钱庆生
(江苏方天电力技术有限公司,江苏 南京 211102)
随着国民经济的迅速发展,电力需求与能源供应之间的矛盾日益凸现,能源供应紧张已经成为电力生产企业生存与发展的瓶颈。采用高效率、低能耗的大型超临界乃至超超临界机组已经在电力行业形成共识,并得到国家的大力支持。我国是一个石油进口大国,目前国际油价起伏不定,节约点火用油具有非常重要的意义。随着微油点火技术的发展和推广,将大大降低电站锅炉点火用油量,对发电厂来说,具有可观的经济效益。现以望亭发电厂3号机组为例,介绍其FSSS系统的特点及在微油点火技术应用中出现的问题的处理与优化方法。
华电望亭发电厂3号机组锅炉为上海锅炉厂有限公司制造的首台660 MW超超临界锅炉,型号为SG-2024/26.15-M621,单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、Π型露天布置、固态排渣、全钢架悬吊结构。燃烧器分6层布置,每层4只,共24只。每只燃烧器配有1套点火设备,包括油枪、点火枪、油角阀、吹扫阀各1支。
锅炉装设6套制粉系统,每套制粉系统由1台磨煤机和1台给煤机组成。磨煤机采用HP碗式中速磨,给煤机系电子称重式给煤机,并在锅炉底层配置了XSQ型双强少油点火系统。
FSSS系统是锅炉侧最重要的热工保护系统,主要由锅炉燃烧器管理系统BMS和炉膛安全系统FSS组成,采用OVATION分散控制系统。
FSSS系统的控制对象主要有:6台磨煤机和给煤机、2台一次风机、燃油总阀、点火油泄漏试验阀、启动油快关阀、2台回油阀、24套点火枪设备、微油点火系统、2只密封风机、2台火检冷却风机,并能跳闸其系统以外的设备,如:汽轮机、小汽机、电除尘和脱硫系统等。由此可见,FSSS系统是一个直接影响全厂运行安全的保护系统。
FSSS系统在锅炉存在较大运行安全问题时,及时跳闸锅炉设备,并正确动作相关系统设备,以保证人身及设备安全。主要有以下功能:
(1) 锅炉启动前的燃油泄漏试验;
(2) 炉膛吹扫;
(3) MFT保护联锁功能;
(4) OFT保护联锁功能;
(5) 保护动作相关系统(如汽机、脱硫系统等);
(6) 火焰监视及报警。
锅炉主燃料跳闸(MFT)是全厂最重要的热控保护之一,下面任一条件发生时,触发MFT动作:
(1) 机组负荷>120 MW且汽机跳闸;
(2) 2台送风机全停;
(3) 2台引风机全停;
(4) 2台空预器全停;
(5) 炉膛压力高二值 (延时3 s);
(6) 炉膛压力低二值 (延时3 s);
(7) 总风量<30%(延时3 s);
(8) 2台冷却风机均停(延时10 s);
(9) 炉膛冷却风压力低低(延时10 s);
(10) 全炉膛无火;
(11) 全燃料丧失;
(12) 有任一煤层投运且油枪都未投运时,2台一次风机均停;
(13) 主蒸汽压力过高(延时3 s);
(14) 省煤器进口流量低(延时20 s);
(15) 省煤器进口流量低低(延时3 s);
(16) 3台给水泵均停(延时3 s);
(17) 再热器遮断;
(18) 操作台手动跳闸;
(19) FSSS保护柜电源消失。
为减少锅炉启动点火燃油消耗量,在锅炉底层配置了XSQ型双强少油点火系统。由于启动方式的改变,原先针对燃油点火的FSSS控制逻辑在细节上不再适应生产的要求,在调试过程中发现了一些问题,下面详细介绍这些问题及其改进方法。
MFT触发条件之一“全燃料丧失”的逻辑内容为:当锅炉某煤(油)层已运行后,若所有磨煤机停止且燃油中断,即发生全燃料丧失。之所以有“当锅炉某煤(油)层已运行后”这一条件,是考虑到锅炉启动前设备的停止状态,避免逻辑死循环,以及锅炉未运行前,防止启动初期设备故障触发MFT,造成很多相关设备的保护动作,拖延启动时间。详细逻辑见图1,其中:
“某油层已运行”指该层油层中油枪已投入,对应油阀已打开,并且有相应火检。
“某煤层已运行”指该煤层磨煤机和给煤机均运行,且任意3个火检有火。
(1) 问题:锅炉冷态启动时,采用微油点火系统进行点火,启动底层磨煤机和给煤机。由于启动初期磨煤机进口一次风温不高,煤粉未能得到很好干燥加热,因此,在点火一段时间后,无法检测到火焰,磨煤机因无火跳闸。根据前面的判据,虽然磨煤机和给煤机均运行,但是因为一直没有火检,因此不能构成“当锅炉某煤(油)层已运行后”这一条件,也就没法触发MFT动作。但是,磨煤机和给煤机已经运行了一段时间,有大量的未充分燃烧的煤粉进入炉膛内,为防止发生爆燃,应该触发MFT动作,然后进行炉膛吹扫后,方可再次点火。出现这一问题的原因是,以往在锅炉冷态启动时,均是先启动油层再启动煤层,由油层为煤层提供点火能量,而未考虑到微油点火这一特殊情况。
(2) 改进:这个问题的关键在于“某煤层已运行”这个判据不适应目前的运行要求,在微油点火时可直接投粉运行,因此,将“磨煤机和给煤机均运行,且火检正常”改为“磨煤机和给煤机均运行”,无需进行火检判断。这样,如果锅炉冷态启动时,不管有无火检,一旦磨煤机均跳闸就触发MFT,强制进行吹扫,保证了锅炉运行的安全。当进行常规性锅炉启动,油层先点火时,该逻辑同样适用。
MFT触发条件之一“全炉膛无火”的逻辑内容为:当锅炉某煤(油)层已运行后,若所有煤(油)层火检均消失,即发生全炉膛无火。其中:
“某煤(油)层已运行”逻辑同上;
“油层火检均消失”指该油层燃烧器有3个或3个以上燃烧器失去火检或对应油角阀未开;
“煤层火检均消失”指该煤层燃烧器有2个或2个以上燃烧器失去火检或对应磨煤机停止。
(1) 问题:通常锅炉冷态启动时,先进行油层点火,然后再启动煤层。在微油点火系统进行点火时,直接启动煤层,利用微油燃烧器提供点火能量。最初点火时,由于锅炉系统处于冷态,环境温度较低,燃烧器出口火焰强度较弱,火检信号不够稳定,容易产生波动。所以,当磨煤机和给煤机均运行后,一旦同时检测到3个火检信号,“煤层已运行”条件即满足。由于火检信号晃动,随时可能有2个火检同时消失,这样就触发了MFT。出现这一问题的原因是,以往先进行油层点火时,油枪容易着火,且火焰比较稳定,虽然刚开始偶尔也会出现熄火,但是总体上还是能够顺利启动的。
(2) 改进:进行了一定的试验后,发现点火60 s后火检便趋于稳定,因此,在微油点火时增加延时60 s再进行煤层失去火焰的判断。考虑到防止这期间微油系统出现异常,不能正常提供点火能量,可判断若10 s内煤层持续无火立即触发“全炉膛无火”,具体逻辑见图2。这样,既保证了锅炉运行安全,又避免了点火期间锅炉频繁跳闸与启动。
原“炉膛吹扫”条件中包含“所有火检探头均探测不到火焰”。由于微油燃烧器工作时是不允许吹扫的,因此将原条件改为“所有火检探头均探测不到火焰且所有微油设备停止运行”。
(1) 当微油燃烧器有2个或2个以上不能正常工作时,由于不能保证有充足的点火能量,因此应立即跳闸磨煤机,快关所有出口门。即在原磨煤机急停保护逻辑中加上“在微油模式下,2/4微油燃烧器停运,跳闸磨煤机”,以及时保护锅炉安全。
(2) 考虑到在微油点火方式下启动与底层磨煤机(A磨煤机)临近的磨煤机(B磨煤机)的情况,将原FAT设计中磨煤机启动条件中“对应油层已投运且负荷>20%或负荷>50%”条件,改为对于B磨煤机,或者满足上述条件或者满足“微油模式下A磨煤机运行且煤量大于35 t/h”。这样在微油继续工作且煤量大于35 t/h的前提下,锅炉能够为相邻的B层提供足够的点火能量。
目前,微油点火系统已经在全国很多600 MW及以上大型机组中使用,其运行特点和控制方法正在逐渐为人们所掌握,如何使其更加安全、高效地为电力生产服务,是值得深入研究的课题。本文基于望亭发电厂3号机组的调试工作,为控制微油点火系统提供一些思路,供大家参考。
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