CFB锅炉炉膛安全监控系统的设计和试运.doc

CFB 锅炉炉膛安全监控系统的设计和试运金黄(四川东方电脑公司，四川自贡 643001)摘要：根据作者设计和调试的两套 220 t/h CFB 锅炉炉膛 安全监控系统为例，针对 CFB 锅炉的特点，从工程应用和控制系统的角度，提出一些在锅 炉炉膛安全监控系统设计、控制系统选型、设计配合、现场调试中发现的问题、解决办法或构思。关键词：CFB；炉膛安全监控系统；设计；试运1项目简述宁波中华纸业有限公司建有一个热电联产动力中心，安装有两套220 t/h CFB锅炉，采用 分散控制系统。对于常规的煤粉炉的 FSSS 系统的硬软件设计，国内已有相应的设计规范如DLGJ 116-93 锅炉炉膛安全监控系统设计技术规定和G-RK-95-52火力发电厂锅炉炉膛安全监控系 统技术规范书，参照执行的外国规范如 NFPA8502 PREVENTION OF FURNACE EXPLOSIONS IMPLOSIONS IN MULTIPLE BURNER BOILERS 等。由于 220 t/h 以上 CFB 锅炉的设计、制 造、投运在国内尚处于起步阶段，其 FSSS 系统与常规煤粉炉的 FSSS 系统又有较大区别 ，目前尚未见国内公布执行的相关规范。本项目设计时，主要按照 DBC 设计部门的锅炉 对控制系统的有关要求设计，同时重点参考 FW 公司的有关设计规定和 NFPA8504 Atmosp heric Fluidized-Bed Boiler Operation-1993等。由于燃烧方式不同，与普通煤粉炉相比，常压 CFB 锅炉在正常运行时有大量的高温床料作为恒定的点火源，不易产生由于爆炸性混合物的积累而引发的“爆燃”或爆炸，其保护控制 系统也就不着重于通过燃烧器火焰检测以防止爆炸性混合物的积累，反之强调燃料投运操作 的条件和联锁关系，保证锅炉稳定燃烧。但按照习惯仍然称其保护控制系统为炉膛安全监视系统(FSSS)。其关于炉膛的“内爆”防护，与普通煤粉炉基本相同，本文不涉及。1996年12月至1997年3月，经 DFCEC、HONEYWELL 天津工程中心、中华纸业公司动力中心等各方工程师的共同努力，1号机组 DCS 投入运行并通过用户验收。1998年3月，2号机组通过 72 h 试运。2系统功能该系统由 TDC3 000冗余的 620 逻辑控制器完成逻辑控制。主要有以下功能：1) 主燃料跳闸(MFT)功能；2) 锅炉吹扫；3) 锅炉的热态启动；4) 燃油管路的泄漏试验；5) 锅炉的冷态启动及油管路系统管理；6) 油燃烧器及相关设备控制；7) 煤燃烧器及相关设备控制；8) 一、二次风机及引风机控制。以下介绍系统功能设计中的几个较为特殊之处。2.1主燃料跳闸(MFT)本系统设计有包括“人工 MFT”在内的18种引发 MFT 的原因。数目虽多，但经过一年多运 行证明这些设计是正确的和适用的。MFT 原因中有两条涉及床温，分别是“床温高于 982和“床温低于 650 而无油燃烧 器支持”。床温过高可能造成床料局部结焦、损坏炉床设备、影响脱硫效果等。无油燃烧器 支持时的低床温可能造成燃烧反应强度下降、床温难以稳定控制。由于 CFB 炉燃烧具有一定尺寸大小的煤粒是由专门的播煤风机通过播煤口向炉膛输送，在播煤风机失去或减弱时，炉膛播煤区域的正压可能使得高温的混合物反窜给煤机并引起燃 烧，故也要引发 MFT。从预防的角度也可在播煤口的适当位置增设温度开关，用以直接控制播煤口的关断闸门，防止烟气反窜。2.2锅炉吹扫与其他锅炉一样，吹扫是停炉后的必要操作。但 CFB 的吹扫着重于可燃气体以达到防止爆燃的可能性。由于有“热态启动”这种运行方式，就更需要在适当时停止吹扫以达到防止热 量损失的目的。在处于“热态启动失败”时，系统还需要重新进行吹扫操作。2.3锅炉的热态启动由于炉内大量高温固形物的存在，CFB 炉内温度可以长时间地保持，因而在非重大事故造成的意外停炉时，可以使用“热态启动”方式。所谓“热态启动”即在 MFT 后，首先完成基本的吹扫，停运除回料器风机以外的所有风机 ，使锅炉处于“压火”状态。待故障排除后，如床温尚高于一定值，则可通过适当送风和加 煤以逐步升高床温并最终达到稳定燃烧所需温度。机组运行时，主要根据氧量和床温的变化，判断热态启动能否继续进行。即使针对同一台锅 炉，由于每次热态启动的条件不同，氧量和床温的变化不会完全相同，要通过 FSSS 这样的 常规逻辑控制系统来判断一种变化的趋势，有相当大的难度。因此，系统设计只判断“热态 启动失败”，而由运行人员来判断“热态启动”是否继续进行。3其他有关技术问题及处理3.1火焰检测器冷却风及安装问题风道燃烧器内的温度可到 1700 以上。为防止火焰检测器的光导纤维被烧坏，锅炉设置 了冷却风。原设计风源为锅炉点火增压风机出口管道。实际运行证明这一选择是不恰当的。CFB 锅炉有 一种不同于一般煤粉炉的特殊工况叫热态启动。此时机组要停止送引风机的运行以减少炉内 床料的热损失。送风机停运后，火焰检测器的冷却风中断而风道内的蓄热形成的高温仍可轻易地将火焰检测器烧坏。后在现场修改为不允许停运，且以3台风机组成的回料器风机组( 又称J阀风机)的母管供风，才保证了火焰检测器所需冷却风的供应。由于J阀风的压力远高于床下风道的正常压力，使得油燃烧器的稳定燃烧和火焰形状受到明显影响，又在管道上加装减压阀，最终满足了各方面的要求。对于 DBC 引进 FW 公司的此种 CFB 锅炉，由于火焰检测器较少，没有单独配置冷却风机的必要。3.2给煤机的运行由于 CFB 锅炉的给煤机集中布置在炉膛的一侧，而床内物料受流化速度的限制，不可能立即均匀混合，这使得床内床料的含碳比例沿炉膛宽度方向和深度方向各成一定的分布曲线。 宁波项目锅炉炉膛中还设置了双面曝光半隔墙水冷壁，也使得炉膛左右两部分床料更难混合。因此，这样布置的 CFB 炉，必须充分考虑4台给煤机的运行方式。本项目 FSSS 系统设计时，曾根据锅炉设计者的要求，将4台给煤机分为对称的2组，即A-D组和B-C组，要求每组给煤机同时投切。由于当时对进口的皮带式给煤机的调节性能没有充分把握，又要求由半隔墙分开的2个床室上运行的给煤机数目相同。实际调试时发现原设计过于苛刻，运行方式极不灵活。通过现场试验后认为，该项目配用的 进口给煤机可控性能好，完全可以满足控制系统负荷指令要求。最终取消给煤机成组运行的限制，而只要求左右炉室运行数目相等。经过试运后，进一步摸清了不同负荷和不同给煤机运行方式时燃料的抛散分布区域及其对床 温的影响，通过调节系统设置各给煤机出力的比例，使得床温平衡得以更好控制。现在，该项目1号炉的12点床温偏差控制在10左右，效果十分明显。对于没有中间半隔墙水冷壁的 CFB 炉，如给煤机仍按照本项目的布置方式，可能会要求严格的配对运行并更强调各给煤机的出力比例(这需要通过模拟计算或实际播撒实验来判断)， 否则可能造成短时间内床料失衡，进而影响床温的平衡。3.3HONEYWELL 620 逻辑控制器与 SOE 问题FSSS 的核心是由 TDC3000 网络上挂接的1对冗余 HONEYWELL 620 逻辑控制器。该控制器 出现较早，不能实现电站 DCS 控制系统中对 SOE(事故顺序记录)的要求。HONEYWELL 的工 程师在系统设计时，将此部分功能改由 DCS 的其它系统的控制器完成。这样使得部分 FSSS 需要的信号要由其它控制品采集后再通过数据通讯提供给 FSSS。这样的设置可能给系统的可靠性和事故分析带来麻烦。但由于受硬件功能的限制，本项目难以解决。以后的项目应充分考虑类似的问题，这也是 NFPA8502 中建议 FSSS 系统(或类似系统)要由独立的控制系统来完成的原 因之一，FSSS 与 SOE 同时需要的信号，在硬件允许的前提下，由于都是开关量信号，可以采用一个信号源同时带动两个输入的办法加以解决。 4结束语国内已经投运的大中型循环流化床(220 t/h 及以上)屈指可数，技术引进过程中也受到外方相当多的限制，锅炉的设计和操作运行也处于起步阶段，对锅炉可控性能的研究更是缺乏， 在系统设计过程中更需要强调同锅炉设计人员的配合。由于 CFB 工艺过程的特殊性，作为保护控制系统的设计，无经验可言。以上所述均是实际工程设计中遇到的问题和一些不成熟 的设想，也有待于在后续的实践中检验和完善。收稿日期：1999-03-10四川电力技术.