摘要:本文以燃煤机组灭火保护系统技术改造为突破口,介绍火电厂灭火保护系统作用,以某电厂灭火保护无法全程投入现状深入分析原因,最终设计出投入效果满足技术规程要求的火检改造方案,从而提高灭火保护系统动作可靠性,保证燃煤机组安全稳定运行,对燃煤电厂灭火保护投入可靠性研究具有一定的参考意义。
关键词:FSSS系统;锅炉灭火保护;全程投入;改造方案;
1引言
锅炉炉膛安全保护系统(Furnace Safeguard Supervisory System,FSSS)是保护锅炉安全运行的重要系统,它的正确动作直接影响机组的安全稳定运行,根据防爆规程规定的安全条件,经过一系列逻辑运算和判断,当满足防爆规程规定的安全条件时驱动MFT动作,通过相应的联锁条件闭锁相应的燃烧系统。迅速切断进入炉膛的所有燃料,启动炉膛吹扫,防止炉膛爆炸事故的发生。主燃料跳闸条件至少应有项目:点火超时、引风机全停、送风机全停、汽包水位超高、汽包水位超低、炉膛压力超高、炉膛压力超低、燃料丧失、全炉膛灭火、风量过少、失去重要电源、紧急停炉指令。
锅炉炉膛安全保护系统中的灭火保护是针对锅炉燃烧情况监测的重要保护项目,当灭火保护投入后,当发生全炉膛灭火时,炉膛火焰监测探头发出信号,通过保护控制逻辑做出判断决定是否启动锅炉炉膛安全保护系统。所以灭火保护的全程投入是锅炉从启动到运行不可缺失的重要保护。但由于现场设备(炉膛火焰监测探头)实际安装原因,在锅炉启动初期,火焰监测探头发出错误信号,导致锅炉炉膛安全保护系统错误启动,切断进入炉膛的所有燃料,导致锅炉无法启动。针对这一现象,本文以某电厂灭火保护系统升级改造解决灭火保护无法全程投入为契机,对灭火保护可靠性展开研究。
2灭火保护全程投入障碍
某20万千瓦机组电厂锅炉采用双切圆燃烧方式,炉膛火焰监测探头采用可见光型常规火焰检测系统,锅炉点火系统刚由多级点火方式改造为等离子点火方式。当锅炉正常运行时,灭火保护动作无误,保护可投入。但在锅炉点火初期,锅炉采用等离子点火方式启动,等离子点火冷态启动初期由于炉内没有足够支持能量,煤粉不能完全燃料,火焰被黑公煤粉包绕,火焰信号忽强忽弱,信号波动大、不稳定,由于点火支持能量所限,火焰短,火焰长度一般在距口外1.5米左右。以上原因导致原有火焰监测探头检测信号失真,保护误动,锅炉启动无法进行。由此导致锅炉点火初期灭火保护无法投入,只有当锅炉燃烧稳定后方可投入灭火保护。
3灭火保护设备状态及逻辑
锅炉本体总计共有4层火检探头,由下到上分别为: A层油、B层油、C层煤、D层煤,每层4个火检,共16个火检探头:A层油火检共4个火检探头、B层油火检共4个火检探头、C层煤火检共4个火检探头、D层煤火检共4个火检探头。火检探头型号为北京国电华源控制技术有限公司MFDPro-IR,火焰探头监视器采用智能一体化火焰检测的功能。A层有1-4号给粉机对应4台等离子发生器,同时1-4号燃烧器下方有4个大油枪点火装置(备用)。炉膛火焰检测探头安装位置在炉膛的四角,火焰探头安装位置对应在燃烧器的喷口的侧面位置。
4保护投入障碍分析
(1)灭火保护不能全程投入主要原因发生在等离子点火初、末期,此间A层油火检4个火检探头监视和B层油火检4个火检探头监视A、B层燃烧器燃烧的情况,由于A、B两层油火检监视A、B层燃烧器位置偏差较大,无法一一对应。
(2)在过去锅炉启动普遍采用一二级点火或三级点火方式,都少不了油或者气的引燃或助燃。而等离子点火方式没有油或气的参与,采用电极拉弧直接点燃煤粉,而且在点火初期,受锅炉点火压力曲线限制,点火初期只能投入一个等离子点火器,此时只有一个角能檢测到火焰。通过逻辑图可以看出,原有灭火保护逻辑设计欠缺对纯投入等离子工况和等离子投入与煤粉混烧工况的考虑,灭火保护逻辑关系会直接发出锅炉MFT动作指令。因此必须对灭火保护逻辑予以完善,才能做到灭火保护全程投入。
(3)锅炉采用等离子点火初期,由于煤粉燃烧不充分,炉膛燃烧不良好,火检探头检测口与煤粉燃烧器喷口位置不对应,导致A、B层火焰监视器检测的火检信号不稳定,就会导致点火期间炉膛灭火保护动作。
5改造方案
(1)目前A层油火检4个火检探头监视和B层油火检4个火检探头监视A、B层燃烧器燃烧的情况,由于A、B两层油火检监视A、B层燃烧器位置偏差较大,无法一一对应,为了满足监视A层等离子燃烧器的实际需要,需要在1-4号角燃烧器上方增加4个内窥视式角火焰检测器。安装示意图如下。
(2)安装位置选在A层等离子燃烧器上方安装4个火焰监测探头及其附件,要使检测器的视线与燃烧器中心线相交成一个很小的角度(如5~10度)并且最大限度看到主燃烧区,可获得最佳效果。
(3)新增火焰检测器应该尽可能自由观察火焰。检测器的视线前端应无任何遮挡物,障碍物如通风装置的叶片、干扰叶片、或其他固体物必须被清除或开孔,
(4)新增火检的安装位置必须考虑到燃烧器的风向,当燃烧空气以足够的旋转速度进入炉膛时,会使点火火焰随旋转方向偏移。确定观察管的大致位置后,在A层燃烧器上方的二次风风道上开孔,孔径大小约为76mm,从孔中看过去,确保视线内无任何遮挡物,在所有的燃烧工况下视线无障碍。在开孔处将火焰检测装置的固定法兰进行焊接固定,同时在新安装火焰检测探头附近的火检冷却管道上开孔(8个),完成焊接冷却风支管和压力取样的焊接工作。
(5)将新安装的火焰检测器的信号接入到DCS系统中,同时对DCS控制逻辑进行相应的优化,将新增火检信号通过逻辑判断参与锅炉灭火保护逻辑中,在锅炉启动初期使用等离子点火时,以新增火焰检测器准确检测到角火焰燃烧情况为前提,完善后逻辑保证灭火保护全程投入的实际需要。
6 结论
灭火保护系统在大型火电机组控制过程中占有极其重要的地位,其安全稳定性是最不能忽视的,必须合理的设计好每一个细节、全面考虑到各种特殊情况。现代的专用灭火保护系统和分散控制系统经过不断的改进和发展,锅炉灭火保护系统的数据处理能力已经不受逻辑设计的限制因素,系统的控制逻辑可以设计成任何复杂程度。现代锅炉灭火保护系统的完善,是完全取决于控制逻辑的科学性、检测设备安装合理性和执行设备的可靠性。关于灭火保护系统稳定性的研究仍将随控制系统升级、检测设备研发不断升级,本文仅是通过一个实例,指出控制逻辑和检测设备位置设计对灭火保护全程投入的影响,并提供了一些改造方案,对燃煤电厂灭火保护可靠性研究具有一定的参考意义。
作者简介:孙健秀,(1985— ),女,工程师。主要研究方向火电厂热工自动化