(huán)泵控制邏輯組態(tài)，引發(fā)設(shè)備跳閘。如圖2所示，在機(jī)組升負(fù)荷階段，為防止鍋爐在干態(tài)與濕態(tài)之間頻繁切換，需及時(shí)增加制粉系統(tǒng)的燃料量，當(dāng)燃料量增加過快且達(dá)到鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量對(duì)應(yīng)的總?cè)剂狭康?5%程度時(shí)，引發(fā)爐水循環(huán)泵聯(lián)鎖保護(hù)動(dòng)作，設(shè)備跳閘。但由于燃料在爐膛中還未充分燃燒，鍋爐短時(shí)吸收不到足夠的熱量，鍋爐尚未完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換，此時(shí)爐水循環(huán)泵突然跳閘，進(jìn)而導(dǎo)致省煤器入口給水流量大幅度降低，觸發(fā)鍋爐MFT動(dòng)作。

圖2 總?cè)剂狭慷x鍋爐負(fù)荷方式下機(jī)組運(yùn)行曲線Fig.2 Unit operation curve under total fuel defines boiler load mode

3 控制邏輯改進(jìn)

針對(duì)爐水循環(huán)泵試運(yùn)過程中出現(xiàn)的問題，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員對(duì)爐水循環(huán)泵的控制邏輯進(jìn)行了分析，改進(jìn)建議如下。

1)用機(jī)組的電負(fù)荷代替鍋爐負(fù)荷完成爐水循環(huán)泵控制邏輯組態(tài)。當(dāng)機(jī)組具有一定電負(fù)荷時(shí)可代表鍋爐具備了相應(yīng)的熱量，已進(jìn)入干態(tài)運(yùn)行模式，用此參數(shù)來聯(lián)鎖保護(hù)停止?fàn)t水循環(huán)泵具有可行性；但當(dāng)發(fā)電機(jī)突然解列或汽輪機(jī)突然跳閘情況下，機(jī)組電負(fù)荷瞬間消失，此時(shí)聯(lián)鎖啟動(dòng)爐水循環(huán)泵是不合理的，鍋爐可能仍處于干態(tài)下運(yùn)行或正轉(zhuǎn)態(tài)中，將引起儲(chǔ)水箱水位的快速下降后又快速上升的劇烈變化，威脅到機(jī)組或設(shè)備的運(yùn)行安全。

2)將原邏輯中負(fù)荷因素對(duì)爐水循環(huán)泵狀態(tài)變化的聯(lián)鎖控制邏輯刪除，避免特殊工況下設(shè)備的錯(cuò)誤啟動(dòng)或停止，其他保護(hù)項(xiàng)目足以保證設(shè)備本體的運(yùn)行安全。在進(jìn)行鍋爐濕態(tài)與干態(tài)間相互轉(zhuǎn)換時(shí)，運(yùn)行人員根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況適時(shí)手動(dòng)啟動(dòng)或停止?fàn)t水循環(huán)泵。

3)考慮到目前大多數(shù)電廠對(duì)熱工自動(dòng)化控制程度要求較高，特別是具有機(jī)組一鍵啟停功能的電廠，就需要設(shè)置合理的控制邏輯來實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制。結(jié)合機(jī)組運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，提出使用儲(chǔ)水箱水位與過熱度的參數(shù)組合來定義鍋爐狀態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界點(diǎn)，相應(yīng)增加“儲(chǔ)水箱水位大于某定值且過熱度小于0 ℃，延時(shí)3 s” 聯(lián)鎖啟動(dòng)爐水循環(huán)泵以及“儲(chǔ)水箱水位小于某定值且過熱度大于5 ℃，延時(shí)3 s” 聯(lián)鎖停止?fàn)t水循環(huán)泵的控制邏輯，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)控制，并在后期的試運(yùn)過程中驗(yàn)證了控制邏輯是正確且合理的。

4 結(jié) 語

爐水循環(huán)泵作為強(qiáng)制循環(huán)鍋爐的關(guān)鍵設(shè)備，在鍋爐進(jìn)行濕態(tài)與干態(tài)間的轉(zhuǎn)換時(shí)具有重要作用。通過分析提出：

1)采用鍋爐負(fù)荷參數(shù)或機(jī)組電負(fù)荷參數(shù)來聯(lián)鎖啟動(dòng)或停止?fàn)t水循環(huán)泵，存在邏輯設(shè)置不合理的情況，特殊工況下會(huì)威脅機(jī)組的運(yùn)行安全；

2)采用儲(chǔ)水箱水位與過熱度的參數(shù)組合來聯(lián)鎖啟動(dòng)或停止?fàn)t水循環(huán)泵的邏輯優(yōu)化策略。