超超临界机组火检冷却风系统改造及效果分析

铜山华润电力有限公司 张建华 王松 李京

1 设备概述

铜山华润电力有限公司2x1000MW超超临界机组，锅炉由上海电气集团股份有限公司生产，锅炉型号SG-3044/27.46-M53X，锅炉型式为超超临界参数、直流锅炉、一次中间再热、四角切圆燃烧、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊构造、露天布置、单炉膛塔式布置形式，两台机组于2010年7月开始投入商业运营。锅炉的主要参数如表1-1所示：

表1-1 锅炉设计性能参数（B-MCR）

火检冷却风机主要是冷却煤粉燃烧器和油枪火检探头，由于火检探头在高温炉膛里，为保证探头的正常使用，需要加装火检冷却风机。为保证机组的安全运行，锅炉MFT保护之一就是火检风丧失，铜山华润电力有限公司运行规程规定：火检风机出口压力低（低于3.23kPa）延时120秒，或两台火检冷却风机全停延时100秒锅炉MFT；机组停运后为保证火检探头的安全，炉膛温度下降至100℃以下时方可停运火检冷却风机。

铜山华润电力有限公司1000MW机组配备两台离心式火检冷却风机，一台运行，一台备用。燃烧系统采用的是美国阿尔斯通能源公司低 NOx 摆动式四角切圆燃烧技术（LNCFS），采用中速磨煤机一次风正压直吹式制粉系统设计，配置6台ZGM133N中速磨煤机，其中5台运行、1台备用，每台磨煤机引出4根煤粉管道到炉膛四角，炉外安装煤粉分配装置，每根管道又分成两根管道，分别与两个相邻的一次风喷嘴相连，共计48个直流式燃烧器，每组燃烧器风箱设有三层进退式机械雾化油枪，六层燃油喷嘴，24个油枪。

火检设备选用的是美国FORNEY公司的UNIFLAME95型火焰探头，该探头是基于微处理器的火焰探头，采用固态红外、紫外和双通道传感器，可以检测单燃烧器和多燃烧器火焰的强度和有/无。该型火检探头使用温度范围为-45℃～65℃，同时对冷却风质量和流量要求较高：当风源为清洁、干燥、冷风时，探头所需要流量不得小于4SCFM（113L/MIN）；当温度达到探头操作温度的上限或使用不洁/含尘燃料时，探头所需要的冷却风流量为15SCFM（425L/MIN）。

2 系统改造原因及可行性分析

2.1 系统改造原因

系统的可靠性不强。某电厂机组在正常运行时，因油枪气动角阀漏油，将火检风机压力信号等电缆烧坏，锅炉MFT动作，国内因为火检风机跳闸引起锅炉MFT动作的事故也时有发生。

运行经济性不高。铜山华润电力1000MW机组两台火检风机冷却风流量远大于火检探头所需流量，造成了厂用电的浪费。

日常维护及检修成本较高。四台火检风机需要定期检修，同时在运行中火检风机多次出现振动大的问题，浪费了大量的人力和物力。

2.2 可行性分析

表2-1：一次风机与火检风机参数对比

从表2-1中可以看出，根据一次风机和火检风机设计参数，冷一次风压力符合火检冷却风的要求，在机组实际运行过程中冷一次风母管压力均在10kPa以上，冷一次风温度全年最高为52℃（火检探头使用温度范围为-45℃～65℃），完全能够满足火检冷却风要求，而且火检冷却风量只占一次风总风量的不到1%，对一次风量不会有影响。

从现场设备和系统布置来看，冷一次风母管和火检冷却风系统位置较近，采用冷一次风提供火检冷却风，可以节省大量管道费用，投资少，改造简单方便。

3 系统改造内容

根据铜山华润1000MW机组实际情况，本次改造方案是从冷一次风管道上引出冷风，作为火检风系统的风源，当机组冷态启动或者停运过程中，火检冷却风由原冷却风机提供，其运行和备用方式与改造前相同；当机组正常运行时，锅炉火检冷却风由冷一次风提供，火检冷却风机做备用，当出现一次风机跳闸或者火检冷却风压力低至联启风机值时，火检风机立即启动，保证火检冷却风压力正常。改造后的火检冷却风系统如图3-1所示。

3.1 系统结构改造

从锅炉冷一次风母管接出一路管道，该管道根据现场风道和电缆桥架的位置进行布置，该管道内冷一次风作为火检冷却风的风源。

由于一次风机入口位于锅炉厂房内，一次风含尘量相对较多，考虑到FORNEY公司的UNIFLAME95型火焰探头对冷却风品质要求较高，在冷一次风至火检冷却风管道上布置了一个火检风过滤器，同时在过滤器前后加装了型号为Z71H-10C的隔离门和旁路门，以隔离系统进行过滤器滤网清洗。过滤器安装有就地差压表，当出现一次风压与火检风压偏差＞1kPa时，开启冷一次风管至火检风母管旁路手动门，关闭滤网前后手动门，联系检修进行滤网清理。

新增的火检冷却风源与原火检风接口采用翻板式切换阀形式，正常运行时，翻板将完全封闭火检风机的出口管道，保证无风量泄露，满足火检冷却风风压要求。

3.2 控制逻辑修改

火检冷却风结构改造完毕后，针对机组启机时，一次风机未运行，火检冷却风由火检冷却风机提供；机组正常运行时，一次风机启动，冷一次风能够满足火检冷却风要求等情况，对火检冷却风系统控制逻辑进行了修改：

A、B火检风机分别作为主备用与辅备用，主辅备用可切换。

联锁启动主备用电机条件：A、B侧出口风压任一低信号≤5000Pa延迟2S，且火检风机备用开关已投。

联锁启动辅备用电机条件（或的关系）：火检风机备用开关已投，主备用启动后15S且A、B侧出口风压任一低信号(≤5000Pa)仍在；火检风机备用开关已投，主备用启动失败且A、B侧出口风压任一低信号(≤5000Pa)仍在。

火检风机允许停条件（或的关系）：MFT；另外一台运行冷却风机运行或任一一次风机运行且A、B侧出口风压均不低(＞5000Pa)。

图3-1 改造后的火检冷却风系统图

“火检风源丧失”MFT条件：冷却风压力低低(≤3000Pa)，延时40S (三取二 )。

4 系统改造后的操作

系统改造后，当机组冷态启动或停运中，火检冷却风由火检冷却风机提供，运行或备用与改造前相同，以确保机组正常启动与停运。当机组正常运行时，火检冷却风由冷一次风提供，火检冷却风机作为备用，一旦出现一次风机跳闸或火检冷却风压低至联动火检冷却风机时，火检冷却风机联启，保证火检冷却风压正常。运行人员需要就地进行冷一次风和火检风机风源的切换操作，为保证火检冷却风压力正常，具体切换操作如下。

4.1 火检冷却风由火检冷却风机带倒至冷一次风带操作

就地检查火检风机控制柜上各电源指示灯显示正常，控制方式在“远方”位置；确认两台一次风机运行稳定，冷一次母管风压不低于8kPa；确认火检冷却风机运行正常，出口母管火检冷却风压力不低于8kPa；就地确认冷一次风至火检冷却风管路阀门均关闭状态，滤网前一次风压力大于8kPa。

全开冷一次风至火检风过滤器前手动门；缓慢全开冷一次风至火检风过滤器后手动门，直至滤网前压力≥火检风母管压力；继续开大过滤器后手动门，确认火检风翻板换向阀切至冷一次风侧；检查风机联锁投入，投运任一台火检冷却风机主备用联锁；停火检冷却风机；检查火检冷却风系统运行正常，风压稳定，各投运燃烧器火检状态良好，冷一次风至火检风过滤器前后差压正常。

4.2 火检冷却风由冷一次风带倒至火检冷却风机带操作

确认两台一次风机运行稳定，冷一次风母管风压不低于8kPa；确认火检冷却风母管压力不低于8kPa；确认冷一次风至火检冷却风过滤器前后手动门全开，旁路门全关；缓慢关小冷一次风至火检风过滤器后手动门，直至火检冷却风翻板换向阀后压力降至8kPa。

启动火检冷却风机；检查风机启动正常，声音、振动等均正常，出口风压为不低于8kPa；检查确认火检冷却风翻板换向阀切至火检冷却风机侧；确认火检冷却风系统运行正常，翻板换向阀后压力稳定，各投运燃烧器火检状态良好；关闭冷一次风至火检风过滤器后手动门；关闭冷一次风至火检风过滤器前手动门；投入火检冷却风机联锁和主辅备用联锁。

5 改造后的效果

5.1 机组可靠性

火检冷却风系统改造后，冷一次风作为火检冷却风的工作风源，两台火检风机作为备用风源，如表5-1改造前后火检风压的对比数据所示，在机组负荷及磨组运行变化情况下，火检冷却风压在改造后均在8.5kPa以上，完全符合火检冷却风的要求，同时在系统中加装了翻板式切换阀，可以实现冷一次风风源和火检风机风源的自动切换，从根本上消除了因火检冷却风机故障导致锅炉MFT事故的发生的隐患，提高了机组运行的可靠性。

表5-1 改造前后火检风压的对比

5.2 机组经济性

火检冷却风系统改造后，火检风机只在机组启停过程中使用，正常运行时处于备用状态，按照铜山华润单台机组2016年平均运行300天，火检冷却风机功率为11KW，单台机组每年可节省厂用电79200kW·h，增加效益3.2万元，而单台机组火检冷却风系统改造费用仅为2万元，同时大幅度减少了火检冷却风机的维护和检修费用，经济效益显著。

6 结束语

此次对火检冷却风系统的改造，将机组正常运行时的火检冷却风由冷一次风提供，完全能够满足火检冷却风的要求，显著提高了机组运行的可靠性，降低了维护和检修成本，创造了较高的经济效益，实现了“小改造、大收益”，为机组的安全稳定运行提供了强有力的保障。