国产火检在1000MW机组塔式锅炉的应用研究

第26卷第6期                                                    电  站  系  统  工  程                                           Vol.26 No.6

2010年11月                                                Power  System  Engineering                                             1

文章编号：1005-006X(2010)06-0001-03

国产火检在1000 MW机组塔式锅炉的应用研究

浙江国华淅能发电有限公司    吴永存  高锦尧

摘  要：通过对国华宁海电厂二期2×1000 MW工程超超临界百万机组的国产火检在塔式锅炉的应用研究，经过施工图设计、安装、调试、问题分析和优化一系列阶段，实现了从锅炉首次点火就成功应用的目标。

关键词：超超临界1000MW机组；百万机组塔式锅炉；国产火检；国产化率

中图分类号：TK39    文献标识码：A

火焰检测设备是火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）中的关键设备，它的作用贯穿于从锅炉点火启动至满负荷运行的全过程，用于判定全炉膛内或单元燃烧器火焰的建立与熄灭或有火与无火。当发生全炉膛灭火或单元燃烧器熄火时，火检系统准确动作发出报警信号送往机组的DCS系统，其中的FSSS系统根据信号进行逻辑判断，联锁保护功能动作，切断相应的燃料系统如给煤机、磨煤机、磨煤机出口闸板门、燃油总阀、回油阀、油角阀、吹扫阀等，并停运一次风机、冷热一次风隔绝门等燃料风系统的运行，以防止炉膛内积聚燃料并在异常情况下被点燃引起锅炉爆炸恶性事故的发生。因此，火焰检测设备的可靠性与检测的准确性直接关系到锅炉是否能安全和经济运行。

1 塔式锅炉燃烧系统结构及特点

浙江国华宁海电厂二期2×1000MW扩建工程超超临界塔式锅炉由上海锅炉厂有限公司采用Alstom Power公司技术，根据本工程燃煤特性、蒸汽参数特点及相关要求设计，为超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉、一次再热、采用单炉膛单切圆燃烧方式、平衡通风、运转层以上露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构(SG3091/27.56-M54X)，锅炉出口蒸汽参数为27.46 MPa/605/603 ℃。

锅炉燃烧系统按中速磨正压直吹式制粉系统设计，配置6台磨煤机，燃烧设计煤种时，5台运行，1台备用。每台磨煤机带两层煤燃烧器, 即磨煤机出口引出4根煤粉管道，在燃烧器前通过一个1分2的分配器，分成8根煤粉管道，进入4个角燃烧器的2层煤粉喷嘴中，共计48只直流式燃烧器分12层布置于炉膛下部四角（每两个煤粉喷嘴为一层)，在炉膛中呈四角切圆方式燃烧。为了节约和替代燃料油，在B磨对应的燃烧器装设8套等离子点火装置，同时将24只燃油点火器作为后备，在锅炉启动过程中利用等离子点火器可将通过燃烧器的煤粉直接点燃，在等离子点火器退出运行后，等离子点火燃烧器可作为主燃烧器使用，不改变锅炉燃烧组织。其中每角的燃烧器分为3个组，分别是AB、CD、EF，组与组燃烧器的间距较大。

　　2 火检的选用、配置及其特点

　　2.1 火检的选用

　　根据调研了解，国内600 MW及以上机组大部分配置了进口火检系统，如FORNEY、ABB、COEN、DURAG，但很多机组在基建阶段不能随主系统的调试进度同步投入。更有甚者，个别电厂在机组投入商业运行一年后，才能正常投运，对锅炉防爆构成了巨大的威胁，严重违反了《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》。究其原因，这些产品也不是质量不好，主要是火检探头安装位置不当，在机组运行时调整困难或无法调整，造成火检不是“偷看”就是“漏看”。另外一个重要原因是代理商服务不到位、技术水平跟不上且后续费用高，发生问题又不能及时解决造成的。

　　事实上，早在2003年宁海电厂一期4×600 MW新建工程阶段，就对进口和国产火检进行了调研和比对，并成功地应用在宁电四台Π型炉上，经过4年的运行，效果良好。还有一个重要因素是绥中2×800 MW俄制塔式锅炉，原设计采用德国的产品，但由于无法正常投运，在基建调试阶段就改用哈尔滨中能公司的火检，并一直使用至今。而且近年来，越来越多的电厂开始使用国产火检进行替代或改造。因此，性价比高、维护成本低、使用方便、服务及时到位，又有在塔式锅炉成功应用的经验，在百万级塔式锅炉中又选用了哈尔滨中能公司的ZHJZ-IV型系列火检。

　　2.2 火检的配置

　　依据锅炉厂的原则性设计及塔式锅炉特性，每台磨煤机对应的上下两只煤燃烧器，只要在上层设置一套火焰检测器即可，而油燃烧器则按一一对应设置。因此，煤燃烧器配火焰检测器24套，油燃烧器配火焰检测器24套，每台炉共配置48套火焰检测器。

　　每台锅炉相应的ZHJZ火焰检测系统配置为：一个油火检屏，一个煤火检屏。每个火检屏分别包含3个ZFDC-III-H型火检机箱，每个火检机箱包含2路ZFDP-III-H型火检电源卡件(无扰冗余)和8路ZFDZ-VIII型火检处理卡件组成，在煤火检屏中有一块ZFDM-I型火检通讯卡件。在就地部分，油火检探头和煤火检探头各24个，一套冷却风系统。

　　2.3 火检的特点

　　ZHJZ-IV型火焰检测器的火焰检测设备是一种间接辐射型可见光式火焰检测设备，它利用燃烧器初始燃烧区域内可见光的亮度和燃料燃烧辐射率的动态变化、火焰包络形状的改变引起的脉动频率来判断火焰的“有”或“无”，是一种双信号处理的火焰检测设备。

　　对于来自相邻燃烧器火焰的识别是火焰检测的难点也就是防“偷看”，采用频率信号进行频谱分析并结合内置的8种算法模式功能进行组合，从而提高识别能力，当实时频率和强度皆高于设定的阈值时，判定为有火;反之，判定为无火。

　　当火焰燃烧过程中出现偶尔的扰动或“黑龙”时，火焰的强度或频率会短时间低于阈值，这时如果发无火信号，就将增加灭火保护系统误动的可能性，也就是“漏看”。为了避免发灭火信号提高火焰检测器的可靠性，设计了一种反时限特性的延时机构，无火延时的大小取决于灭火前的强度频率的变化速率。当火焰的强度、频率值以高速率降至阈值以下时，延时时间应长一些，因为这时炉内有足够的能量支持燃烧，不会达到真正灭火的状态。当火焰的强度、频率值缓慢地降至阈值时，说明火焰的支持能量较小缩短延时时间，以防止拒动。从而提高了火焰检测的可靠性、准确性。

　　3 安装及调试要点

　　3.1 安装要点

　　火检探头的安装是整个火焰检测系统能否良好投运的关鍵，由于锅炉厂未提供相应的安装图，根据“锅炉燃烧器布置俯视图”、“锅炉燃烧器各角纵向布置图”、“锅炉二次风道剖视图”等进行安装图的设计，并由锅炉厂设计人员进行确认。

　　火检探头安装时，探头视线应准确监视到火焰的初始燃烧区域，并保证探头视线与二次风喷嘴同步摆动;还要充分考虑到锅炉的积灰和结焦情况，充分考虑探头的安装角度，使邻层、对角对本燃烧器的影响小;充分考虑燃烧器的摆动，防止摆角超过一定角度时影响火检观察火焰的灵敏。所有这些确保了火焰检测系统从锅炉点火至满负荷运行整个过程均能真实反应炉膛的火焰状态。

　　3.2 调试要点

　　调试分为静态调试和动态调试两个阶段，静态调试是指锅炉启动前对火焰检测器系统的调试，动态调试是指锅炉启动后对火焰检测器系统设定参数的调试。

　　静态调试主要包括火检处理卡件的排布顺序及标识是否与设计要求相符，输入回路测试试验，确认输出回路接线包括火焰模拟量强度输出信号、有火信号、火检故障信号、火检电源故障警信号等的正确性。并进行电源冗余切换试验、失电信号状态试验，和炉膛内模拟火焰信号照射试验。

　　动态调试是根据对锅炉从启动到满负荷运行过程中临界工况、低负荷工况及危险工况实时数据的采集、统计、计算与处理。根据对每一个燃烧器的燃烧特性，准确判定有火/无火条件，调整每个火焰检测器的内部参数至标准检测效果，确保锅炉运行期间真正发生全炉膛灭火时火焰检测器能正确动作，在正常运行工况下不出现误动，输出至DCS的火焰模拟信号准确。

　　4 完善及优化

　　4.1 火检冷却风的完善与逻辑优化

　　火检冷却风原设计由两台冷却风机供给，正常情况下一台冷却风机运行，另一台冷却风机备用，当火检冷却风母管压力低(3.5 kPa)时，延时2 s启动另一台冷却风机，如果火检冷却风母管压力进一步下降至低低(2.8 kPa)，延时60 s则锅炉MFT动作。考虑到二台冷却风机及其换向档板的可靠性不高，增加了分别从左右两侧冷一次风接到火检冷却风母管的支管，每路冷一次风支管各有一个电动隔离门，在正常条件下电动隔离门处于关闭状态。并增加逻辑设计：当火检冷却风母管压力低(3.5 kPa)时，延时2 s启动另一台冷却风机，如果15 s后还是低于3.5 kPa，则迅速打开每路冷一次风支管的电动隔离门(由相对应侧的一次风机运行信号证实)，这样有力地保证了火检系统的可靠运行，避免了由于“小缺陷”扩大成锅炉MFT事故的发生。

　　4.2 灭火保护逻辑的优化

　　宁海电厂二期二台百万机组FSSS系统的锅炉MFT动作逻辑设计有18个条件，OFT保护动作触发条件有4个。其中的5个条件与火检信号直接有关，分别是“全炉膛火焰丧失”、“锅炉吹扫后30 min未点火”、“锅炉点火后所有锅炉给水泵跳闸”、“锅炉点火后给水流量低低”、“油枪3次点火失败”，可见火检信号可靠性和准确性的重要。在充分尊重阿尔斯通原逻辑和《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》DL/T435-2004的基础上，对燃烧器“有火”逻辑进行了优化，即把每个燃烧器火检信号与上相应的点火能量支持作为判断此燃烧器是否“有火”的条件，再进行层“有火”判断作为判断是否跳相对应的磨煤机或油枪的条件，终层“有火”信号组合成判断“全炉膛火焰丧失”的条件，充分体现了防止拒动、避免误动的逻辑控制方案，确保了设备和机组的安全运行。

　　4.3 调试中出现的问题及解决办法

　　2009年6月10日#6炉火检系统正在调试中，发现所有

　　3.2 调试要点

　　调试分为静态调试和动态调试两个阶段，静态调试是指锅炉启动前对火焰检测器系统的调试，动态调试是指锅炉启动后对火焰检测器系统设定参数的调试。

　　静态调试主要包括火检处理卡件的排布顺序及标识是否与设计要求相符，输入回路测试试验，确认输出回路接线包括火焰模拟量强度输出信号、有火信号、火检故障信号、火检电源故障警信号等的正确性。并进行电源冗余切换试验、失电信号状态试验，和炉膛内模拟火焰信号照射试验。

　　动态调试是根据对锅炉从启动到满负荷运行过程中临界工况、低负荷工况及危险工况实时数据的采集、统计、计算与处理。根据对每一个燃烧器的燃烧特性，准确判定有火/无火条件，调整每个火焰检测器的内部参数至标准检测效果，确保锅炉运行期间真正发生全炉膛灭火时火焰检测器能正确动作，在正常运行工况下不出现误动，输出至DCS的火焰模拟信号准确。

　　4 完善及优化

　　4.1 火检冷却风的完善与逻辑优化

　　火检冷却风原设计由两台冷却风机供给，正常情况下一台冷却风机运行，另一台冷却风机备用，当火检冷却风母管压力低(3.5 kPa)时，延时2 s启动另一台冷却风机，如果火检冷却风母管压力进一步下降至低低(2.8 kPa)，延时60 s则锅炉MFT动作。考虑到二台冷却风机及其换向档板的可靠性不高，增加了分别从左右两侧冷一次风接到火检冷却风母管的支管，每路冷一次风支管各有一个电动隔离门，在正常条件下电动隔离门处于关闭状态。并增加逻辑设计：当火检冷却风母管压力低(3.5 kPa)时，延时2 s启动另一台冷却风机，如果15 s后还是低于3.5 kPa，则迅速打开每路冷一次风支管的电动隔离门(由相对应侧的一次风机运行信号证实)，这样有力地保证了火检系统的可靠运行，避免了由于“小缺陷”扩大成锅炉MFT事故的发生。

　　4.2 灭火保护逻辑的优化

　　宁海电厂二期二台百万机组FSSS系统的锅炉MFT动作逻辑设计有18个条件，OFT保护动作触发条件有4个。其中的5个条件与火检信号直接有关，分别是“全炉膛火焰丧失”、“锅炉吹扫后30 min未点火”、“锅炉点火后所有锅炉给水泵跳闸”、“锅炉点火后给水流量低低”、“油枪3次点火失败”，可见火检信号可靠性和准确性的重要。在充分尊重阿尔斯通原逻辑和《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》DL/T435-2004的基础上，对燃烧器“有火”逻辑进行了优化，即把每个燃烧器火检信号与上相应的点火能量支持作为判断此燃烧器是否“有火”的条件，再进行层“有火”判断作为判断是否跳相对应的磨煤机或油枪的条件，终层“有火”信号组合成判断“全炉膛火焰丧失”的条件，充分体现了防止拒动、避免误动的逻辑控制方案，确保了设备和机组的安全运行。

　　4.3 调试中出现的问题及解决办法

　　2009年6月10日#6炉火检系统正在调试中，发现所有

　　原因分析：低负荷运行期间引风机电流小，两台引风机运行的时候容易进入失速区，导致风机出力变化，引起负压波动。另一原因是炉膛内部出现落灰的现象，省煤器出口烟道落灰大面积落灰会引起炉膛负压波动。由此，引起炉膛负压波动，导致燃烧不稳，引起全火焰丧失MFT。通过工业电视系统回放检查等离子火焰电视检测到的燃烧情况，B层4号角、3号角确实先后出现灭火的现象，所以火检动作正确。下图为炉膛火焰工业电视回放图与炉膛负压、火检信号对比图。

　　图 炉膛火焰工业电视回放图与炉膛负压、火检信号对比

　　事实证明，除了上述二次全炉膛灭火保护正确动作外，宁海二期两台百万机组至今未发生过机组保护误动和拒动情况，为机组长周期安全、经济和稳定运行打下了坚实的基础。

　　6 结束语

　　国产火检在宁海二期1000 MW机组塔式锅炉的成功应用说明，随着国力的强盛，民族工业的崛起，依靠科技创新和技术进步，越来越多的国产品牌的产品质量将赶上或超过进品产品，而且相对性价比高、服务质量好。工程技术人员在设备选型时，不能局限于进口的产品质量一定比国产好的陈旧思维，只要经过认真的调研、分析和研究，可以进一步提高机组设备的国产化率。 □

　　参 考 文 献

　　[1] 哈尔滨市中能自动化设备有限公司. ZHJZ-IV火焰检测系统用户手册[Z].

　　[2] DL/T435-2004.电站煤粉锅炉炉膛防爆规程[S].

　　[3] DL/T655-2006.FSSS锅炉炉膛安全监控系统在线验收规程[S].

　　编辑：巨 川