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鍋爐全爐膛滅火保護的探討

文檔作者：朱瑋明文檔來源：嘉興發電廠		點擊數：	更新時間： 2024年06月12日
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√鉍 · ／
1996年第6期 浙江電力
滅
， ，
2嘉興電廠專欄2
1_ I p P 、礦 、 礦
鍋爐全爐膛滅火保護的探討
嘉興發電廠朱瑋明(314201)
防止鍋爐爐膛爆燃是鍋爐安全保護的核心
問題之一，而鍋爐滅火保護又是爐膛防爆的重
點內容，保護配置涉及燃燒方式、燃料特性、燃
燒器布置特點．裝置性能等～系列的因素。本
文就嘉興發電廠鍋爐全爐膛滅火保護的特點及
現場調試和運行中所存在的一些問題做一些探
討。
1 系統簡介
嘉興發電廠300MW機組鍋爐為上海鍋爐
廠制造的改進型CE四角噴燃強迫循環鍋爐．
采用直吹式制粉系統，配備5臺中速磨．每臺磨
對應1層4角煤粉噴嘴，所用煤種為煙煤．點火
及助燃油為0號柴油。燃燒器采用4角布置，
每只角燃燒器布置如圖1所示，A?B C D、E層
為煤粉噴嘴，AA、AB、BC、CD、DE、EF層為輔助
風噴嘴，其中AB、Bc、DE各層均配置油槍及鑒
別性火檢．可檢測油及煤火焰．CD層為燥火
檢，燃油系統配置如圖2所示。
FF層
EF屢
E層
DE層
D層
CD屢
c層
gC 層
B層
AB屢
A 層
AA層
頂部赫遐風室
上囂輔助風室
堞糟噴嘴
軸肋風宣抽槍
堞糟噴嘴
輔助風室
煤糟噴嘴
輔助風室油穡
煤粉噴嘴
輔助風室抽棺
煤粉噴嘴
下部輔助風室
(包括油槍、高毖點
蟲器、鑒嗣強火檢)
(煤火檢)
(包括抽槍、高能點
火器、鑒別疆火檢)
(包括油槍、商能點
蟲器、鑒別塑火檢)
圉1 單角雉}燒器布置
電廠鍋爐安全保護是在某些特定條件下
了 吩
通過手動或保護系統自動切斷主燃料MFT
(MAIN FUEL TRIP)．以及停爐后及點火前
5min吹掃等一系列功能得以實現的。保護邏
輯是以美國NFPA 85E(采用多級煤粉燃燒器
的爐膛防爆標準>(文中簡稱為85E標準)以及
85D(采用多級燃油燃燒器的爐膛防爆標準>為
設計標準(文中簡稱為85D標準)，通過德國西
門子公司TELEPERME Dcs系統中按照三選
二原則設計。高安全性特點的BHF系統功能
得以實現。MFT動作后．系統將自動停止全部
給煤機、磨煤機、一次風機，并聯跳汽機，關閉全
部油槍油角閥、燃油快關闐、磨煤機出口閥及
冷、熱風門。動作結果將切斷全部燃料．并維持
一定風量進行爐膛吹掃。此外，El-IF系統還承
擔燃油系統的全部操作和保護。
2 燃燒方式
本系統采用的燃燒方式為同心反切圓燃
燒．爐內空氣動力工況是通過4角射流形成的，
二次風射流沿一次風射流相反的旋轉方向射入
爐膛，一次風煤粉流沿其軸線進入爐膛后．在動
量較大的二次風射流的引射和沖擊下，被帶入
沿二次風射流方向旋轉的火球中，因而煤粉燃
燒不再局限于相應的燃燒器噴口區域，而是在
一個旋轉面上擴展，體現為整體工況；同時由于
爐內旋轉火焰工況，上角煤粉火炬橫向沖刷下
角煤粉射流的根部．對下角煤粉射流起到引燃
的作用；此外各角負荷的分配通過煤粉的旋轉
燃燒工況得以平衡。而對于整個爐膛區域而
言．火焰相對集中于燃燒器區域．上、下層火焰
間也體現出互補特性：下層火焰對上層煤粉燃
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浙江皂力 1996年第6期
燒起到助燃作用，下層煤粉的燃燒通過上層火
焰得以充分發展，上、下層煤粉燃燒成為一個整
體。因此，為保證切
況下，至少兩層相鄰
回進
油油
田2 鏟前燃油系統
l一油格油角閽；2一燃油快關辮；3一燃油謂節閥；4-燃油回油閥；5一油流量開關
由上述分析可知煤粉切圓燃燒體現為一個 煤粉。在燃用設計煤種，4臺磨運行，鍋爐為最
整體，而油槍投入的工況則有所不同。由于0 大出力(MCR)時，單只煤粉噴嘴熱功率為由
號柴油的著火點低，火炬短，其燃燒局限于相對 177000000kJ／6；當采用出力為lt／h的油槍時，
應的油槍燃燒器噴121附近，單角可通過自身火 單只油槍出力為41870000kJ／h，為前者的23．
炬提供持續著火能量，鄰角之間幾乎不存在相 6％(注：本系統可采用lt／h，1．6t／h，2 1Jh三種容量
互支持。從投油工況看，油槍的投八對煤粉旋 規格的油槍)；若考慮到一層油槍兼顧上下兩層
轉火球結構不會造成直接的影響，其作用在于 煤粉噴嘴，則單只油槍出力為兩只煤粉噴嘴熱
提高相應燃燒器區域的爐瞠溫度，使得煤粉射 功率的1l·8％。
流在離開燃燒器的一個較短的距離內著火，當 根據85E標準的規定，按照點火器容量，
煤粉射流離開這一區域后，其燃燒則是在旋轉
火球區內進行。
3 點火及助燃
本系統采用的點火方式為高能點火器點燃
可分為三級：
I級為連續型點火器——c(mt；nous -
niter，其出力超過所支持的燃燒器的全負荷量
的10％，可支持燃燒器一切點火工況及運行工
況，所提供的點火能量足以保證相關區域煤粉
混合物達到所要求的最低著火點溫度。
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1996年第6覯 浙江電力
Ⅱ級為間歇型點火器—— Intermment Ig—
niter，其出力介于所支持的燃燒器的全負荷的
4％～10％之問，可用于點火及在低負荷或燃燒
不穩定的工況下用于助燃。該型點火器不得用
于失控狀態以避免產生可能的異常危險工況。
Ⅲ級點火器容量通常不超過相應燃燒器全
負荷的4％，僅適用于油燃燒器及燃氣燃燒器，
且不用于助燃。通常用于高能點火器，標準中
定義為特Ⅲ 級(直接電點火器-Direct Electric
Igniter)．并規定在使用該類型點火器時，系統
必須對相應的主燃燒器的火焰具備監視手段，
否則不得使用。
按照上述定義，本系統所采用的油槍容量
能滿足85E標準所定義的I級點火器的出力
要求。此外，系統按照85E標準規定(85E4—
1．2 2(f)3)從兩個方面對油槍工況進行監視：
(1)油槍所對應的油火焰監視；(2)油槍出力監
視，該監視是由系統通過油槍進油管道上的油
流量開關是否動作來判斷的，當油槍所對應的
油火檢消失時．系統啟動其保護聯鎖回路：關閉
相應油槍的油角閥、斷開點火器電諑；將油槍滅
火信號發至主火焰保護系統．表明煤粉外部點
火能量失去(參見標準6—3．1．1(a))。
4 爐膛滅火保護
系統所配置的爐膛滅火保護是根據上述燃
燒系統的特點，按照NFPA 85E及NFPA 85D
的要求進行設計的．即在煤耪燃燒的工況下，全
爐膛滅火(UNIT FLAME FAILUR簡稱UFF)
保護投入：在單獨燃油的工況下，uFF保護退
出，此時爐膛滅火保護是通過燃油跳閘(FUEL
OIL TRIP)保護實現的。當發生爐膛滅火工況
時，燃油跳閘保護動作．關fjj全部油槍油角閥及
燃油快關閥 當最后一只油角閥或燃油快關閥
關閉時，MFT保護中“燃料失去”(LOSE OF
FUEL簡稱LoF)信號動作．從而啟動MFT保
護。
“LOFtt保護在任一油搶油角閥開啟后自動
投入，動作條件為給煤機全停或磨煤機全停以
及全部油角閥關閉或燃油快關閥關閉。這兩個
條件同時滿足時，保護動作。在LOF保護邏輯
中，油角閥關閉信號作為斷油信號的判據之一，
而現場所用的油角閥為三位制閥門一開啟位
置、吹掃位置、關閉位置，事實上油角閥在吹掃
位置時，燃油已被切斷，故建議把油角閥的歐掃
位置也作為油槍斷油信號來處理。
圖3為全爐膛滅火保護邏輯，該保護在給
煤機全停信號消失(即第一臺給煤機投運)52s
后自動投入，給煤機全停后自動撤出。保護成
立條件為AB、BC、CD、BE四層須同時發出滅
火信號。由于投煤前廂爐內燃燒方式不同，而
該保護是針對煤粉投入時的切圓燃燒工況設計
的，故邏輯回路把是否有給煤機運行作為保護
投入的條件，對保護的范圍進行限定。
該邏輯是按照煤粉射流切圓燃燒的整體火
球工況特點，根據85E標準中的“Furnase Trip”
保護原則加以設計(參見85E標準4—3．2．5)，
爐膛配置(Furnace Configuration)為{針對在爐
膛的特定火焰區域．安裝火檢裝置對火焰進行
監視；在正常工況下，即使局部區域內的煤粉著
火無法通過自我火炬進行維持．仍可以依靠各
區域間火炬之間的相互支持，使得煤粉燃燒得
以維持；當各煤粉燃燒區相互問無法提供足夠
著火能量以維持持續燃燒時，應采取相應的助
燃措施維持燃燒，否則在發生局部滅火或者全
爐膛滅火時．保護系統應發出主燃料跳閘MFT
指令。
由于邏輯采用層火焰監視，各層滅火判斷
邏輯基本相同，故以AB層為例對單層滅火信
號加以說明。在圖3(a)，AB層滅火信號包括：
A、B給煤機全停信號；AB層煤滅火信號；AB
層油滅火信號。三個滅火信號任一動作．AB
層滅火信號就發信。
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浙江電力 1996年第6期
(a) A8甚滅火判岢f邏輯
【b)
豳3 壘爐膛滅火保護邏輯
4．1 煤層滅火信號邏輯
該信號邏輯以3／4煤火檢是否成立作為滅
火判據，同時把AB層油槍是否有3只及以上
處于動力運行狀態(Power Operantion)作為判
據的限制條件(所謂動力運行狀態郎油槍投入，
相應油火檢正常，油流量開關動作)。這一限制
條件的依據在于所采用的煤粉點火器(即油槍)
為I級點火器，因而當油槍處于動力運行狀態。
達到I級點火器出力要求時(流量開關動作)，
相應的煤粉燃燒器的煤粉著火就具備了足夠的
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1996年第6期 浙江電力
外部點火能量(見I級點火器的定義)。此時的
煤粉燃燒所需的著火能量可完全由油槍提供，
而無需通過自身或鄰角火炬支持．因此相應的
煤火檢可不再作為滅火信號的依據(見85E標
準4—3．2．2)。當AB層油槍出力不足．油流量
開關未動作．或者油火焰消失．而未處于動力運
行狀態時，則AB層煤粉失去了外部點火能量。
此時，根據切圓燃燒的特點，煤粉的點火能量主
要來源于自身及鄰角煤粉火炬的支持，因而一
旦發生兩個角及以上熄火時，煤粉切圓燃燒的
動力結構被破壞，所以必須發出滅火信號(見
85FA 一3．2．5)。
4．2 油滅火信號邏輯
油滅火信號邏輯中把AB層任一油角閥開
啟作為油滅火判據的限制條件．當AB層任一
油角閥開啟時，在下列兩種情況下油滅火信號
發信：兩個角及以上油火檢信號消失；兩個角及
以上油槍束處于運行狀態(運行工況為：油槍投
人，相應油火檢正常)。
在壘爐膛滅火保護中考慮油層滅火信號，
從設計思路上看存在一定的矛盾，見圖3(a)。
當系統運行工況為：A、B兩臺磨煤機運行(e=
0)，C、D、E磨停運，AB層煤火檢正常(a=O)。
此時投用1只AB層油槍，則AB層將發出滅火
信號，直至AB層所投用的油槍達到3只時，AB
層滅火信號才會消失；由于油槍投用后(h=1)
AB層油火檢<3／4(i=i)，造成AB層油滅火
信號動作( 一i)，此時若改投BC層油槍，同理
BC層亦出現滅火信號；由于C、D、E磨未投．則
CD、DE層滅火信號也成立，從而導致全爐膛滅
火保護動作。這種工況的存在，體現了油層滅
火邏輯內在的矛盾性：一方面油槍的投人起到
助燃作用，為煤粉著火提供外部點火能量，有利
于煤粉燃燒；另一方面由于油槍投人又造成滅
火信號的成立。
造成上述矛盾的實質在于煤粉燃燒器與油
槍燃燒器在爐膛燃燒中的作用以及燃燒方式完
全不同，如以上所分析的那樣，前者體現為整體
火球工況，而后者則為局部燃燒的特點。兩者
投用方式也不相同：每層4角煤粉噴嘴由一臺
磨煤機提供煤粉，并且隨著相應磨煤機的啟停，
同時投人及撤出，與煤粉的燃燒方式一樣體現
了整體的特點；而各角油槍采用逐只投人，且每
一層可有不同的投用組合．其燃燒方式如上所
述，為局部的特點。滅火保護的實質，是為了防
止進人爐膛的燃料束能及時著火燃燒．造成爐
膛內可燃物富積，從而導致爐膛爆燃。因此針
對煤粉切圓燃燒的整體特點，采用全爐膛滅火
保護的形式是可行的，但對于油燃燒器而言，由
于其著火燃燒的局部性．采用全爐膛滅火保護
的形式是不可行的．當任一油槍熄火后，應立刻
將其退出運行。把油層滅火信號作為爐膛層滅
火信號的判據，從形式看顧及了油和煤．體現了
保護的整體概念，但是滅火保護的實質并沒有
體現出來．即對于束投入給煤機的燃燒器層而
言，該層滅火信號始終處于發信狀態．與是否投
人油槍無關，因此油層滅火信號僅對于已投入
給煤機的燃燒器層而言才可能體現一定的保護
意義。油層滅火信號成立的情況可分為：一層
投人的油槍少于3只，但投人的油槍均處于正
常投人，此時若該層煤粉燃燒處于正常狀態，但
UFF保護中該燃燒器層滅火判據成立，這種情
況屬于誤發信；一層油槍投人后，發生油槍熄火
工況．使正常投入的油槍少于3只。第二種工
況發生時，系統將啟動相應的油槍滅火保護聯
鎖．自動將熄火油槍退出，從而轉變為第一種工
況；當保護聯鎖失靈時，由于熄火油槍未能退
出．使得未著火的燃油噴人爐膛，此時如其他燃
燒器層未全部發出滅火信號，則全爐膛保護不
會啟動．熄火油槍的燃油無法切斷．因此即使
UFF保護發出該層層滅火信號，也起不到保護
的作用，阻止未點燃的燃油噴人爐膛。
從上述分析可以看出，把油層滅火信號作
為UFF保護的層滅火判據．無法起到實質的效
果．反而會導致誤發信．造成保護誤動的可能。
因此如果在邏輯中不考慮油層滅火信號的話．
壘爐膛滅火保護的配置是否可以滿足標準所規
(下轉第54頁)
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浙江電力 1996年第6期
0．8MPa，當汽包壓力達2．1MPa(至少達
1．5MPa)時，方可停止注水。
(3)電機腔注水水質可為除鹽水或冷凝水，
經5O m過濾，PH值通常為9～l0．水溫不大
于45℃ 。
(4)爐水循環泵在酸洗時，可用來使爐內酸
洗液打循環，以提高酸洗的效果，但為了保護電
機．此時應對電機腔連續注水，注水的壓力大致
比泵出口壓力高0．17MPa，這樣可使注水稍有
一些泄褥到泵殼中去，以防止污染的爐水滲入
電機腔內。此外用爐水循環泵酸洗水冷壁系統
時．要適當控制水冷壁中流速，流速過大反會破
壞管壁上保護膜，一般流速以0．8～1．1m／s為
宜，故起動一臺爐水循環泵即可滿足要求。
(上接第37荑)
定的全爐膛滅火保護的功能呢?現參照圖3
(b)進行分析。根據爐內燃燒的特點，我們把燃
燒工況分為單純煤粉燃燒及油煤混燒兩種工
況。
在單純煤粉燃燒的工況下，由于沒有外部
點火能量的支持．煤粉的著火能量來源于自身
及相鄰火炬的支持，此時一層中若發生兩個角
及以上煤火焰消失，邏輯判斷為煤粉在這一層
中失去了點火能量，發出該層滅火信號；而4層
均發生滅火信號時，爐膛火球無法維持其燃燒
結構，全爐膛滅火保護動作，與原有邏輯同。
在油煤混燒的工況下，分以下幾種情況分
析。 ．
(1)層滅火信號發生對，油槍火檢消失，油
槍<3／4動力運行狀態(b=1)，此時在外部點
火能量消失(b=1)的情況下，在角煤火檢信號
消失，從而煤滅火信號成立，導致層滅火信號發
信；當四層滅火信號均發信時，邏輯啟動全爐膛
滅火保護。
(2)如果各角油槍出力不足導致油流量開
關不動作．邏輯判斷為油槍<3／4動力運行(b
=1)，煤粉失去外部點火能量，此時若層煤粉火
焰發生熄火工況(a=1)，情況同l所述。
(5)爐水循環泵的前后壓差或者爐水循環
泵進口聯箱和下承包之間的壓差，在一定程度
上體現了循環回路的流通阻力。流通阻力與鍋
爐負荷及流通阻力系數有關，在相同的锝爐負
荷下，也說明了水冷壁管內壁的清潔度。因此
從投運開始，應經常觀察記錄這一壓差，可成為
檢測回路內部是否結垢，是否存在異物的一種
簡便措施
(6)爐水循環泵除擗體檢修外，其電機腔在
任何時候都應保持充水，即使在鍋爐停運、放爐
水進行受熱面檢修時。如特殊情況，電機腔內
的水放空后．一般應在24小時內注滿水。電機
腔需授泡，主要是為了防止電機腔內進空氣生
銹，產生微顆粒，影響電機運轉。
(收稿日期：1996—7—12)
(3)當油槍出力達到要求時(b=0)，此時如
發生煤火焰不穩定工況(2／4及以上火焰消失)
(a=1)，邏輯判斷外部點火能量具備，則將煤層
火檢信號封存．層滅火信號不動作。
(4)如不再單獨考慮油層滅火信號，則油槍
的投擻不舍再對各層滅火信號造成邏輯上的影
響。
(5)當煤火焰正常，單只油火檢消失時，如
前所述，與之相對應的單只油槍滅火保護聯鎖
動作，失去火檢的油槍自動退出。如要考慮前
面所提到的單只油槍滅火保護聯鎖失靈的情
況，建議在燃油跳閘(FUEL OIL TRIP)保護中
設計一保護信號：當運行的油槍火檢失去，而油
槍保護聯鎖失靈，油槍油角閥無法關閉的情況
下，啟動燃油跳閘保護，關閉燃油快關閥，切斷
燃油系統的供油，以保證爐膛的安全。
由上面分析可以看出，不考慮油層滅火信
號，原有保護邏輯中的功能依然可以全部實現，
而原有邏輯回路中的矛盾卻不存在了，從而避
免了由于邏輯結構的缺陷而造成的保護誤動或
拒動。
由于知識的缺乏和經驗的不足，分析錯誤
之處，請批評指正。
c收j膏B期i1996一lO一18)

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