600_MW超临界机组火检...却风系统改造及控制逻辑优化_张伟伟.pdf

52东北电力技术NOTHEAST ELECTIC POWE TECHNOLOGY2023 年第 44 卷第 2 期600 MW 超临界机组火检冷却风系统改造及控制逻辑优化张伟伟，白光远，吴斌(内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司，内蒙古呼伦贝尔021000)摘要:针对火检冷却风机运行中存在入口滤网频繁堵塞、风机频繁切换、耗能多以及噪声大问题，提出采用部分冷一次风替代火检冷却风机达到对火检探头冷却和吹扫作用，实现运维人员工作减负和节能降耗的目的。通过现场实际应用验证了所提出火检冷却风系统的改造能够提高设备的使用寿命，并提升了火检冷却风系统运行的可靠性，为同类型机组在火检冷却风系统上的改造提供参考。关键词:燃煤电厂;火检冷却风机;火检探头;节能降耗 中图分类号 TM621 文献标志码 A 文章编号 10047913(2023)02005205Transformation and Control Logic Optimization of Fire CheckingCooling Air System of 600 MW Supercritical UnitZHANG Weiwei，BAI Guangyuan，WU Bin(Inner Mongolia Guohua Hulunbuir Power Generation Co，Ltd，Hulunbuir，Inner Mongolia 021000，China)Abstract:According to the problems of frequent clogging of inlet filter screen，frequent switching of fan，high energy consumption andhigh noise in the operation of fire checking cooling fan，it is proposed to replace the fire checking cooling fan with part of cold primaryair to achieve the cooling and purging functions of fire checking probe，so as to realize the purpose of reducing the load of operation andmaintenance personnel，saving energy and reducing consumption The field application verifies that the proposed modification of firechecking cooling air system can improve the service life of equipment and the operation reliability of fire checking cooling air system Itprovides a reference for the modification of fire checking cooling air system of the same type unitsKey words:coal-fired power plant;fire checking cooling fan;fire checking probe;saving energy and reducing consumption火焰检测系统是火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统(furnace safety supervision system，FSSS)中的核心设备1，从锅炉点火到发电机并网带负荷的整个过程，随时监测锅炉内部煤粉燃烧产生火焰的稳定性情况2。当内部煤粉燃烧不充分导致锅炉熄火时，应立即切断煤粉气流入炉，停止相应给粉机、磨煤机与一次风机等设备的运行，防止发生爆燃。另外，即使是在点火不成功时也能及时切断油流，即停止燃油总阀的运行，防止因炉内储积燃料而引起爆燃，确保点火的安全。因此火焰检测系统运行的可靠性与检测的准确性直接关系到机组的运行安全与稳定性。1火焰检测系统火焰检测系统主要由火检冷却风机(1 运 1备)和火检探头(煤火检探头和油火检探头)两部分组成。火焰检测系统管道如图 1 所示。图 1 由 2 台火检冷却风机、40 个火检探头与用于监测和控制火检冷却风系统正常运行的热工测图 1火焰检测系统管道2023 年第 44 卷第 2 期张伟伟，等:600 MW 超临界机组火检冷却风系统改造及控制逻辑优化53点组成。在锅炉点火之后，当煤粉或者油在炉膛内部燃烧时，必然会产生很高的温度，这就会给火检探头的正常工作带来影响，如果火检探头得不到及时冷却和吹扫，将会检测出不正常数据，严重情况会触发锅炉 MFT 保护，导致锅炉停机灭火。提供火检探头冷却降温和吹扫的设备就是火检冷却风机。火检冷却风机产生的冷却风通过火焰检测系统风管路送至各火检探头处，用以保证火焰探测器能长期稳定工作的正常工作温度。一方面，火检冷却风系统应能提供锅炉在不同负荷下所有火焰探测器所需的冷却风的风量和风压，并且应使火焰探测器的入口风压比锅炉炉膛的压力高出一定的整定值，以防当锅炉燃烧产生正压时而损坏火焰探测器3。另一方面，要求每个火焰探测器所需的冷却风量不能少于 1 m3/min，避免因温度过高影响火焰探测器的正常工作。在锅炉正常运行期间，不允许冷却风机 同 时 停 运，否 则 将 有 可 能 烧 毁 火 焰 探 测器45;火检探头的主要作用是通过检测锅炉燃烧过程中形成火焰的光谱，从而实现锅炉内燃烧的情况及锅炉有火与无火的判断。2设备概况及存在问题内蒙古国华呼伦贝尔发电有限公司一期 2600MW 超临界机组锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司自主开发研制的 600 MW 褐煤超临界参数锅炉，锅炉型号 HG1913/25.4HM15，为单炉膛，一次中间再热、墙式切圆燃烧、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊 结 构 型 燃 煤 锅炉68。汽轮机为上海汽轮机厂生产的超临界蒸汽参数、一次中间再热、单轴两缸两排汽、单背压、直接空冷式汽轮机，额定功率 600 MW。机组能够以定滑定和定压运行方式中的任何一种方式运行，同步配套火焰检测系统。电厂火焰检测系统包括火检冷却风机系统、火检探头(煤火检与油火检)系统、电气系统和自动控制系统。每台锅炉设置一套火焰检测系统，主要由 2 台火检冷却风机(1 运 1 备)、12 个油火检检测探头和 28 个煤火检检测探头组成。当机组正常工况运行时，火检冷却风系统主要存在 3 方面问题。首先，由于锅炉内部粉尘的存在，会使火检冷却风机入口滤网经常堵塞，所以要求检修维护人员要定期进行风机滤网清理工作，如果清理不及时，有可能导致风机运行故障，从而威胁机组运行安全。其次，在机组运行的过程中，为保证火焰检测系统的正常运行，需要火检冷却风机长时间一直运行，这就给设备的安全性和稳定性埋下隐患。最后，从节能降耗的角度讲，如果能够从其他系统抽取部分风作为火检冷却风，从而停止运行火检冷却风机，则可以在一定程度上节约电能，为企业发电降低成本。3火检冷却风系统改造前工艺及控制逻辑3.1火检冷却风系统改造前工艺本厂每台机组配备 2 台火检冷却风机，2 台火检风机出口共用 1 个出口电动门，正常工况下 1 运1 备，互为联锁，当运行中的 1 台稀释风机出现故障跳闸时，另 1 台连锁启动。火检冷却风系统改造前工艺图和原理图分别如图 2、图 3 所示。图 2火检冷却风系统改造前工艺图图 3火检冷却风系统改造前画面组态图 2 为火检冷却风系统改造前工艺图，2 台火检冷却风机 A 与 B 通过与其配套的各自独立的进风过滤器、出口平衡阀和火检冷却风管道将产生的火检冷却风送入火检探头中。一方面起到改善火检探头的工作环境，使火检探头得到适当的冷却降温，使其工作在合理的温度范围内。另一方面火检冷却风的吹扫对火检探头也起到了清洁的作用。本厂 2 台机组的 DCS 系统采用的是杭州和利时自动化有限公司自主研发的 MACS V6 控制系统，组态软件为 MACS V6.5.3 版本，硬件为 KM 系列，操作系统为 Win10 系统 910。图 3 为杭州和利时自动54东北电力技术2023 年第 44 卷第 2 期化有限公司火电厂 MACSV6.5.3 版本的画面组态，实现对 2 台火检冷却风机的启停及 2 台风机的联锁投入与切除工作，同时在画面上提供运行人员可监视的火检冷却风系统正常运行的各开关量点。3.2火检冷却风系统改造前控制逻辑火检冷却风系统改造前控制逻辑如图 4 和图 5所示。本控制逻辑以火检冷却风机 A 为例，图 4 为火检冷却风机 HSSCS6 手操器功能块，手操器功能块名为 SCS10FSS0901。HSSCS6 手操器功能块可以实现火检冷却风机的启动允许条件(L4)、停许可条件(L5)、风机的合闸状态显示(V1)、风机的跳闸状态显示(V2)、风机控制回路故障报警(L0)、风机连锁启动命令(L6)、联锁停止命令(L7)及远方就地状态显示(SD)等功能。其中“HSTON”为上升沿延时输出功能块;“HSTP”为输出定宽高电平脉冲的功能块;“AND”为逻辑与功能块;“LT”为小于功能块;“O”为逻辑或功能块。由图4 和图5 可见火检冷却风机 A 改造前停止允许条件和连锁启动条件控制逻辑。其停止允许条件(L5)为“空预器 A 与 B 入口烟温均60 或者火检冷却风机 B 在运行”。即当空预器 A 与 B 入口烟温均60 或者火检冷却风机 B 在运行时这 2 个条件有 1 个满足时，允许停止火检冷却风机 A。其连锁启动条件(L6)为“连锁备用投入时，火检冷却风机 B 跳闸或者连锁备用投入时，火检冷却风机 B 运行时，火检冷却风机压力5.6 kPa(开关量)，延时 2 s”。机组正常运行时，火检冷却风机是 1 运 1 备，当火检冷却风系统运行过程中，正常运行的火检冷却风机由于故障导致跳闸时，这时为保证火检冷却风系统的正常运行，应连锁另 1 台备用火检冷却风机启动，而且这个连锁启动应是无延时的，即当故障状态出现的时刻连锁启动就应立刻动作，从而保证火检冷却风系统的运行正常;当机组正常运行时，虽然正在运行的火检冷却风机无故障输出，但是此时 1 台火检冷却风机运行所提供的火检冷却风压力5.6 kPa 时，即这种压力值不能够满足火检探头正常冷却和吹扫的条件，同时也为了防止因火检冷却风压力低导致火检探头工作异常，从而引起锅炉 MFT 风险，此时需连锁启动另外 1 台备用的火检冷却风机，即 2 台风机同时运行保证火检冷却风压力在正常值范围内的要求。从上述控制逻辑可以看出，在机组运行时火检冷却风机一直有 1 台处于运行状态，当设备长时间运转必然会对其安全性和稳定性产生影响，这就需要运行人员定期进行火检冷却风机切换工作。同时由于锅炉内部粉尘的存在，导致火检冷却风机入口滤网频繁堵塞，需检修人员进行定期清理。图 4火检冷却风机改造前手操块控制逻辑图 5火检冷却风机改造前启动许可条件与连锁启动控制逻辑2023 年第 44 卷第 2 期张伟伟，等:600 MW 超临界机组火检冷却风系统改造及控制逻辑优化554火检冷却风系统改造后工艺及控制逻辑优化4.1火检冷却风系统改造后工艺方案基于上述问题，提出了借助冷一次风系统替代火检冷却风系统，使火检冷却风机转为备用状态的优化运行方案1116。通过增加火检冷却风系统备用风道，从冷一次风管道抽取部分风作为火检冷却风使用，当机组运行时使火检冷却风机处于备用状态，实现火检冷却风系统冗余配置，从而提升了火检冷却风系统运行的稳定性及可靠性，防止因火检冷却风机故障引发锅炉 MFT 动作发生。另外，由于 2 台火检冷却风机的备用状态，可以在一定程度上节约厂用电和增加设备的使用寿命，降低企业发电运行成本。其火检冷却风系统改造后工艺和画面组态如图 6 和图 7