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32 浅谈炉膛压力正确动作控制措施

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炉膛压力正确动作控制措施分析

向丽晖
（中电国华电力股份有限公司北京热电分公司）

摘要　锅炉炉膛压力保护是防止炉膛灭火和爆炸易实现的最简单的手段之一，通过从炉膛压力取样、动作可能因素及设备管理方面进行分析，提出了改进防范措施，进一步提高了炉膛压力动作的正确性。
关键词　炉膛压力 取样 保护 措施

a
b
c
a
c
b
跳闸回路
（继电器搭接）
三取二
三取二
三取二
a
b
c
压力高
动作2
压力高
动作1
压力高
动作3
控制模件
输入模件
跳闸回路
通道一
通道二
通道三
通讯方式
指令输出
图1：DCS三取二保护逻辑
0 引言
锅炉炉膛压力保护是防止炉膛灭火和爆炸易实现的最简单的手段之一，炉膛压力保护、控制在锅炉安全监控系统中重要的监控点。中电国华北京热电分公司安装四台哈尔滨锅炉厂生产FG-410/9.8-YM1型，为高温高压锅炉。每台锅炉设有八个取样点，两种测量方式，分别为炉膛压力开关和压力变送器，它们为锅炉炉膛安全监视提供监视、保护手段。
中电国华北京热电分公司锅炉炉膛压力两种测量方式，压力变送器测量的数据提供给炉膛压力调节回路参与调节，压力开关进入保护回路作为锅炉保护对象。压力变送器取样为五个取样点，三个压力信号（PT17、18、19） 分别进入DCS控制系统，另两点压力信号送入热控盘作为DCS系统失灵后的后备监视点。PT17和 PT18取平均值参与调节，使得炉膛压力维持在-60～-70Pa范围内， PT19与PT17、18构成三取二保护作为六送风机跳闸保护。台压力开关其中三台作为炉膛压力高保护信号另外三台作为炉膛压力低保护信号。三个炉膛压力高保护信号分别进入同一机柜不同层的三块输入模件（针对输入模件硬线
为一取一信号），通过通讯方式进入三块控制模件实现逻辑三取二，达到动作值后输出跳闸指令信号。指令信号通过硬接线将进入到继电器搭接的三取二跳闸回路，最终实现锅炉跳闸（见图1）。DCS 系统无论是从软件还是硬件都实现了三取二的功能，但在布置取样点时未能充分考虑三取二的功能，如高低压力保护取在同一点。

1炉膛压力原设计方案
B
A
外墙

45o
取样吹扫管
炉墙
图2：炉膛压力原安装方式
C
炉膛压力取样点安装位置距离顶蓬约
2m，炉前墙有两点取样点，为此烟气流
动对炉膛压力影响较大，特别是前墙两个
测点与侧墙测点相比测量数据反应速度慢，
正常运行时有30-40Pa的偏差，当炉膛压
力出现扰动时该问题更加突出，偏差能够
达到500-600Pa。炉膛压力测点在正常运
38mm
行时波动较大，使得炉膛压力控制品质
不符合行业要求。炉膛压力取样点安装方
式如图2所示，在炉墙外部存在安装假象，
取样点与水冷壁成45O夹角，实际无形中
取样管形成135O夹角给炉膛压力保护增加
了缓冲，同时增加了取样点清扫的难度。
从A点取样进行清扫时C部位无法进行清
扫，而且C部位与炉膛直接接触，最容易
形成积灰和清扫死点。
炉膛压力仪表与测点安装方式不统一，有安装在炉膛压力取样点上方，也有安装在取样点下方。在取样点下方安装的测量仪表管路容易积灰，导致管路堵塞。
2 炉膛压力取样方式变更
图3：炉膛压力测点布置图
炉 膛
原测点
2点

新测点
4点
前墙

原测点各1点，现取消

原测点
2点

新测点
4点
中电国华北京热电分公司四台锅炉原设计为大同贫煤，由于地理位置及环保问题日益突出。为此将含有高硫份的大同煤改为含硫份低的神华煤。由于神华煤灰份少、热值高、挥发性高的特点，使得锅炉炉膛内结焦严重，降低了锅炉热效率，严重影响了锅炉安全运行。根据锅炉结焦部位，准备在高温过热器后增加四台长吹，导致炉膛压力取样位置移位。根据火力电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程及火力发电厂燃煤电站锅炉的热工检测控制技术导则的要求，对影响炉膛压力测量的外界因数进行消除，具体安装部位如图3。
变更后的取样位置基本上在原位置平
移2m，减少了吹灰器对测量的影响。前墙
两个测点移位到侧墙，两侧炉墙各有四个
取样点，保证每个保护都对应一个取样点。
每个保护点带一个变送器，当炉膛压力取
样发生堵塞时，通过压力显示值可以判断
出来。由于原测点安装方式，给压力测量
带来缓冲，形成测量滞后，这在保护系统
中所不允许的，为此将取样方式按照行业
设计规范按照图4进行施工。
取样吹扫管与水冷壁夹角为30O，取样
图4：炉膛压力现安装方式
A
外墙

30o
取样吹扫管
炉墙
C
60mm
B
D
管口与水冷壁齐平，保证吹扫时炉膛压力
取样的畅通，取样管直径由38mm增加到
60mm，延长堵管时间。
取样引出表管在D处增加缓冲罐，缓
是冲罐直径108mm高度100mm。缓冲罐作
用消除炉膛内微小波动引起过调现象，即
消除变送器的干扰信号。为保证炉膛压力保
护响应的快速性，选用炉膛压力压力开关作
为保护信号，在取样点处不加缓冲罐即B取
样点。

3变更后存在问题及解决方案
在取样变更后解决了炉膛压力三点偏差大
的问题，三点数值基本相同最大偏差10Pa,炉
膛压力数值比较平缓，使得炉膛压力自动调节
消除内扰，提高调节质量。
但炉膛压力位置发生变动后，压力取样罐
堵塞频率较高每三天清理一次取样，浪费了大
量的人力、物理，同时增加了安全隐患。针对
这种现象，分析导致堵塞速度加快的原因有以
下几点并采取了响应对策：
3.1样管角度偏大：原设计取样管与水冷壁倾斜角度为45O，灰在管路中沉积，自流量很少。在设计规范中要求取样管与炉墙夹角在30 O～45 O之间，提高倾斜度加大灰的自流量，降低灰的沉积量，最终角度设为30 O。
3.2取样管过细：原设计取样管为ф38mm的钢管，管径小无形中缩短了堵塞周期。为此将管径增加到ф60mm，延长堵塞周期，降低堵塞频率。
3.3取样管安装工艺不合格：在进行取样管安装时要求水冷壁与管平齐不能出现凸角，否则在凸角处将产生积灰，施工过程要严格把握施工工艺，控制安装质量。
3.4环境影响：由于进入取样管的灰为湿灰，夏季温度较高灰不容易粘挂在管壁上，冬季由于温度低高温湿灰遇冷容易凝结在管壁上，所以出现冬季堵塞周期比夏季的短，所以增加保温设备，提高取样管温度，降低冷凝速度。
3.5吹灰器影响：当炉膛进行吹灰时，炉膛压力出现反正，影响最大的是取样点下方的短吹，根据锅炉结焦情况，制定出合理有效的吹灰周期及吹灰时长，尽量减少吹灰器对取样的作用。
3.6测量元件布置：由于炉膛压力取样堵塞后，压力开关是无法反映出取样堵塞现象，在元件布置时充分考虑每个取样点都有一个显示值，这样就能提前预知堵塞问题。
通过采取了以上措施降低了炉膛取样堵塞的周期，保证了炉膛压力原始测量点工作的正确，这是炉膛压力保护正确应具备基本条件之一。

4影响炉膛压力保护正确动作的其它要素
以上主要说明了炉膛压力取样的安装方式上的不合理导致取样堵塞所引起保护误动、拒动的几点原因。但影响炉膛压力保护非正常工作还有其它因数，这里主要说明的是测量本身的问题。
4.1测量设备问题：由于压力开关具有响应速度快的原因，因此大多数炉膛压力保护系统所采用的测量元件为压力开关。但压力开关检定后受温度、振动等环境因数的影响可能会发生压力开关漂移的问题，在设备选型时要注意压力开关的稳定性能。对于炉膛压力保护系统测量设备要和调节系统的测量设备分离，不能共用一个信号源，否则相当给炉膛压力保护加了一个时间延时。
4.2电缆敷设问题：按照设计的要求弱电电缆要与强电电缆分开敷设，但由于电厂的特殊环境强电与弱电电缆不可能完全分离。这就对弱电信号电缆敷设提出较高要求，电缆要求带屏蔽功能，在保护回路中只能有一点屏蔽接地，出现断点时屏蔽也要连接，防止干扰信号进入保护回路中。
4.3真实三取二：随技术发展为保证设备的可靠性，在保护系统中设计三取二的功能，提高了保护系统的可靠性。但在保护系统中会形成虚假的三取二信号，如只在逻辑上实现、仪表实现等等。要实现真正的三取二保护，必须从取样点开始实现，即取样—测量—输入卡件—逻辑—跳闸指令，整个回路中都实现三取二的要求。
4.4测点布置：炉膛压力测量要均匀分布在炉墙两侧，对于同样的保护信号如压力高信号不能全部分布在同侧炉墙，应分布在炉墙两侧，保证测量的正确性。在炉膛压力取样点部位要安装炉膛压力显示值，利于在锅炉运行中能够通过炉膛压力变动，了解锅炉燃烧。
4.5自动切除条件：炉膛压力作为防止锅炉炉膛爆炸的重要监控数据，炉膛压力的控制在有效的范围内是极为重要。但当由于测量系统发生问题或由于炉膛内部扰动（如掉焦）导致测量值与设定偏差较大时，调节系统将根据错误的指令造成吸风机档板误调而发生锅炉灭火事件，为此在调节系统中要增加自动切除条件，屏蔽错误信号使调节系统能够正常工作。测量偏差与测量、设定值的偏差设定要根据锅炉炉膛压力控制锅炉允许范围内确定，使得调节系统在常规的工况下运行 。
4.6定值设计：炉膛压力的定值设定关系到锅炉保护是否有效、可靠的重要因数。否则炉膛压力保护定值过低，压力动作过于频繁；定值过高未起到保护应有的作用。为此，制定出合理的压力保护定值需要与生产厂家洽商确定。

5增强设备管理，提高保护的可靠性
虽然通过采取硬件防范措施提高炉膛压力保护正确的可靠性，设备维护管理对于保护正确动作的可靠性也是同等重要。良好的设备管理同样能够避免保护系统的误动、拒动。
5.1设备管理：由于炉膛压力为微压，要根据测量设备的特性，制定出合理的检验周期，提前发现仪表特性的变化，保证测量设备的可靠性。
5.2取样管理：在炉膛压力取样管理上首先要严格控制施工质量，保证安装质量，避免取样的安装问题。对于取样的吹扫要在日常维护中定期开展，吹扫周期根据取样管路积灰情况确定。
5.3调节管理：定期开展炉膛压力调节系统的扰动试验，保证压力调节的稳定性、快速性，使炉膛压力控制在正常范围内，避免调节异常所引起系统异常。
5.4投退管理：保护投退严格执行保护投退管理制度，不能随意退出保护，落实保护投退管理制度，防止保护投退执行不严格，导致保护拒动。
5.5试验管理：锅炉启动前，对锅炉保护系统进行复位，启动送吸风机，对炉膛压力进行保护动态试验即保护回路整体验收。这种试验一般建议安排在锅炉大、小修结束后进行。

6总结
通过采取以上措施改造，不仅降低了维护量，提高了工作效率，而且炉膛压力保护正确性得到了很大的提高，保证了锅炉安全稳定运行，有效地防范了炉膛压力保护的误动、拒动的发生。
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