CN103574578A

CN103574578A - 三合一引风机在1045mw火电机组中锅炉炉膛及烟气系统的防内爆控制方法

Info

Publication number: CN103574578A
Application number: CN201310511533.1A
Authority: CN
Inventors: 李德波
Original assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2014-02-12

Abstract

本发明公开了一种三合一引风机在1045MW火电机组中锅炉炉膛及烟气系统的防内爆控制方法，包括如下控制参数：（1）炉膛的正常压力范围为-2000～2000Pa；（2）当炉膛压力>2000Pa或<-2000Pa时，触发炉膛正负压高低超限报警；（3）最后一台风机停运后，该风机动叶调节要经过10-20s的延迟或受到控制再开启；（4）送风机或引风机跳闸，联锁相对应的引风机或送风机跳闸，该相对应的引风机或送风机设有超驰保护功能；（5）当炉膛压力>3000Pa或<-3000Pa时，触发炉膛正负压高高或低低保护动作，同时触发主燃料跳闸锅炉MFT。采用本发明的防内爆控制方法能够保证百万千瓦机组系统的安全运行。

Description

三合一引风机在1045MW火电机组中锅炉炉膛及烟气系统的防内爆控制方法

技术领域

本发明属于燃煤锅炉技术领域，特别是涉及一种三合一引风机在1045MW火电机组中锅炉炉膛及烟气系统的防内爆控制方法。

背景技术

随着国家对环境保护的重视和环保政策的日益严格，新建煤粉锅炉都设计安装脱硫装置并且要求脱硫系统随机组同步设计、同步施工、同步投用。另外，锅炉烟气系统加入脱硝装置也已提上议程。

引风机和增压风机合并运行是新建大型火电厂脱硫系统一种新的运行方式，该运行方式可有效降低厂用电率。

到目前为止，国内引风机与脱硫增压风机合并改造的成功案例相对较多，但尚未有联合风机随机组同步设计并成功应用的例子。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种三合一引风机在1045MW火电机组中锅炉炉膛及烟气系统的防内爆控制方法。

具体的技术方案如下：

一种三合一引风机在1045MW火电机组中锅炉炉膛及烟气系统的防内爆控制方法，包括如下控制参数：

（1）炉膛的正常压力范围为-2000～2000Pa；

（2）当炉膛压力>2000Pa或<-2000Pa时，触发炉膛正负压高低超限报警；

（3）最后一台风机停运后，该风机动叶调节要经过10-20s的延迟或受到控制再开启；

（4）送风机或引风机跳闸，联锁相对应的引风机或送风机跳闸，该相对应的引风机或送风机设有超驰保护功能；

（5）当炉膛压力>3000Pa或<-3000Pa时，触发炉膛正负压高高或低低保护动作，同时触发主燃料跳闸锅炉MFT。

在其中一个实施例中，（5）中锅炉MFT动作后，炉膛压力在高高保护动作下仍>3000Pa时，延时20s跳闸相应送风机；炉膛压力在低低保护动作下仍<-3000Pa时，延时20s跳闸相应引风机。

在其中一个实施例中，（5）中锅炉MFT动作后，炉膛压力在高高保护动作下仍>4000Pa时，延时0s跳闸相应送风机；炉膛压力在低低保护动作下仍<-4000Pa时，延时0s跳闸相应引风机。

本发明的有益效果：

由本发明的工程实践结果表明，采用本发明的防内爆控制方法使得百万千瓦机组采用脱硝、脱硫增压风机和锅炉引风机实现三合一技术是可行的。能够保证双级动叶可调轴流式引风机在技术、配套设备的可靠性以及系统的安全运行。

从本发明甩负荷试验结果看出，机组在异常工况下，本发明的防内爆控制方法能够满足要求，能够预防锅炉负压达到甚至超过炉膛瞬态防爆极限时，防止炉膛内爆、烟道及受热面破损、变形。完善的保护、控制系统可以与设计选型互补，既能有效提高设备的可靠性，又具有较明显的经济性和可操作性。

随着我国环保政策的日益严格和脱硫系统可用率的提高，新建机组同步建设脱硝、脱硫系统将越来越多，采用这种联合引风机配置方案将成为最佳的选择。本工程的成功应用为大型火力发电厂辅机选型、调试、运行调节、辅机改造等多方面提供了有益的参考。

附图说明

图1为静叶可调轴流式风机典型特性曲线；

图2为动叶可调轴流式风机典型特性曲线；

图3为HU28450-11型引风机特性曲线。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本申请做进一步的阐述。

本实施例以某电厂一期工程建设2×1045MW超超临界燃煤机组为例：

1、机组概况

某电厂一期工程建设2×1045MW超超临界燃煤机组，同步建设烟气脱硫、脱硝装置，并分别于2012年8月及11月主机与脱硫及脱硝系统同步顺利通过168小时试运后正式商业运行。本电厂配备2台HU28450-11型双级动叶可调轴流式引风机叶，2台FAF28-14-1型单级动叶可调轴流式送风机及2台PAF20-12.5-2型双级动叶可调轴流式一次风机。锅炉主要相关设计参数见表1。

烟气脱硫系统不设烟气旁路烟道、不设增压风机、无GGH换热装置。引风机按三合一风机设计，配套YKK型-8电动机，电机功率9200KW，电机转速745rpm。

表1锅炉主要相关参数

2风机选型

2.1联合风机的压头和扬程

联合引风机在选型设计时基本风压应按脱硫工况下从锅炉炉膛至烟囱出口的系统管道阻力、设备阻力、动压头损失和烟囱自拔力、脱硫系统的管道和设备阻力之和选取。对于同步设有SCR脱硝装置的锅炉，联合引风机在选型设计时还应把脱硝系统的阻力加入总阻力中，予以全面考虑。

考虑到本期工程同步建设脱硝装置，采用选择性催化还原法（SCR）进行脱硝后,空预器的受热面易附着液态黏性的硫酸氢氨，引起空预器阻力增加。根据《火力发电厂设计技术规程》的规定引风机的基本扬程计算时，空预器按清洁受热面状态下选取阻力，因此引风机的设计选型压头裕量适当放大为30%。

从设计角度看，基于安全考虑，提高锅炉炉膛和烟气系统的设计承压等级，采用更高承压能力的锅炉钢架、膨胀节和烟道是防止三合一的引风机出力增加后导致炉墙、烟道等抽吸变形、破损的直接手段。基于投资成本考虑，防内爆的设计上，在安全允许情况下，应尽量避免将炉膛瞬态承压等级提得过高，使设备初投资成本增加较多。

对于轴流风机，风机零流量下的压头要远低于风机选型点(T.B点)的压头,通常为0.5～0.6倍T.B点压头。轴流风机TB点的压力对应的风机流量很大,因此即便风机能够达到TB点扬程，由于烟气系统存在压降，炉膛所承受的负压绝对值也大大低于设计压力。可见，采用轴流风机能大大降低炉膛内爆的风险。

2.2动、静叶可调轴流风机调节特性

动叶可调轴流式风机和静叶可调轴流式风机的等效率曲线均为椭圆形，其等效率曲线的长轴与系统阻力曲线基本平行。静叶可调轴流式风机的等效率曲线最高效率低于动叶可调轴流式风机。在变负荷运行时静叶可调轴流式风机效率降低较快，而动叶可调轴流式风机的高效率区域较广。因而在变负荷时，动叶可调轴流式风机具有较佳的调节特性，静叶可调轴流式风机次之。两种轴流式风机典型的调节特性曲线如图1和图2所示。

2.3风机选型参数和特性曲线

基于上述综合考虑，结合国内部分引风机与脱硫增压风机合并改造实例，分析认为该工程无烟气旁路脱硫系统选用三合一联合引风机方案在技术上是可行的。并最终确定采用双级动叶可调轴流式引风机。引风机选型技术参数见表2，风机参数见表3，风机特性曲线见图3。

表2引风机选型技术参数

表3引风机参数

3联合风机对系统的影响

3.1锅炉炉膛及烟气系统的防内爆设计

吸风机和脱硝、脱硫增压风机合三为一，由吸风机克服锅炉、脱硝和脱硫装置等整个烟气系统阻力，必然会使引风机出力增加。在引风机出力增加后，最为关键的是锅炉炉膛和烟气系统的防内爆问题。现行国内的规程规定如DL/T435—2004《电站煤粉锅炉炉膛防爆规程》、DL/T5121—2000《火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程》，均要求当引风机选型点的能力超过-8700Pa时，炉膛设计瞬态负压应考虑予以增加。

根据美国国家防火协会NFPA85标准要求，对于合并方案引风机的锅炉，其炉膛最大承载能力应高于引风机TB点的压头。该电厂锅炉炉膛设计瞬时不变形承载能力±9800Pa，电除尘器和引风机入口烟道的结构设计中也按±9.8kPa的瞬时最大压力考虑。引风机出口脱硫系统原烟气烟道按不小于±4kPa设计，脱硫出口净烟气烟道按不小于＋4kPa，－2kPa设计。引风机设计选型为双级动叶可调轴流式风机，TB点的压头选取9150Pa，低于炉膛及烟道最大承载能力，即合并风机对锅炉、除尘器及烟道设计上是相对安全的。

3.2锅炉炉膛及烟气系统的防内爆保护控制

本期工程锅炉为平衡通风，送风机、一次风机单侧跳闸或锅炉发生MFT时，炉内烟气急剧收缩，极易引起炉膛负压大幅度快速下降。因此在设计炉膛负压自动时，必须考虑自动的灵敏性和可靠性。

在锅炉炉膛及烟气系统的防内爆联锁保护逻辑上，该电厂设有炉膛压力报警、停炉、跳闸风机三段保护控制功能以及风组跳闸RB功能和送、引风机的超驰调节功能。相关控制参数设置如下：

（1）炉膛正常压力范围为-2000～2000Pa；

（3）为避免由于风机惰走使炉膛瞬态（正、负）压力超限，无论什么原因，在最后一台风机停运后，其动叶调节要经过一段时间（10-20s）的延迟或受到控制再开启；

（4）当一台送、引风机事故跳闸，联锁相对应的引、送风机跳闸，且跳闸送、引风机有关的挡板关闭，并具有超驰调节保护功能；即如果送风机跳闸时，引风机动叶应超驰关闭一定角度后，再依据炉膛压力变化情况保持在被控制的运行状态，以避免炉膛瞬态（正、负）压力超限；

（5）当炉膛压力>3000Pa或<-3000Pa时，立即触发炉膛正负压高高或低低保护动作，主燃料跳闸锅炉MFT；

锅炉MFT动作后，炉膛压力在高高保护动作下仍>+3000Pa（开关量）时，延时20S跳闸相应送风机，炉膛压力在低低保护动作下仍<-3000pa（开关量）时，延时20S跳闸相应引风机；

锅炉MFT动作后，炉膛压力在高高保护动作下仍>＋4000pa（模拟量）时，延时0s相应跳闸送风机，炉膛压力在低低低低保护动作下仍<-4000pa（模拟量）时，延时0s相应跳闸引风机。

3.3无烟气旁路烟道脱硫系统与主机间的联锁保护配置

无烟气旁路脱硫系统，锅炉烟气不可能绕开脱硫装置，而必须进入吸收塔内，进行脱硫处理。本期工程正常运行工况下，脱硫系统的吸收塔内防腐材料安全许用温度为180℃时连续运行30分钟，喷淋层安全许用温度不超过120℃，除雾器安全许用温度不超过85℃。若吸收塔入口烟温过高时，会造成吸收塔内防腐材料脱落，FRP(玻璃钢)净烟道软化坍塌，脱硫系统瘫痪、机组停机。

因此，脱硫系统自身的安全性、设备的可靠性和可控性与主机同等重要。本工程脱硫系统与主机间设有脱硫系统允许主机启动、脱硫系统综合故障报警及脱硫系统停运主机保护，相关控制参数如下：

（1）脱硫系统共配置5台浆液循环泵；

（2）当浆液循环泵运行数量大于等于2台时，脱硫系统允许主机启动，并在主机DCS画面上显示允许主机启动信号，既可以保证进入脱硫系统地烟气温度降低到脱硫系统部件允许使用温度，又可以起到对机组启动初期烟尘的净化；

（3）循环泵运行数量为1台时，发出脱硫系统故障信号，同时根据负荷的情况，联启或者手动启用备用浆液循环泵，避免在高负荷时，由于浆液循环泵运行台数不够，一方面不能够将烟气降低到脱硫系统安全允许的温度，另一方面脱硫效率达不到设计要求；

（4）当5台浆液循环泵同时停运时，延时5-10s，同时主机跳闸，联锁停运引风机；

（5）当5台浆液循环泵同时停运，并且脱硫系统入口烟气温度>180℃时，延时20-25s，同时主机跳闸，联锁停运引风机，禁止烟气进入脱硫系统，并在主机MFT首出显示脱硫系统停止主机信号；

（6）当进入FGD（脱硫系统）的烟气超温或FGD装置浆液循环泵故障全部停运时，为防止脱硫设施因烟气温度超温引起的破坏。在引风机与吸收塔入口之间的烟道上设置两级事故降温烟气冷却系统及紧急事故喷淋水箱，冷却水源设置两路。一级喷淋装置可将烟气温度由160℃降至120℃～140℃。二级喷淋装置可将烟气温度降至70℃～80℃，确保塔内的喷淋层、除雾器、防腐材料等的安全。

4风机运行情况分析

4.1机组正常运行参数

机组正常运行时额定负荷下相关参数见表4。

表4机组稳定运行时数据

对比3.1锅炉炉膛及烟气系统的防内爆设计中各部烟气烟道的承压设计，表4表明，本期工程炉膛及各部烟道内实际运行工况下压力在设计的安全承压能力范围内。即联合风机对锅炉、除尘器及烟道的许用承压能力在机组正常运行方式下是安全的。

对照图3风机特性曲线，对比表4可见，在满负荷1045MW时，单台引风机动叶开度为70%，压头为6020Pa，风机效率约为87.5%。在1057.5MW负荷时，引风机动叶开度为78%，压头为6054Pa，风机效率约为88%。在560MW负荷时，引风机动叶开度为40%，压头为2950Pa，风机效率约为68%。总体看，风机调节裕度较好，风机实际运行能在高效区运行，效率较高。

机组在1057.5MW负荷下，引风机动叶开度为78%左右，相比设计压头仍有足够裕量满足空预器等受热面阻力增加后的实际运行要求，这表明本系统设计是满足要求的。

4.2异常工况安全分析

机组调试期间，在100%甩负荷试验时，锅炉烟道内各部烟气压力变化情况及趋势见表5。

表5机组甩负荷试验数据

试验数据表明：整个烟道内部，压力瞬间变化值最大的为引风机入口3518Pa，其次是电除尘入口3434.44Pa，空预器进口为2970.96Pa，炉膛压力为2606.9Pa，变化量最小为脱硫系统入口1433.19Pa。总体看炉膛负压和脱硫系统压力基本保持稳定，未出现调节品质不佳的情况。可见，本期工程配置的联合引风机在机组的安全性和调节性能及经济性能上均能满足机组运行的要求。在机组1000MW满负荷运行时，相比引风机、增压风机分设方案，将使厂用电率下降约0.337%，节电效果显著。

从上述甩负荷试验结果看出，机组在异常工况下，本工程设计也能够满足要求，同时锅炉保护和控制系统也是完善的，能够预防锅炉负压达到甚至超过炉膛瞬态防爆极限时，防止炉膛内爆、烟道及受热面破损、变形。完善的保护、控制系统可以与设计选型互补，既能有效提高设备的可靠性，又具有较明显的经济性和可操作性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种三合一引风机在1045MW火电机组中锅炉炉膛及烟气系统的防内爆控制方法，其特征在于，包括如下控制参数：

（1）炉膛的正常压力范围为-2000～2000Pa；

2.根据权利要求1所述的三合一引风机在1045MW火电机组中锅炉炉膛及烟气系统的防内爆控制方法，其特征在于，（5）中锅炉MFT动作后，炉膛压力在高高保护动作下仍>3000Pa时，延时20s跳闸相应送风机；炉膛压力在低低保护动作下仍<-3000Pa时，延时20s跳闸相应引风机。

3.根据权利要求1所述的三合一引风机在1045MW火电机组中锅炉炉膛及烟气系统的防内爆控制方法，其特征在于，（5）中锅炉MFT动作后，炉膛压力在高高保护动作下仍>4000Pa时，延时0s跳闸相应送风机；炉膛压力在低低保护动作下仍<-4000Pa时，延时0s跳闸相应引风机。