電廠鍋爐爐膛防爆控制系統

2023-02-12 03:42:05 字數 4728 閱讀 3021

傳統的熱工控制裝置採用分立元件的組裝式儀表,硬體數量大,系統設計功能不十分完善。隨著大型火電機組的熱工控制裝置的發展,控制系統則具有硬體可靠、記憶體容量大、軟體功能強等特點,使機組的自動控制功能大大改善,爐膛防爆控制系統也隨之日趨完善。

傳統的爐膛壓力控制系統是乙個簡單的單迴路控制系統,採用爐膛壓力訊號直接控制引風機入口動葉或導葉開度來維持爐膛壓力。近代控制系統則採用送風機動葉開度代表總風量作為前饋訊號,爐膛壓力作為主調訊號,控制引風機入口動葉或導葉開度來維持爐膛壓力在期望的設定值。傳統的自動調節系統對爐膛壓力只起調節作用,而沒有保護功能,當爐膛壓力測量值與設定值偏差較大時,自動調節系統會切至手動並發出報警訊號,交執行人員手動處理。

而以計算機為基礎的現代爐膛壓力控制系統則將執行程式、壓力調節、聯鎖、保護統一協調,為裝置提供了可靠的安全保證系統。當爐膛壓力出現事故徵兆時,控制系統能自動採取適當措施控制爐膛壓力,防止或減少事故,避免由於執行人員操作不及時而擴大事故。

1爐膛**分類及原因分析

爐膛**可分為爐膛外爆及爐膛內爆兩種。

1.1爐膛外爆

爐膛外爆的基本起因是,點燃積聚在爐膛或與鍋爐相連的通道或排煙系統的有限空間內的可燃混合物。當積聚在爐膛內的危險可燃混合物與空氣以一定的比例充分混合,如果火源存在,將導致快速或不可控的燃燒,從而產生巨大的**力,致使爐膛損壞。

發生爐膛外爆的因素大多與鍋爐爐膛的執行有關。經驗表明,下列情況可能引起爐膛外爆:

(1)燃料或空氣或點火源中斷,足以導致瞬間失去火焰時,立即或延時對爐內積聚物點火。

(2)燃料洩漏入停運的爐膛,用電火花或其它點火源對爐內積聚物點火。

(3)沒有充分吹掃而重複不成功的點火,導致**混合物的積聚。

(4)部分燃燒器失去火焰或不完全燃燒,將導致燃料和空氣的**混合物在爐內積聚。

(5)全爐膛火焰失去,導致燃料和空氣的**混合物積聚在爐內,未經充分吹掃,用電火花或其它點火源對爐內積聚物點火。

(6)用過大的風量吹掃,引發可燃物悶燒。

(7)在爐膛內條件紊亂或控制系統出現故障時,可能導致燃料/空氣混合物滅火,當重新建立可燃的燃料/空氣比例後,緊接著再著火。那麼,由於爐膛紊亂條件下積聚在爐膛內或鍋爐其它部位死區的可燃混合物,在點火時將產生**。

(8)爐膛**事件大多發生在鍋爐滅火後,未經充分吹掃就重新點火,或鍋爐部分燃燒器滅火或部分燃燒器未完全燃燒所致。

1.2爐膛內爆

爐膛內爆是指因煙氣側壓力過低而導致裝置損壞的現象。爐膛外爆常常能引起大家的注意和防範,但是,爐膛內爆很容易讓人忽視。

1.2.1爐膛內爆的起因

(1)調節鍋爐氣體流量的裝置(包括空氣供給、煙氣排除)誤動作,導致爐膛承受過大的引風壓頭。

(2)因燃料輸入快速減少或mft,爐內氣體溫度和壓力急劇下降。

1.2.2爐膛內爆起因分析

(1)人為過失是導致爐膛內爆的重要原因之一,一般表現在以下幾個方面:

①對正確的執行程式缺乏認識,對安全裝置及裝置使用方法錯誤。

②裝置或其控制特性不便於操作。

③鍋爐燃燒系統的各種元件及其控制缺乏協調一致。

(2)控制功能設計不良。

1.3防止鍋爐**的措施

1.3.1設計安裝滅火保護裝置

現代大型火電廠鍋爐均應設滅火裝置(fsss)。如:爐膛壓力過低或角火焰失去(3台及以上給煤機執行時,爐膛的任一角的所有燃燒器監測不到火焰)或臨界火焰失去(在15s內,所有投運的燃燒器中有50%監測不到火焰),或全爐膛火焰失去時,鍋爐mft動作。

mft動作後,必須滿足如燃油洩漏試驗完成、磨煤機出口擋板關閉、磨煤機熱風隔離門關閉、25%~30%額定空氣流量等防止爐內積聚可燃混合物的吹掃條件,爐膛才開始連續吹掃5min之後,mft繼電器才能復位,鍋爐才允許點火。

1.3.2改善控制功能設計

爐膛壓力控制系統的設計、安裝、以及整個系統元件的功能目標及其控制應一體化。其基本操作目標是:

(1)應設立手動操作最少的執行程式。

(2)所有執行程式應標準化。採用聯鎖方式,把不適當的執行程式減至最少。當狀況持續不正確時,應中斷執行程式。設立嚴格執行的、必要聯鎖的吹掃和啟動程式是特別重要的。

(3)對採用開啟通風點火程式的鍋爐,在所有執行期間應維持爐膛通風量等於或大於爐膛吹掃的空氣容積流量。

2爐膛防爆的保護、聯鎖及訊號

2.1爐膛高正壓保護迴路

點爐時**比執行中**,對爐膛損壞更加嚴重,這可以通過下面的熱力學定律加以說明。設進入爐膛的燃料為b(kg),其發熱量為q(kj/kg),爐膛容積為v(m3),爐膛內的定容比熱為cv(kj/m3·℃)溫公升為△t(℃)則可得出下列方程式:

bq=cvv△t

在**的瞬間,假設爐膛的傳熱過程為定容絕熱過程,根據熱力學定律得:

p1/p2=t1/t2=t1/(t1+△t)

式中p1、p2——**前、後爐膛壓力

t1、t2——**前、後爐膛溫度

由上述2式可得:

p2=p1[1+bq/cvvt1]

由此可見,**前溫度t1越低,則爆燃後產生的p2越大。在剛開始點爐時,爐膛溫度低,用的燃油發熱量大,而正常執行時t1較高,燃料發熱量低,故點火時**所造成的破壞性較大,有時甚至造成整個鍋爐的損壞。點火時的**俗稱冷態放炮,執行時的**俗稱熱態放炮。

冷態放炮大多損壞下部爐膛,熱態放炮一般損壞爐頂和水平煙道。為了防止爐膛發生**事故,爐膛壓力控制系統設計有爐膛壓力高的控制、聯鎖和保護功能。

爐膛壓力出現高正壓,往往是調節系統、執行器或引風機故障等原因造成的。因此,當爐膛壓力過高時,引風機動葉控制自動切至手動,並限制關小引風機動葉和禁止開大送風機動葉。當爐膛壓力》要求值,同時引風機動葉開度最大時,機組協調控制系統將以10mw/min的速率減負荷至爐膛壓力正常為止。

當爐膛壓力》要求值或引風機動葉在最大開度時,協調控制系統將限制機組增加負荷。

2.2爐膛高負壓保護迴路

當爐膛負壓過低時,應採取措施,自動防止故障進一步擴大,一般採取以下幾種方案:

(1)當爐膛壓力

2.3爐膛壓力調節器採用死區調節

正常的爐膛壓力訊號是帶有小幅的噪音干擾訊號的,如果直接使用這個測量訊號,將引起引風機動葉頻繁動作,不利於機組安全執行。傳統的調節方案是用慣性元件來濾波,這個方法的缺點是增加了爐膛壓力測量值的反應時間,使調節變得不靈敏。新的控制方法取消了慣性手段,用死區模組來改善調節效能。

當爐膛壓力在-30~30pa範圍內波動時,調節系統的輸出穩定,引風機入口動葉也不動,只有當爐膛壓力測量值超出設定值±30pa後,調節器才改變輸出,調整爐膛壓力回到設定值。採用死區模組可以提高系統對爐膛壓力的響應速度,同時又防止了引風機入口動葉頻繁動作。

2.4爐膛壓力控制系統

爐膛壓力控制系統見圖1。

(1)爐膛壓力控制系統通過調節引風機入口動葉開度來維持爐膛壓力在期望的設定值。

(2)採用3個爐膛壓力變送器,每個都有單獨的壓力探頭,確保了測量訊號的獨立性、可靠性。變送器監視系統減少了其中任何乙個壓力變送器故障時導致爐膛壓力控制系統誤動的可能性。

(3)因調節系統都具有慣性,為了在變工況過程中維持爐膛壓力穩定,採用了代表鍋爐空氣流量的超前調節(前饋)訊號。該訊號可以是乙個燃料訊號、鍋爐主控訊號或其它合適的指令訊號,但不應是空氣流量的測量訊號。

(4)在引風機手動/自動站後引入了大的爐膛通風誤差的超弛作用或方向模組化。

(5)鍋爐mft觸發前饋作用,直接作用於引風機手動/自動站的輸出,使爐膛壓力漂移最小。

(6)當使用軸流風機時,採用上述控制方法可以避免發生煙氣流量不可控變化的失速情況。

圖1爐膛壓力控制系統

2.5執行程式

在所有運**況下,從送風機至煙囪的風煙通道必須暢通,而且最小的空氣流量應不小於爐膛吹掃的風量。必須遵守下列原則:

(1)當裝有多台引風機或送風機時,在啟動第一台引風機之前,所有送風機的入口動葉或出口擋板必須開啟。此外,還應有足夠的隔離檔板、風箱檔板、風量調節檔板、其它控制檔板應開啟,以確保送風機進口經爐膛、引風機至煙囪的通道暢通。

(2)當第一台引風機啟動並維持爐膛壓力後,才允許關閉送風機入口動葉或出口檔板。

(3)在所有情況下,都應先啟動引風機然後啟動送風機;停運時則相反。

(4)當停運最後一台風機時,風機檔板的開度必須加以延時或控制,以免在風機惰走期間導致爐膛壓力瞬間的過正或過負。

2.6聯鎖系統

爐膛壓力控制系統設計有下列典型聯鎖功能:

(1)爐膛高正壓》設定值時,鍋爐主燃料跳閘(mft)。mft後,若風機正在執行,將繼續保持執行,不增加風量。有的外國機組還增設了爐膛吹掃完後,鍋爐點火前發生mft動作,若5min內爐膛正壓》設定值,則送風機跳閘。

(2)爐膛高負壓《設定值時,鍋爐主燃料跳閘(mft)。鍋爐點火前發生mft動作,若爐膛負壓《設定值,則經短的延時後(由於主火焰失去允許爐膛負壓有乙個短的延時),所有引風機跳閘。

(3)失去送風機或失去引風機的聯鎖:單側引、送風機相互聯跳;若2台引(送)風機跳閘,鍋爐mft動作,延時後控制系統將強制全開引風機(送風機)入口動葉,以免風機惰走期間產生過大的爐膛負壓(或正壓);若一台引(送)風機跳閘,控制系統將強制關閉跳閘風機的入口動葉並聯鎖關閉進、出口檔板。

(4)mft動作時,關閉引風機入口動葉至適當位置。煙氣中除包括

一、二次風外,還包括燃料燃燒時產生的co2和水蒸汽等氣態物質,因此當鍋爐mft時,由於co2和水蒸汽等大大減少,造成煙氣質量流量大大減少。同時滅火後煙氣溫度下降,煙氣體積流量也進一步減少。若引風機入口動葉仍保持原來的開度,將造成乙個很大的爐膛負壓。

為了防止損壞爐膛,控制系統應強制關小引風機入口動葉開度,使之與總空氣流量相對應。該總空氣流量不是測量訊號,而是2臺送風機入口動葉開度的平均值。未發生mft時,引風機入口動葉由爐膛壓力調節器獨立控制。

當發生mft時,在引風機手動/自動站的輸出脈衝加入當時總空氣流量所對應的引風機入口動葉應關小的數值;脈衝過後,引風機入口動葉調節重新返回到爐膛壓力調節器控制。

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