爐水循環泵熱工保護誤動作分析與改進

吳廣偉

(遼寧東科電力有限公司，沈陽 110006)

0 引 言

某電廠670 MW機組鍋爐系超臨界參數直流爐，單爐膛、四角切圓燃燒、一次中間再熱、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構、Π型布置。鍋爐啟動系統采用帶有爐水循環泵的強制循環方式[1]。

該機組在調試期間多次因爐水循環泵的控制邏輯設置不合理引發設備跳閘，進而導致機組總給水流量低低觸發鍋爐總燃料跳閘。因此，對爐水循環泵的跳閘過程及原因進行詳細分析，并針對存在的問題提出改進措施[2]。

1 啟動系統及設備

1.1 啟動系統

啟動系統主要由汽水分離器及進出口連接管、儲水箱、爐水循環泵及相關管路、疏水擴容器以及設計容量為60%BMCR主蒸汽流量的高、低壓二級串聯旁路系統組成[3]。4臺汽水分離器布置在鍋爐上方，經汽水分離器分離出來的蒸汽進入頂棚包墻系統，然后依次流經一級過熱器、二級分隔屏過熱器和末級過熱器，最后由主汽管道引出通過汽輪機高、低壓旁路系統排入凝汽器；汽水分離器分離出的水從分離器底部排入儲水箱，再經儲水箱下部的爐水循環泵升壓后與來自高壓加熱器出口的給水混合，一起輸送至省煤器入口集箱和省煤器內重新參與工質循環[4]。

1.2 爐水循環泵控制邏輯

該機組采用LUVAK250-300/1型爐水循環泵。在機組啟動及低負荷運行階段，爐水循環泵可在啟動系統和省煤器及爐膛水冷壁之間建立有效的循環，減少了能量損失和工質損失[5]。

爐水循環泵最初設計的主要控制邏輯如下。

保護跳閘條件(任何一個條件滿足)：

1)儲水箱液位低低，延時5 s；

2)負荷大于35%BMCR，延時3 s；

3)電機溫度高高，延時3 s；

4)爐水循環泵出口流量低且最小流量閥未開，延時60 s；

5)爐水循環泵運行60 s后，最小流量閥和泵出口閥均未開。 聯鎖啟動條件：任意燃燒器投運時，負荷小于30%BMCR，延時3 s。

2 爐水循環泵跳閘過程分析

事件1：用主蒸汽流量定義鍋爐負荷，構成爐水循環泵控制邏輯組態，引發設備跳閘。主蒸汽流量是通過流經汽輪機的蒸汽流量與流經高壓旁路的蒸汽流量之和計算得到，其中高壓旁路蒸汽流量是通過高壓旁路閥門的開度和蒸汽壓力等參數換算得來。

如圖1所示，在汽輪機沖轉過程中，高壓旁路處于自動狀態，通過自動調節高壓旁路閥門開度來維持沖轉壓力恒定，當汽輪機轉速升至2 416 r/min時，因主蒸汽壓力波動增大，高壓旁路閥門開度隨之增大至54.31%位置，此時流經高壓旁路閥門的折算蒸汽流量剛好達到35%BMCR，引發爐水循環泵突然跳閘，進而導致省煤器入口給水流量大幅度降低，觸發鍋爐MFT(main fuec trip)動作。

圖1 主蒸汽流量定義鍋爐負荷方式下機組運行曲線Fig.1 Unit operation curve under the main steam flow defines boiler load mode

事件2：用總燃料量定義鍋爐負荷，構成爐水循環泵控制邏輯組態，引發設備跳閘。如圖2所示，在機組升負荷階段，為防止鍋爐在干態與濕態之間頻繁切換，需及時增加制粉系統的燃料量，當燃料量增加過快且達到鍋爐最大連續蒸發量對應的總燃料量的35%程度時，引發爐水循環泵聯鎖保護動作，設備跳閘。但由于燃料在爐膛中還未充分燃燒，鍋爐短時吸收不到足夠的熱量，鍋爐尚未完成狀態轉換，此時爐水循環泵突然跳閘，進而導致省煤器入口給水流量大幅度降低，觸發鍋爐MFT動作。

圖2 總燃料量定義鍋爐負荷方式下機組運行曲線Fig.2 Unit operation curve under total fuel defines boiler load mode

3 控制邏輯改進

針對爐水循環泵試運過程中出現的問題，現場調試人員對爐水循環泵的控制邏輯進行了分析，改進建議如下。

1)用機組的電負荷代替鍋爐負荷完成爐水循環泵控制邏輯組態。當機組具有一定電負荷時可代表鍋爐具備了相應的熱量，已進入干態運行模式，用此參數來聯鎖保護停止爐水循環泵具有可行性；但當發電機突然解列或汽輪機突然跳閘情況下，機組電負荷瞬間消失，此時聯鎖啟動爐水循環泵是不合理的，鍋爐可能仍處于干態下運行或正轉態中，將引起儲水箱水位的快速下降后又快速上升的劇烈變化，威脅到機組或設備的運行安全。

2)將原邏輯中負荷因素對爐水循環泵狀態變化的聯鎖控制邏輯刪除，避免特殊工況下設備的錯誤啟動或停止，其他保護項目足以保證設備本體的運行安全。在進行鍋爐濕態與干態間相互轉換時，運行人員根據機組實際情況適時手動啟動或停止爐水循環泵。

3)考慮到目前大多數電廠對熱工自動化控制程度要求較高，特別是具有機組一鍵啟停功能的電廠，就需要設置合理的控制邏輯來實現設備的自動控制。結合機組運行歷史數據，提出使用儲水箱水位與過熱度的參數組合來定義鍋爐狀態轉換的臨界點，相應增加“儲水箱水位大于某定值且過熱度小于0 ℃，延時3 s” 聯鎖啟動爐水循環泵以及“儲水箱水位小于某定值且過熱度大于5 ℃，延時3 s” 聯鎖停止爐水循環泵的控制邏輯，實現設備的自動控制，并在后期的試運過程中驗證了控制邏輯是正確且合理的。

4 結 語

爐水循環泵作為強制循環鍋爐的關鍵設備，在鍋爐進行濕態與干態間的轉換時具有重要作用。通過分析提出：

1)采用鍋爐負荷參數或機組電負荷參數來聯鎖啟動或停止爐水循環泵，存在邏輯設置不合理的情況，特殊工況下會威脅機組的運行安全；

2)采用儲水箱水位與過熱度的參數組合來聯鎖啟動或停止爐水循環泵的邏輯優化策略。