傳統(tǒng)的熱工控制裝置采用分立元件的組裝式儀表,硬件數(shù)量大,系統(tǒng)設(shè)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(fā)展,控制系統(tǒng)則具有硬件可靠、內(nèi)存容量大、軟件功能強等特點,使機組的自動控制功能大大改善,爐膛防爆控制系統(tǒng)也隨之日趨完善。
傳統(tǒng)的爐膛壓力控制系統(tǒng)是一個簡單的單回路控制系統(tǒng),采用爐膛壓力信號直接控制引風(fēng)機入口動葉或?qū)~開度來維持爐膛壓力。近代控制系統(tǒng)則采用送風(fēng)機動葉開度代表總風(fēng)量作為前饋信號,爐膛壓力作為主調(diào)信號,控制引風(fēng)機入口動葉或?qū)~開度來維持爐膛壓力在期望的設(shè)定值。傳統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)對爐膛壓力只起調(diào)節(jié)作用,而沒有保護功能,當(dāng)爐膛壓力測量值與設(shè)定值偏差較大時,自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)會切至手動并發(fā)出報警信號,交運行人員手動處理。而以計算機為基礎(chǔ)的現(xiàn)代爐膛壓力控制系統(tǒng)則將運行程序、壓力調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖、保護統(tǒng)一協(xié)調(diào),為設(shè)備提供了可靠的安全保證系統(tǒng)。當(dāng)爐膛壓力出現(xiàn)事故征兆時,控制系統(tǒng)能自動采取適當(dāng)措施控制爐膛壓力,防止或減少事故,避免由于運行人員操作不及時而擴大事故。
1爐膛爆炸分類及原因分析
爐膛爆炸可分為爐膛外爆及爐膛內(nèi)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(tǒng)的有限空間內(nèi)的可燃混合物。當(dāng)積聚在爐膛內(nèi)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(dǎo)致快速或不可控的燃燒,從而產(chǎn)生巨大的爆炸力,致使?fàn)t膛損壞。
發(fā)生爐膛外爆的因素大多與鍋爐爐膛的運行有關(guān)。經(jīng)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(dǎo)致瞬間失去火焰時,立即或延時對爐內(nèi)積聚物點火。
(2)燃料泄漏入停運的爐膛,用電火花或其它點火源對爐內(nèi)積聚物點火。
(3)沒有充分吹掃而重復(fù)不成功的點火,導(dǎo)致爆炸混合物的積聚。
(4)部分燃燒器失去火焰或不完全燃燒,將導(dǎo)致燃料和空氣的爆炸混合物在爐內(nèi)積聚。
(5)全爐膛火焰失去,導(dǎo)致燃料和空氣的爆炸混合物積聚在爐內(nèi),未經(jīng)充分吹掃,用電火花或其它點火源對爐內(nèi)積聚物點火。
(6)用過大的風(fēng)量吹掃,引發(fā)可燃物悶燒。
(7)在爐膛內(nèi)條件紊亂或控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時,可能導(dǎo)致燃料/空氣混合物滅火,當(dāng)重新建立可燃的燃料/空氣比例后,緊接著再著火。那么,由于爐膛紊亂條件下積聚在爐膛內(nèi)或鍋爐其它部位死區(qū)的可燃混合物,在點火時將產(chǎn)生爆炸。
(8)爐膛爆炸事件大多發(fā)生在鍋爐滅火后,未經(jīng)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(nèi)爆
爐膛內(nèi)爆是指因煙氣側(cè)壓力過低而導(dǎo)致設(shè)備損壞的現(xiàn)象。爐膛外爆常常能引起大家的注意和防范,但是,爐膛內(nèi)爆很容易讓人忽視。
1.2.1爐膛內(nèi)爆的起因
(1)調(diào)節(jié)鍋爐氣體流量的設(shè)備(包括空氣供給、煙氣排除)誤動作,導(dǎo)致爐膛承受過大的引風(fēng)壓頭。
(2)因燃料輸入快速減少或MFT,爐內(nèi)氣體溫度和壓力急劇下降。
1.2.2爐膛內(nèi)爆起因分析
(1)人為過失是導(dǎo)致爐膛內(nèi)爆的重要原因之一,一般表現(xiàn)在以下幾個方面:
①對正確的運行程序缺乏認識,對安全裝置及設(shè)備使用方法錯誤。
?、谠O(shè)備或其控制特性不便于操作。
?、坼仩t燃燒系統(tǒng)的各種元件及其控制缺乏協(xié)調(diào)一致。
(2)控制功能設(shè)計不良。
1.3防止鍋爐爆炸的措施
1.3.1設(shè)計安裝滅火保護裝置
現(xiàn)代大型火電廠鍋爐均應(yīng)設(shè)滅火裝置(FSSS)。如:爐膛壓力過低或角火焰失去(3臺及以上給煤機運行時,爐膛的任一角的所有燃燒器監(jiān)測不到火焰)或臨界火焰失去(在15s內(nèi),所有投運的燃燒器中有50%監(jiān)測不到火焰),或全爐膛火焰失去時,鍋爐MFT動作。MFT動作后,必須滿足如燃油泄漏試驗完成、磨煤機出口擋板關(guān)閉、磨煤機熱風(fēng)隔離門關(guān)閉、25%~30%額定空氣流量等防止?fàn)t內(nèi)積聚可燃混合物的吹掃條件,爐膛才開始連續(xù)吹掃5min之后,MFT繼電器才能復(fù)位,鍋爐才允許點火。
1.3.2改善控制功能設(shè)計
爐膛壓力控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、以及整個系統(tǒng)元件的功能目標(biāo)及其控制應(yīng)一體化。其基本操作目標(biāo)是:
(1)應(yīng)設(shè)立手動操作最少的運行程序。
(2)所有運行程序應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化。采用聯(lián)鎖方式,把不適當(dāng)?shù)倪\行程序減至最少。當(dāng)狀況持續(xù)不正確時,應(yīng)中斷運行程序。設(shè)立嚴格執(zhí)行的、必要聯(lián)鎖的吹掃和啟動程序是特別重要的。
(3)對采用開啟通風(fēng)點火程序的鍋爐,在所有運行期間應(yīng)維持爐膛通風(fēng)量等于或大于爐膛吹掃的空氣容積流量。
2爐膛防爆的保護、聯(lián)鎖及信號
2.1爐膛高正壓保護回路
點爐時爆炸比運行中爆炸,對爐膛損壞更加嚴重,這可以通過下面的熱力學(xué)定律加以說明。設(shè)進入爐膛的燃料為B(kg),其發(fā)熱量為Q(kj/kg),爐膛容積為V(m3),爐膛內(nèi)的定容比熱為CV(kj/m3·℃),溫升為△T(℃),則可得出下列方程式:
BQ=CVV△T
在爆炸的瞬間,假設(shè)爐膛的傳熱過程為定容絕熱過程,根據(jù)熱力學(xué)定律得:
P1/P2=T1/T2=T1/(T1+△T)
式中P1、P2——爆炸前、后爐膛壓力
T1、T2——爆炸前、后爐膛溫度
由上述2式可得:
P2=P1[1+BQ/CVVT1]
由此可見,爆炸前溫度T1越低,則爆燃后產(chǎn)生的P2越大。在剛開始點爐時,爐膛溫度低,用的燃油發(fā)熱量大,而正常運行時T1較高,燃料發(fā)熱量低,故點火時爆炸所造成的破壞性較大,有時甚至造成整個鍋爐的損壞。點火時的爆炸俗稱冷態(tài)放炮,運行時的爆炸俗稱熱態(tài)放炮。冷態(tài)放炮大多損壞下部爐膛,熱態(tài)放炮一般損壞爐頂和水平煙道。為了防止?fàn)t膛發(fā)生爆炸事故,爐膛壓力控制系統(tǒng)設(shè)計有爐膛壓力高的控制、聯(lián)鎖和保護功能。
爐膛壓力出現(xiàn)高正壓,往往是調(diào)節(jié)系統(tǒng)、執(zhí)行器或引風(fēng)機故障等原因造成的。因此,當(dāng)爐膛壓力過高時,引風(fēng)機動葉控制自動切至手動,并限制關(guān)小引風(fēng)機動葉和禁止開大送風(fēng)機動葉。當(dāng)爐膛壓力>要求值,同時引風(fēng)機動葉開度最大時,機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將以10MW/min的速率減負荷至爐膛壓力正常為止。當(dāng)爐膛壓力>>要求值或引風(fēng)機動葉在最大開度時,協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)將限制機組增加負荷。
2.2爐膛高負壓保護回路
當(dāng)爐膛負壓過低時,應(yīng)采取措施,自動防止故障進一步擴大,一般采取以下幾種方案:
(1)當(dāng)爐膛壓力<-500Pa時,引風(fēng)機控制自動切至手動,并禁止開大引風(fēng)機入口動葉和禁止關(guān)小送風(fēng)機入口動葉。
(2)當(dāng)爐膛壓力<-150Pa時,爐膛壓力測量信號與給定值(-150Pa)之差經(jīng)負偏差比例控制器后直接去關(guān)小引風(fēng)機入口動葉。
(3)爐膛壓力<要求值(-200Pa)或引風(fēng)機入口動葉開度在最小時,限制減負荷。爐膛壓力過低,常常是調(diào)節(jié)系統(tǒng)或執(zhí)行器等故障,導(dǎo)致引風(fēng)機出力過大,所以條件允許的情況下應(yīng)適當(dāng)增加一些負荷或開大送風(fēng)機入口動葉。