太原第一热电厂13号机组灭火保护系统的改进

中国电力（）太原第一热电厂13号机组灭火保护系统的改进叶向前（广东省电力试验研究所，广东广州510600）摘要：太原第一热电厂13号机组火检系统的光纤由于存在安装和材料的缺陷等问题，使8个火检信号弱且不稳定，灭火保护出现误动作。通过修改锅炉燃烧器管理系统（BMS）的控制逻辑和增加保护的投入，弥补了系统的缺陷，保证灭火保护系统安全可靠地投入使用。关键词：灭火保护；BMS；火检；光纤中图分类号：TK323文献标识码：B太原第一热电厂七期2×300MW工程是“九五”期间国家的重点工程。锅炉为东方锅炉厂制造的四角切圆燃烧锅炉。锅炉配备有5层煤粉燃烧器（A，B，C，D，E）、2层三次风、2层点火轻油枪（AB，DE）。锅炉的燃烧器管理系统（BMS）由美国FORNEY公司总承包。控制系统硬件采用美国西屋公司的WDPF－Ⅱ型分散控制系统，FORNEY设计控制软件，提供BMS的外围设备点火油枪、油阀及火检系统。火检系统采用IDD－ⅡU火检探头和RM－DR－6101E型双通道火检放大卡。由于硫化铅传感器的IDD－ⅡU火检探头只对红外线和可见光敏感，通过动态火焰处理电路只检测动态的火焰信号，所以主要用于检测煤和油的火焰，是国内用得最多的一种火检探头。RM－DR－6101E放大卡可同时接入2个火检探头，监测两处火焰。在放大卡上主要的设定参数有增益、有火和无火的门槛值。锅炉的每一个对角采用1块放大卡，共用28个火检探头和14块放大卡。1灭火保护系统存在的问题试运行期间锅炉有8个火检信号比较弱，但经过火检放大卡参数调整后，火检信号能够满足保护系统的要求，168h试运行期间灭火保护系统能正常投入使用。但在机组移交商业运行后参与电网的调峰时，锅炉经常在约70％负荷且断油的工况下运行，炉膛的燃烧工况比满负荷时差。这时8个弱火检信号又不稳定，常引起对应的煤粉燃烧器跳闸，严重时锅炉出现失去所有火焰或临界火焰主燃烧跳闸（MFT）。2系统缺陷分析2．1火检光纤的安装火检的光纤外套管必须穿过燃烧器的二次风箱固定在二次风口上。光纤外套管的开孔通常由锅炉厂在燃烧器上开，但此工程是由安装公司在安装现场开孔，由于受现场设备和空间限制，所以有一些孔开得不是很好，致使有几个火检光纤的实际安装位置和原设计有一定的偏差。主要问题是光纤外套管的弯道较多。为了使火检工作尽可能少受锅炉燃烧工况变化的影响，正确火检光纤安装的位置相对燃烧器和火球旋转方向而言应在燃烧器的上游，但1号、3号角安装位置却在燃烧器的下游，如图1所示。中国电力（）2．2火检光纤的材料光纤是非常柔软的材料。FORNEY的光纤是由直径1cm左右的不锈钢蛇皮管包住，但做成的火检光纤仍非常软，使安装非常困难。如果火检光纤的外套管装得不好，燃烧器摆动或火检光纤抽出后装入，光纤很难回到原位置。安装问题和产品本身的缺陷使8个燃烧器（B1，B2，B3，C1，C4，D1，D3，E1）的火检信号不稳定。3问题的解决在负荷为180MW时测得火检信号值如表1。8个燃烧器的火检信号弱且不稳定，正常的火检信号值应在100mV以上。表1数据可分为两种情况：第一种是相邻上下层的火检信号至少有一个是稳定的，第二种是相邻上下层的火检信号都不稳定。根据这两种情况采用不同的解决方案。3．1第一种情况的解决方案以B1为例。在正常的情况下，如果给粉机运行15s后火检未检测到火焰信号，就要停对应的燃烧器。图2为修改后的逻辑图，对于停B1燃烧器的条件，增加了在锅炉的负荷大于50％时，只有在燃烧器A1和C1不运行的情况下才停B1燃烧器。当B1燃烧器运行时，因为A1，C1燃烧器距离B1燃烧器大约1m，即使B1的火焰信号消失，只要燃烧器A1或C1在运行且锅炉的负荷大于50％，A1或C1仍有足够的能量作为B1的点火源，所以即使B1火焰信号消失或燃烧不好也不跳B1给粉机。为了保证灭火保护系统可靠，把所有煤粉燃烧器的控制逻辑都按燃烧器B1方式进行了修改。中国电力（）3．2第二种情况的解决方案由于C1，D1，E1燃烧器的上下火检信号都不可靠，所以用它们的运行信号不足以支持C1，D1，E1煤粉燃烧器的可靠运行。所以在第一种方案的基础上引进炉膛压力信号来综合判断燃烧器的运行工况。具体的方案是在与门二的输入增加炉膛压力高、炉膛压力低的信号。以C1煤粉燃烧器为例，设Y为与门二的输出，pH为炉膛压力高，pL为炉膛压力低，RB1表示燃烧器B1运行、BBLGR表示锅炉负荷大于50％，则由于锅炉燃烧器分为上下两部分布置，下部燃烧器由煤层A、油层AB、煤层B、煤层C和4层二次风组成，上部燃烧器由煤层D、油层DE、煤层E、2层三次风和3层二次风组成。上部燃烧器的煤层D和下部燃烧器的煤层C相距2．93m，C层和D层的距离较大。为了安全起见，煤层C和煤层D燃烧器在运行时不能相互支持。用炉膛压力高或炉膛压力低信号辅助判断燃烧器的燃烧工况是安全可靠的。因为如果炉膛压力变化不大，则可判断锅炉不存在大面积燃烧器灭火，锅炉的燃烧稳定，而且这种逻辑判断只用于C1，D1和E13个燃烧器上，所以即使火检信号消失，没有支持这3个燃烧器，只要炉膛压力变化不大，也判断其为错误信号，对应的保护不动作。除了以上分析的原因外，灭火保护系统还投了临界火焰MFT（在断油的工况下1min内50％投运的煤粉燃烧器的火检无信号）、角火焰消失MFT（投运的煤粉燃烧器整角的火检无信号）和炉膛压力MFT。这三个保护的投入更保证了锅炉的安全。中国电力（）4结束语控制逻辑修改后，把所有强制的火检信号都解除，使灭火保护系统正常投入运行。经过一段时间的运行，灭火保护没有发生误动作。安装位置有一定的偏差或锅炉厂与火检制造厂家配合不好，都会使燃烧器的开孔不理想，导致火检光纤的安装存在问题，等到火检系统投运时发现问题后再修改，工作量却非常大。应用本文提出的修改方案能弥补安装的缺陷，节省大量的人力和物力。如果电厂煤种经常变化，使锅炉燃烧工况发生变化，而火检的整定参数又没跟上，也会影响火检工作的稳定性。利用以上介绍的方法也能较好地解决这种情况下灭火保护系统的投运问题。