大型循环流化床锅炉热工跳闸保护设计

旋继新，贾 杰，马素红，郑 君

(1.内蒙古电力勘测设计院， 内蒙古 呼和浩特 010020；2.内蒙古国电能源发电公司电力工程技术研究院，内蒙古 呼和浩特 010080)

1 机组概况

本文以神华准能矸电二期2×330MW循环流化床机组工程设计为例，说明该工程锅炉跳闸(Boiler Trip ,以下简称BT)和主燃料跳闸((Main Fuel Trip ,以下简称MFT)设计，以及锅炉跳闸(BT)和主燃料跳闸(MFT)在工程设计中的应用。本期工程建设2×330MW空冷机组，配套建设东方锅炉(集团)股份有限公司具有自主知识产权的国产300MW等级的亚临界CFB锅炉，两台凝汽式汽轮机、两台水氢氢发电机、两台离心式一次风机、两台离心式二次风机、三台高压流化风机、两台离心式引风机、十台给煤机、一座石灰石粉仓及其它辅助系统和设备。机组分散控制系统(DCS)采用杭州和利时公司的MACSV系统。

2 热工跳闸保护设计

本工程热工保护跳闸设有主燃料跳闸(MFT)和锅炉跳闸(BT)，在锅炉电子设备间内设有BT跳闸继电器柜和MFT跳闸继电器柜。

2.1 主燃料跳闸(MFT)

主燃料跳闸(MFT)主要指锅炉的安全运行条件不满足，或炉内燃烧工况恶化，而发出相应指令快速切断所有通往炉膛的燃料并引发必要的联锁动作，以保护锅炉本体、其他设备和人员的安全。CFB锅炉的MFT 不同于煤粉炉的MFT，这是因为即使切断所有燃料输入，CFB锅炉内可能还存有大量未燃烬的燃料，并随着物料循环继续燃烧，所以对于CFB锅炉来说，MFT 并不等同于停炉。

2.1.1 MFT的条件

主燃料跳闸(MFT)的条件逻辑如下，根据主燃料跳闸条件，只要其中任意一条件成立即应立即引起MFT，主要考虑如下：

⑴ 床温大于990℃

床温过高，床料有可能严重结焦，CFB锅炉一旦结焦是非常难处理的，而且损失非常大。本工程在炉膛前后墙下部水冷壁上各布置有耐磨热电偶16支，以满足床温的监测，锅炉厂设计正常的床温运行范围为790～920℃，运行时应严密监视床温，并使锅炉运行在这一温度范围，床温的高值报警点为975℃，温度达990℃时，主燃料自动被切除(MFT)。

⑵ 总风量小于25%

总风量过低会造成燃料在炉膛内积聚，本工程一次风、二次风风量测量装置采用热式流量计，冗余设置，以满足风量测量的准确性。

⑶ 床温小于600℃

当床温小于600℃时，如果没有启动油枪投入，将触发MFT，以防止继续向炉膛投入燃料，造成灭火。

⑷ 燃料丧失

当任意给煤机、任意床下启动油枪、任意床上助燃油枪切断并且床温小于600℃时，燃料丧失标志被置位，主燃料跳闸条件成立。

⑸ 风道燃烧器连续两次点火失败

床下水冷风室入口方向两侧各装有一个风道燃烧器，在每个风道燃烧器入口侧装有两套床下启动油枪(上下布置)，锅炉启动时床下启动油枪将空预器来的一次风加热后送入水冷风室。为了防止风道燃烧器点火失败后，燃油在风道和风室内积聚，应该对风道吹扫一段时间后才允许再次点火。为了进一步防止误操作，将风道燃烧器连续两次点火失败作为MFT 的跳闸条件之一，风道燃烧器连续两次点火失败定义为在两分钟内发生两次床下启动油枪点火失败。

⑹ 烟气含氧量低

烟气含氧量低时在DCS系统报警，烟气含氧量低时表明燃料在炉膛内缺氧燃烧，甚至灭火，应该立即切断燃料，发生主燃料跳闸条件。

⑺ 炉膛压力高高或低

炉膛压力高1值或低1值时在DCS系统报警，炉膛压力高2值或低2值时直接触发MFT(不延时)，本工程还设有炉膛压力高3值和低3值，发生条件时直接跳送风机和引风机，以保证炉膛安全。

⑻ 锅炉跳闸(BT)

锅炉跳闸将联锁导致MFT，但MFT 不联锁触发锅炉跳闸。

⑼ 汽轮机跳闸

汽轮机跳闸为保证主汽和再热汽压力不要过高应导致锅炉侧燃料切断。

2.1.2 MFT联锁跳闸设备

⑴ 切除给煤机

⑵ 切除石灰石给料系统

⑶ 关闭油枪进油阀和回油阀

⑷ 关闭油母管快关阀

⑸ 停冷渣器

⑹ 切除布袋除尘

⑺ 切锅炉本体风量调门为手动

⑻ 切一次风机、二次风机风量调门为手动

其中切锅炉本体风量调门为手动主要是燃料输入突然停止可能造成炉膛压力波动，所以MFT时将锅炉本体二次风量调节挡板、床下一次风量调节挡板、高压流化风量调节挡板切为手动控制，并保持原位。

2.2 锅炉跳闸(BT)

锅炉跳闸是指锅炉的安全运行条件不满足，需要立即停炉，降低燃烧率。对于CFB锅炉，MFT 切除燃料后并不一定能停止锅炉内的燃烧工况，大量未燃烬的燃料会随着物料循环持续燃烧放热。只有切除一次风机和二次风机，停止床料流化，同时切除所有燃料才能最大程度的降低燃烧率。

2.2.1 BT的条件

根据图三锅炉跳闸条件，只要其中任意一条件成立即应立即引起BT，主要考虑如下：

⑴ 炉膛压力高高或低低

炉膛压力高高信号和低低信号分别来自炉膛出口的3个炉膛压力测点，信号分别采用3取2冗余配置，与MFT条件不同的是延时后发生BT。

⑵ 汽包水位高高或低低

汽包水位高高信号来自3个平衡容器通过差压变送器输出，由DCS 程序完成汽包水位换算后得出3 个水位信号，3个水位信号取高值判定后得出3个独立的水位高高信号，信号采用3取2冗余配置，汽包水位低低信号与高高信号相同，取自相同的信号源。

⑶ 两台引风机跳闸

⑷ 两台一次风机跳闸

⑸ 两台二次风机跳闸

⑹ 三台高压流化风机跳闸

⑺ 任意J阀总流化风量低低

根据锅炉厂设计，每个J 阀回料器上布置有10 个充气喷嘴，有8 个测风装置来测量每一路高压流化风的风量。为了判断J 阀回料器内的回料状态，取回料器的3个流化风室风量的总和，通过低值判断来判定回料异常。任意J 阀回料器回料异常都会导致锅炉跳闸。本处风量测量装置选用了整体式文丘里喷嘴风量测量装置。

⑻ 蒸汽阻塞

当汽轮机高压缸或者中压缸进气切断，并且高压旁路和低压旁路没有打开时。如果锅炉燃料输入热量>20%MCR，就延时10 秒跳闸锅炉，如果锅炉燃料输入热量<20%MCR，就延时180 秒跳闸锅炉，此数值可根据现场实际工程情况进行设定。

⑼ 给水泵停且床温高

床温>600℃时，如果给水泵全跳闸，就会引发锅炉跳闸。

⑽ DCS 电源故障

⑾ 锅炉跳闸按钮信号

在集控室操作台设有锅炉跳闸紧急停炉双按钮，供紧急情况下使用，保证机组和操作人员的安全。

2.2.2 BT联锁跳闸设备

⑴ 跳闸一次风机

⑵ 跳闸二次风机

⑶ 关闭定期排污阀

锅炉跳闸后，随着燃烧率的迅速下降，汽包水位扰动可能会加大，所以联锁关闭定期排污阀，定期排污的程控应禁止操作。

⑷ 关闭过热器减温喷水阀

为了防止汽机进水，应联锁关闭过热器一级和二级减温配水阀。

⑸ 关闭再热器减温喷水阀

为了防止汽机进水，联锁关闭再热器减温喷水阀和事故减温喷水阀。

⑹ 跳闸吹灰系统

锅炉跳闸后，吹灰气源中断，所以联锁跳闸吹灰程控系统。

⑺ 关闭连续排污阀

3 问题探讨

在锅炉跳闸(BT)柜和主燃料跳闸(MFT)柜设计过程中也遇见了一些问题，下面会结合上文所述及作者自身经验对于设计锅炉跳闸(BT)柜和主燃料跳闸(MFT)柜常见问题进行简单探讨。

3.1 锅炉跳闸按钮信号

通常，在煤粉炉设计中，操作台上仅设计主燃料跳闸(MFT)按钮，在紧急情况下供运行人员操作，而在CFB锅炉中设计比较有争议，如在已投运的某些电厂中在集控室操作台上有的即设有锅炉跳闸(BT)按钮又设有主燃料跳闸(MFT)按钮，在本工程中操作台上仅设有锅炉跳闸(BT)按钮，设计过程中征求了该厂生产运行人员的意见，主要考虑，锅炉跳闸将联锁导致MFT，但MFT 不联锁触发锅炉跳闸，仅设置锅炉跳闸(BT)按钮防止运行人员在紧急情况下发生误操作现象，锅炉的安全运行条件不满足，需要立即停炉，降低燃烧率，通过操作台按钮实现，主燃料跳闸(MFT)由DCS画面实现操作。

3.2 锅炉跳闸是否联跳引风机和高压流化风机保护逻辑

本工程设计中，锅炉跳闸联跳一次风机和二次风机, 停止炉膛内的物料循环, 而不联跳引风机和高压流化风机,其中仅跳一台引风机，目的是保持炉内的烟气循环、使锅炉热负荷下降、并使其具备热启动条件和防止床层高温结焦。在锅炉本体另设有炉膛压力高3值和低3值，炉膛压力低3值通过压力开关3取2获取，具备条件触发引风机跳闸，炉膛压力高3值通过压力开关3取2获取，主要判断MFT动作后炉膛压力过高触发二次风机跳闸，高压流化风机应一直运行到回料器被冷却到250 ℃以下停止运行。在某些工程实施中，有工程将锅炉跳闸直接联跳所有风机，主要考虑锅炉跳闸后联跳所有风机，使其锅炉保证在原有状态不向扩大事故方向发展，但由于CFB锅炉的特殊性，床内堆积大量的燃料，炉内处于缺氧燃烧状态，一氧化碳会积聚增加，也存在很大危险，而且一氧化碳过多也不易于锅炉热态启动，由于300 MW级循环流化床机组在世界范围内投运时间不长, 运行调整经验不是很成熟, 控制逻辑还存在一些不够合理和完善的地方，这需要我们积累经验、深入分析, 结合机组的实际情况对机组的控制逻辑做出相应的调整和优化。

3.3 锅炉联跳汽轮机的判断条件

在以往煤粉炉设计中，锅炉跳闸即联跳汽轮机，但300 MW级循环流化床锅炉在炉膛和外置床内有大量的热床料, 蓄热量非常大, 锅炉跳闸后在一定时间内仍能保持主汽流量和蒸汽品质，所以锅炉跳闸后并不一定要跳汽轮机, 如果能在短时间内排除锅炉侧故障, 这期间汽轮机可以不用解列。从已投运的300 MW参考电厂的实际运行看, 因为锅炉内大量的热量蓄积, 运行中曾出现锅炉跳闸后5 个多小时汽轮机仍保持并网运行, 所以, 针对300 MW级循环流化床锅炉的特点, 如果既考虑保证机组安全, 又尽量利用CFB锅炉的优点, 尽量减少停机, 就可给电厂减少不必要的经济损失。因此建议增加锅炉联跳汽轮机的判断条件, 如可增加：主汽温度低于430 ℃报警、主汽温度变化率高( 5 ℃/min)报警、主汽温度变化率低(-5 ℃/min)报警、主汽温度过热度低(120 ℃)报警和主汽温度过热度低低(100 ℃)报警, 以便在锅炉跳闸后主蒸汽品质不高时及时停机。根据各个电厂煤质情况、运行人员习惯，运行人员也可以根据自己电厂实际运行经验进行设置联跳汽轮机条件。

4 结语

随着循环流化床锅炉日趋大型化，锅炉跳闸和主燃料跳闸在工程设计中的显得尤为重要，如何满足在锅炉的安全运行条件不满足情况下，安全停炉，也使大家更为关心，希望本文所述在工程实施中能为大家提供参考依据。

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