大型循環(huán)流化床鍋爐（cfbb）跳閘保護設(shè)計研究

1、<p>　　大型循環(huán)流化床鍋爐（CFBB）跳閘保護設(shè)計研究</p><p>　　The Design research about the trip protection </p><p>　　in the Large-scale Circulation Fluid Bed Boiler</p><p><b>　　旋繼新，賈杰，鄭君</b

2、></p><p>　　XUAN Ji-xin JIA jie ZHENG Jun</p><p>　?。▋?nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院 呼和浩特 010020）</p><p>　?。↖nner Monglia Electric Power SurVey & Design Institute ,Hohhot 010020,China ）</p&

3、gt;<p>　　Abstract:The Circulating Fluid Bed Boiler is one kind of environmental protection coal-burning boiler，It has many merits such as the higher combustion efficiency, the lower burning pollution, the better d

4、esulphurization efficiency, the less NOx emissions, and the better load adjustment ability. With the large scale day by day of the circulation fluid bed boiler, the Boiler Trip and the Main Fuel Trip appear especially im

5、portant in the engineering design, the test introduces the applications abou</p><p>　　Keywords:Circulating Fluid Bed Boiler；CFBB；Trip protection</p><p>　　摘 要：循環(huán)流化床鍋爐是一種環(huán)保型燃煤鍋爐，具有燃燒效率高，燃燒污染低，脫硫效率

6、高，降低NOx排放，負荷調(diào)節(jié)能力好等諸多優(yōu)點,隨著循環(huán)流化床鍋爐日趨大型化，鍋爐跳閘和主燃料跳閘在工程設(shè)計中的顯得尤為重要，本文介紹了鍋爐跳閘和主燃料跳閘在工程設(shè)計中的應(yīng)用。</p><p>　　關(guān)鍵詞：循環(huán)流化床鍋爐 CFBB 跳閘保護 </p><p><b>　　1概述</b></p><p>　　循環(huán)流化床鍋爐(Circu

7、lating Fluid Bed ,以下簡稱CFBB)技術(shù)作為一種清潔燃煤技術(shù),在節(jié)約能源、調(diào)節(jié)負荷、控制污染及燃料適應(yīng)性等方面具有突出的優(yōu)點,在電力工業(yè)、水泥工業(yè)及垃圾焚燒等領(lǐng)域中得到了迅猛的發(fā)展,使CFBB日趨大型化，大型循環(huán)流化床鍋爐（CFBB）機組的安全運行和熱工保護跳閘也成為大家關(guān)注的焦點。下面以我院設(shè)計神華準能矸電二期2×330MW循環(huán)流化床機組工程為例，詳細說明該工程鍋爐跳閘(Boiler Trip ,以下簡稱B

8、T)和主燃料跳閘（(Main Fuel Trip ,以下簡稱MFT）保護設(shè)計應(yīng)用，供同類型機組工程設(shè)計參考。</p><p><b>　　2工程概況</b></p><p>　　神華準能矸電二期工程建設(shè)2×330MW空冷機組，配套建設(shè)東方鍋爐(集團)股份有限公司具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)亞臨界CFBB，兩臺凝汽式汽輪機、兩臺水氫氫發(fā)電機、兩臺離心式一次風機、兩臺

9、離心式二次風機、三臺高壓流化風機、兩臺離心式引風機、十臺給煤機、一座石灰石粉倉及其它輔助系統(tǒng)和設(shè)備。鍋爐為亞臨界、單汽包自然循環(huán)、一次中間再熱循環(huán)流化床鍋爐（CFBB）；單布風板爐膛結(jié)構(gòu)，平衡通風、緊身封閉；高效汽冷式旋風分離器，鍋爐前墻十點給煤，臥式光管空預(yù)器；每爐配備6臺滾筒式冷渣器，采用爐下點火、床上助燃方式。機組分散控制系統(tǒng)(DCS)采用杭州和利時公司的MACSV系統(tǒng)。 </p><p>　　3 鍋爐跳閘

10、保護設(shè)計</p><p>　　本工程鍋爐熱工保護跳閘設(shè)有主燃料跳閘（MFT）和鍋爐跳閘（BT），在鍋爐電子設(shè)備間內(nèi)設(shè)有獨立的鍋爐保護站和BT跳閘繼電器柜、MFT跳閘繼電器柜。</p><p>　　3.1主燃料跳閘（MFT）</p><p>　　主燃料跳閘（MFT）主要指鍋爐的安全運行條件不滿足，或爐內(nèi)燃燒工況惡化，而發(fā)出相應(yīng)指令快速切斷所有通往爐膛的燃料并引發(fā)必要的

11、聯(lián)鎖動作，以保護鍋爐本體、其他設(shè)備和人員的安全。CFBB的MFT 不同于煤粉爐的MFT，這是因為即使切斷所有燃料輸入，CFB鍋爐內(nèi)還存有大量未燃燼的燃料，并隨著物料循環(huán)繼續(xù)燃燒，所以對于CFBB來說，MFT 并不等同于停爐。</p><p>　　3.1.1MFT的條件</p><p>　　主燃料跳閘（MFT）的條件邏輯如下圖一：</p><p>　　根據(jù)圖一主燃料跳

12、閘條件，只要其中任意一條件成立即應(yīng)立即引起MFT,主要考慮如下：</p><p>　?。?）床溫大于990℃</p><p>　　床溫過高，床料有可能嚴重結(jié)焦，CFBB一旦結(jié)焦是非常難處理的，而且損失非常大。本工程在爐膛前后墻下部水冷壁上各布置有耐磨熱電偶16支，以保證床溫監(jiān)測的冗余度，鍋爐廠設(shè)計正常的床溫運行范圍為790～920℃，運行時應(yīng)嚴密監(jiān)視床溫，并使鍋爐運行在這一溫度范圍，床溫的

13、高值報警點為975℃，溫度達990℃時，主燃料自動被切除（MFT）。</p><p>　　（2）總風量小于25%</p><p>　　本工程一次風、二次風風量測量裝置采用熱式流量計，冗余設(shè)置,以滿足風量測量的準確性，總風量過低會造成燃料在爐膛內(nèi)積聚， </p><p>　　總風量過大運行經(jīng)濟性又較差。<

14、;/p><p>　?。?）床溫小于600℃</p><p>　　當床溫小于600℃時，如果沒有啟動油槍投入，將觸發(fā)MFT，以防止繼續(xù)向爐膛投入燃料，造成滅火。</p><p><b>　?。?）燃料喪失</b></p><p>　　當任意給煤機、任意床下啟動油槍、任意床上助燃油槍切斷并且床溫小于600℃時，燃料喪失標志被置位

15、，主燃料跳閘條件成立。</p><p>　?。?）風道燃燒器連續(xù)兩次點火失敗</p><p>　　床下水冷風室入口方向兩側(cè)各裝有一個風道燃燒器，在每個風道燃燒器入口側(cè)裝有兩套床下啟動油槍（上下布置），鍋爐啟動時床下啟動油槍將空預(yù)器來的一次風加熱后送入水冷風室。為了防止風道燃燒器點火失敗后，燃油在風道和風室內(nèi)積聚，應(yīng)該對風道吹掃一段時間后才允許再次點火。為了進一步防止誤操作，將風道燃燒器連續(xù)

16、兩次點火失敗作為MFT 的跳閘條件之一，風道燃燒器連續(xù)兩次點火失敗定義為在兩分鐘內(nèi)發(fā)生兩次床下啟動油槍點火失敗。</p><p>　　（6）煙氣含氧量低低</p><p>　　煙氣含氧量低時在DCS系統(tǒng)報警，煙氣含氧量低低時表明燃料在爐膛內(nèi)缺氧燃燒，甚至滅火，應(yīng)該立即切斷燃料，發(fā)生主燃料跳閘條件。</p><p>　　（7）爐膛壓力高高或低低</p>

17、<p>　　爐膛壓力高1值或低1值時在DCS系統(tǒng)報警，爐膛壓力高2值或低2值時直接觸發(fā)MFT(不延時)。本工程還設(shè)有爐膛壓力高3值和低3值，MFT動作后，發(fā)生高3值和低3值條件時直接跳送風機和引風機，以保證爐膛安全，但不觸發(fā)鍋爐跳閘。</p><p>　　（8）鍋爐跳閘（BT）</p><p>　　鍋爐跳閘將觸發(fā)MFT，但MFT 不觸發(fā)鍋爐跳閘。</p><p

18、><b>　　（9）汽輪機跳閘</b></p><p>　　汽輪機跳閘為保證主汽和再熱汽壓力不要過高應(yīng)導(dǎo)致鍋爐側(cè)燃料切斷。</p><p>　　3.1.2MFT聯(lián)鎖跳閘設(shè)備</p><p>　　MFT聯(lián)鎖跳閘邏輯結(jié)果如下圖二：</p><p>　　其中切鍋爐本體風量調(diào)門為手動主要是燃料輸入突然停止可能造成爐膛壓力波

19、動，所以MFT時將鍋爐本體二次風量調(diào)節(jié)擋板、床下一次風量調(diào)節(jié)擋板、高壓流化風量調(diào)節(jié)擋板切為手動控制，并保持原位。</p><p>　　3.2鍋爐跳閘（BT）</p><p>　　鍋爐跳閘是指鍋爐的安全運行條件不滿足，需要立即停爐，降低燃燒率。對于CFBB，MFT 切除燃料后并不能停止鍋爐內(nèi)的燃燒，大量未燃燼的燃料會隨著物料循環(huán)持續(xù)燃燒放熱。只有切除一次風機和二次風機，停止床料流化，同時切除

20、所有燃料才能最大程度的降低燃燒率，鍋爐跳閘（BT）的邏輯條件如下圖三：</p><p>　　3.2.1BT的條件</p><p>　　根據(jù)圖三鍋爐跳閘條件，只要其中任意一條件成立即應(yīng)立即引起B(yǎng)T,主要考慮如下：</p><p>　?。?）爐膛壓力高高或低低</p><p>　　爐膛壓力高高信號和低低信號分別來自爐膛出口的3個爐膛壓力測點，信號

21、分別采用3取2冗余配置，與MFT條件不同的是延時后發(fā)生BT。</p><p>　?。?）汽包水位高高或低低</p><p>　　汽包水位高高信號來自3個平衡容器通過差壓變送器輸出，由DCS 程序完成汽包水位換算后得出3 個水位信號，3個水位信號取高值判定后得出3個獨立的水位高高信號，信號采用3取2冗余配置，汽包水位低低信號與高高信號相同，取自相同的信號源。</p><p

22、>　　（3）兩臺引風機跳閘</p><p>　?。?）兩臺一次風機跳閘</p><p>　?。?）兩臺二次風機跳閘</p><p>　?。?）三臺高壓流化風機跳閘</p><p>　?。?）任意J閥總流化風量低低</p><p>　　根據(jù)鍋爐廠設(shè)計，每個J 閥回料器上布置有10 個充氣噴嘴，有8 個測風裝置來測量

23、每一路高壓流化風的風量。為了判斷J 閥回料器內(nèi)的回料狀態(tài)，取回料器的3個流化風室風量的總和，通過低值判斷來判定回料異常。任意J 閥回料器回料異常都會導(dǎo)致鍋爐跳閘。本處風量測量裝置選用了整體式文丘里噴嘴風量測量裝置。</p><p><b>　?。?）蒸汽阻塞</b></p><p>　　當汽輪機高壓缸或者中壓缸進氣切斷，并且高壓旁路和低壓旁路沒有打開時。如果鍋爐燃料輸

24、入熱量>20%MCR，就延時10 秒跳閘鍋爐，如果鍋爐燃料輸入熱量<20%MCR,就延時180 秒跳閘鍋爐，此數(shù)值可根據(jù)現(xiàn)場實際工程情況進行設(shè)定。</p><p>　?。?）給水泵停且床溫高</p><p>　　床溫>600℃時，如果給水泵全跳閘，就會引發(fā)鍋爐跳閘。</p><p>　　（10）DCS 電源故障</p><p&g

25、t;　　（11）鍋爐跳閘按鈕信號</p><p>　　在集控室操作臺設(shè)有鍋爐跳閘緊急停爐雙按鈕，供緊急情況下使用，保證機組和操作人員的安全。</p><p>　　3.2.2BT聯(lián)鎖跳閘設(shè)備</p><p>　　BT聯(lián)鎖跳閘邏輯結(jié)果如下圖四：</p><p><b>　?。?）跳閘一次風機</b></p>&

26、lt;p>　?。?）跳閘二次風機 </p><p>　　（3）關(guān)閉定期排污閥</p><p>　　鍋爐跳閘后，隨著燃燒率的迅速下降，汽包水位擾動可能會加大，所以聯(lián)鎖關(guān)閉定期排污閥，定期排污的程控應(yīng)禁止操作。</p><p>　?。?）關(guān)閉過熱器、再熱器減溫水調(diào)節(jié)閥</p><p>　　為了防止汽機進水，、聯(lián)鎖關(guān)閉過熱器一

27、級和二級減溫配水閥和關(guān)閉再熱器減溫噴水閥和事故減溫噴水閥。</p><p>　　(5) 跳閘吹灰系統(tǒng)</p><p>　　鍋爐跳閘后，吹灰氣源中斷，所以聯(lián)鎖跳閘吹灰程控系統(tǒng)。</p><p>　　(6)關(guān)閉連續(xù)排污閥</p><p><b>　　4問題探討</b></p><p>　　在鍋爐跳閘（

28、BT）柜和主燃料跳閘（MFT）柜設(shè)計過程中也遇見了一些問題，下面結(jié)合上文所述及作者自身經(jīng)驗對于設(shè)計鍋爐跳閘（BT）柜和主燃料跳閘（MFT）柜常見問題進行簡單探討。</p><p>　　4.1鍋爐聯(lián)跳汽輪機的判斷條件</p><p>　　在以往煤粉爐設(shè)計中，鍋爐跳閘即聯(lián)跳汽輪機，但循環(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間內(nèi)仍能保持主汽流量和蒸汽品質(zhì)

29、，所以鍋爐跳閘后并不一定要跳汽輪機, 如果能在短時間內(nèi)排除鍋爐側(cè)故障, 這期間汽輪機可以不用解列。從已投運的300MW參考電廠的實際運行看, 因為鍋爐內(nèi)大量的熱量蓄積, 運行中曾出現(xiàn)鍋爐跳閘后5 個多小時汽輪機仍保持并網(wǎng)運行, 所以, 針對300MW級循環(huán)流化床鍋爐的特點, 如果既考慮保證機組安全, 又盡量利用CFBB的優(yōu)點, 盡量減少停機, 就可給電廠減少不必要的經(jīng)濟損失。因此建議增加鍋爐聯(lián)跳汽輪機的判斷條件, 如可增加：主汽溫度低于

30、430 ℃報警、主汽溫度變化率高( 5℃/min)報警、主汽溫度變化率低( - 5℃/min) 報警、主汽溫度過熱度低( 120℃) 報警和主汽溫度過熱度低低( 100℃) 報警, 以便在鍋爐跳閘后主蒸汽品質(zhì)不高時及時停機。根據(jù)各個電廠煤質(zhì)情況、運行人員習慣，運行人員也可以根據(jù)自己電廠實際運行經(jīng)驗進行設(shè)置聯(lián)跳汽輪機條件。</p><p>　　4.2鍋爐跳閘是否聯(lián)跳引風機和高壓流化風機保護邏輯</p>

31、<p>　　本工程設(shè)計中，鍋爐跳閘聯(lián)跳一次風機和二次風機, 停止爐膛內(nèi)的物料循環(huán), 而不聯(lián)跳引風機和高壓流化風機,其中僅跳一臺引風機，目的是保持爐內(nèi)的煙氣循環(huán)、使鍋爐熱負荷下降、并使其具備熱啟動條件和防止床層高溫結(jié)焦。在鍋爐本體另設(shè)有爐膛壓力高3值和低3值，爐膛壓力低3值通過壓力開關(guān)3取2獲取，具備條件觸發(fā)引風機跳閘，爐膛壓力高3值通過壓力開關(guān)3取2獲取，主要判斷MFT動作后爐膛壓力過高觸發(fā)二次風機跳閘，高壓流化風機應(yīng)一直運

32、行到回料器被冷卻到250℃以下停止運行。在某些工程實施中，有工程將鍋爐跳閘直接聯(lián)跳所有風機，主要考慮鍋爐跳閘后聯(lián)跳所有風機，使其鍋爐保證在原有狀態(tài)不向擴大事故方向發(fā)展，但由于CFBB的特殊性，床內(nèi)堆積大量的燃料，爐內(nèi)處于缺氧燃燒狀態(tài)，一氧化碳會積聚增加，也存在很大危險，而且一氧化碳過多也不易于鍋爐熱態(tài)啟動，由于300MW級循環(huán)流化床機組在世界范圍內(nèi)投運時間不長, 運行調(diào)整經(jīng)驗不是很成熟, 控制邏輯還存在一些不夠合理和完善的地方，這需要我

33、們積累經(jīng)驗、深入分析, 結(jié)合機組的實際情況對機組的控制邏輯做出相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。</p><p>　　4.3鍋爐跳閘按鈕信號</p><p>　　通常，在煤粉爐設(shè)計中，操作臺上僅設(shè)計主燃料跳閘（MFT）按鈕，在緊急情況下供運行人員操作，而在CFBB中設(shè)計有不同觀點，如在已投運的某些電廠中在集控室操作臺上有的即設(shè)有鍋爐跳閘（BT）按鈕又設(shè)有主燃料跳閘（MFT）按鈕，在本工程中操作臺上僅設(shè)有鍋

34、爐跳閘（BT）按鈕，設(shè)計過程中征求了該廠生產(chǎn)運行人員的意見，主要考慮，鍋爐跳閘將觸發(fā)MFT，但MFT 不觸發(fā)鍋爐跳閘，僅設(shè)置鍋爐跳閘（BT）按鈕防止運行人員在緊急情況下發(fā)生誤操作現(xiàn)象，鍋爐的安全運行條件不滿足，需要立即停爐，降低燃燒率，直接按掉鍋爐跳閘（BT）按鈕，主燃料跳閘（MFT）由DCS畫面實現(xiàn)操作。</p><p>　　4.4爐膛壓力高3值和低3值是否觸發(fā)鍋爐跳閘（BT）</p><p

35、>　　在本工程設(shè)計中，發(fā)生高3值或低3值條件時直接跳送風機和引風機，并不直接觸發(fā)鍋爐跳閘（BT）,觸發(fā)BT條件通過高2值和低2值延時來完成。</p><p><b>　　5 結(jié)束語</b></p><p>　　神華準能矸電二期2×330MW循環(huán)流化床機組工程鍋爐跳閘（BT）和主燃料跳閘（MFT）設(shè)計是在東方鍋爐(集團)股份有限公司原設(shè)計基礎(chǔ)上, 經(jīng)過設(shè)

36、計過程中討論和設(shè)計聯(lián)絡(luò)會上不斷修改、補充、完善而最終形成的,目前該工程正在施工調(diào)試階段,調(diào)試成功后可以為今后大型循環(huán)流化床鍋爐（CFBB）機組鍋爐跳閘保護設(shè)計提供設(shè)計參考依據(jù)。</p><p>　　參 考 文 獻：</p><p>　?。?］劉德昌，流化床燃燒技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用.北京:中國電力出版社，1999 </p><p>　?。?］杜朝波 劉友寬 盧勇,30

37、0MW循環(huán)流化床鍋爐控制邏輯的調(diào)整和優(yōu)化 中國電力 2008.2 </p><p>　?。?］田正渠, 循環(huán)流化床燃燒技術(shù)及其在大型鍋爐機組上的應(yīng)用探討.鍋爐技術(shù).1993 </p><p>　?。?］岑可法，倪明江等著.循環(huán)流化床鍋爐理論設(shè)計與運行.中國電力出版社，1997</p><p><b>　　作者簡介：</b></p>

38、;<p>　　旋繼新（1979-），男，大學本科，工程師，從事發(fā)電廠熱工自動化專業(yè)設(shè)計研究</p><p>　　地址：呼和浩特錫林郭勒南路#209 內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院 熱控處</p><p>　　E-mail: xjixin@nmdsy.com, 電話：13848144033</p><p>　　賈杰（1968-），男，大學本科，高級工程師，從事

39、發(fā)電廠熱工自動化專業(yè)設(shè)計研究</p><p>　　地址：呼和浩特錫林郭勒南路#209 內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院 熱控處</p><p>　　E-mail: jjie@nmdsy.com, 電話：15847188368</p><p>　　鄭君(1978-)，男，碩士研究生，工程師，從事發(fā)電廠熱工自動化專業(yè)設(shè)計研究</p><p>　　地址：呼