CN111412448A - 循环流化床锅炉失水保护的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种循环流化床锅炉失水保护的控制方法，发生失水事故时有效保护受热面，该控制方法能够在失水事故发生后迅速将锅炉内产生的大量蒸汽以一定的速率排出，从而保证锅炉水冷壁等受热面不超温，本发明利用原有的PCV阀和安全阀，通过控制阀体启闭控制排放速率，可不使用投资较高的紧急补水系统，平时无需额外的维护，不增加投资。

Description

循环流化床锅炉失水保护的控制方法

技术领域

本发明属于循环流化床锅炉的设备安全保护方法，特别是失水事故发生时保护受热面不超温的控制方法。

背景技术

循环流化床锅炉因其燃料适应性广，可燃用低热值燃料等特殊燃料、污染物控制成本低等优点，在国内已得到了广泛应用。我国的循环流化床技术发展十分迅速，是世界上循环流化床锅炉投运台数最多的国家。近几年国内投运了数十个超临界参数的350MW等级CFB机组，目前世界上最大的超临界循环流化床机组是我国的白马二期600MW机组。

循环流化床锅炉与煤粉炉的重要区别之一，是在其炉膛内以气固两相流向受热面传热为主，炉膛内存在大量的循环物料固体颗粒，炉膛耐火材料用量大，具有很大的热惯性。因此锅炉失水时，存在水冷壁等受热面因床料不断向其放热而出现超温进而损坏的可能。因此，早期引进ALSTOM 型 CFB 锅炉时，紧急补水系统作为其必要配置之一同时被引进。

紧急补水系统是循环流化床锅炉的特有配置系统，由紧急补水泵和紧急补水箱等组成。它能够在给水失去时保护受热面，避免受热面烧坏。由于紧急补水泵压头很高，流量较大，同时需配置柴油发动机以应对全厂失电情况，因此配备柴油发动机的功率很大，一般需要进口，投资较大。但是由于全厂失电等导致给水失去的概率极低，且紧急补水系统在失水事故发生后要立即投入使用，平常需定期试运行，因此日常运行维护费用较高。

发明内容

本发明所解决的技术问题即在循环流化床锅炉发生失水情况时，通过该控制方法，按照设定逻辑及时将受热面内的工质以受控速率泄放，从而防止受热面超温，起到保护受热面的目的。

本发明是采用的技术手段如下。

一种循环流化床锅炉失水保护的控制方法，包括如下步骤。

a. 发生失水事故，管路内蒸汽压力上升达到第一设定值，至少1个PCV阀起跳，PCV阀泄放部分工质。

b. 蒸汽压力继续上升达到第二设定值，至少1个安全阀起跳，安全阀和PCV阀同时泄放部分工质。

c. 蒸汽压力降低达到第一回座压力，至少1个安全阀回座，PCV阀和其余安全阀、或PCV阀泄放部分工质。

d. 蒸汽压力继续降低达到第二回座压力，至少1个PCV阀回座。

e. 蒸汽压力升高，起跳压力低的PCV阀逐个起跳并释放部分工质，蒸汽压力降低。

f. 循环e，直至蒸汽压力回到正常值。

所述步骤a中PCV阀起跳后蒸汽压力上升但未达到第二设定值便下降的情况，则进入步骤d、步骤e和步骤f。

所述第一设定值低于第二设定值、第一回座压力值高于第二回座压力值。

所述至少1个PCV阀的最高起跳压力值低于至少1个安全阀的最低起跳压力值，所述至少1个PCV阀的最高回座压力值低于至少1个安全阀的最低回座压力值。

所述安全阀为自动起跳和回座，所述PCV阀为自动起跳、自动或手动操作回座。

所述PCV阀的手动操作回座压力值低于起跳压力值，且PCV起跳压力值与手动操作回座压力值的启闭压差大于起跳压力值的10%。

所述PCV阀的手动操作回座压力值低于自动回座压力值。

包含2个或2个以上的PCV阀时，各PCV阀的起跳压力值不相同、自动回座压力值不相同或手动回座压力相同；且包含2个或2个以上的安全阀时，各安全阀的起跳压力值不相同、自动回座压力值不相同。

所述2个或2个以上PCV阀的起跳压力值呈差值相同的阶梯式上升，自动回座压力值呈差值相同的阶梯式降低；所述2个或2个以上安全阀的起跳压力值呈差值相同的阶梯式上升，自动回座压力值呈差值相同的阶梯式降低。

所述PCV阀的差值与PCV阀起跳压力值呈正相关，所述安全阀的差值与PCV阀起跳压力值呈正相关。

本发明所产生的有益效果如下。

1、锅炉失水事故特别是全厂失电导致的锅炉失水事故发生后，可以将堆积床料及炉内浇注料等传递给受热面内工质的热量，以受控的质量流率带出锅炉本体，防止因热量不能及时带出锅炉引起受热面超温。

2、本发明的控制方法利用了机组原有的PCV阀和安全阀，无需新增投资，可完全代替常规紧急补水系统，节约大量初投资和运维费用，简化电厂的应急管理，减少了人力成本。

3、本发明的控制方法简单、免维护、无投资，也不会有低温水进入锅炉受热面，是一种极具经济性的循环流化床锅炉失水保护控制方法。

具体实施方式

锅炉失水事故发生后，特别是全厂失电导致的锅炉失水事故发生后，三大风机全停，循环物料迅速回落至布风板，此时循环物料及炉内浇注料等温度仍高达850℃左右，并以辐射和导热形式向炉膛水冷壁等受热面释放热量，工质水在水冷壁内不断吸热变为蒸汽，而汽机主汽门、中压缸进汽门全部关闭，导致蒸汽压力上升。炉内工质持续从水转化为蒸汽，蒸汽继续吸热压力和温度都上升，到达一定程度将引起受热面超温损坏。现有的紧急补水系统，工程师们认为可能需要增加，但是实操中证明，紧急补水系统并不能起到很好的效果，反而可能损坏受热面，如果不设置紧急补水系统，则有内部水会烧干的风险。但实验、计算和运行经验证明如果释放速率合适，内部水不会烧干。基于此，本发明为利用机组内已有的PCV阀和安全阀避免上述受热损坏情况发生的循环流化床锅炉失水保护的控制方法。

为便于说明，定义PCV阀的起跳压力值为第一设定值，PCV阀的回座压力值为第二回座压力值，安全阀起跳压力值为第二设定值，安全阀回座压力值为第一回座压力值。其中第一设定值低于第二设定值、第一回座压力值高于第二回座压力值。

以下对本发明的整体过程方法进行详细说明。

步骤a. 发生失水事故，机组管路内蒸汽压力上升达到第一设定值，PCV阀起跳。有多个PCV阀的情况下，蒸汽压力陆续达到各PCV阀的起跳值并相继起跳。

步骤b. 当步骤a中通过1个或多个PCV阀泄放压力仍不能回复正常压力值，即泄压速率低于升压速率，达到第二设定值时，安全阀起跳，并在有多个安全阀的情况下，蒸汽压力陆续达到其他安全阀的起跳值并相继起跳。此时PCV阀和安全阀一并实现泄压作业，其排放速率能够保证蒸汽压力不再继续上升，安全阀的泄压速率高于PCV阀，可迅速的泄压，因此在泄压过程中，安全阀起跳的个数取决于泄压速率是否超过升压速率，再各工况下不尽相同。

步骤c. 蒸汽压力降低达到第一回座压力，安全阀回座。在多个安全阀的情况下，随着蒸汽压力的降低，陆续达到各安全阀的回座压力，并相继回座。

步骤d. 蒸汽压力继续降低达到第二回座压力，PCV阀回座。同样的，在多个PCV阀的情况下，随着蒸汽压力的降低，陆续达到各PCV阀的回座压力，并相继回座。

步骤e. 蒸汽压力升高，PCV阀起跳，蒸汽压力降低。

循环步骤e，直至蒸汽压力回到正常值。

在实际运行过程中，会有其他的可能性发生，例如上述步骤a中PCV阀起跳后蒸汽压力上升但未达到第二设定值便下降的情况，则重复步骤d和步骤e。在步骤d中，也可能会发生部分PCV阀回座后泄压速率低于升压速率从而蒸汽压力又上升的情况，此时保持起跳状态的其余PCV阀会持续泄压，到达一定压力值，回座的PCV阀会再次起跳，此过程循环数次后，锅炉内床料、浇注料等的温度下降，向水冷壁等受热面内工质的传热速率下降，不会再使水变为蒸汽，也不会使蒸汽的压力和温度上升，从而保护受热面不会超温。在此过程中工质压力呈近似等振幅的快速振荡过程，工质温度呈现出振荡上升的趋势，直至工质与床侧物料达到热平衡。

上述过程中PCV阀起跳压力低于安全阀的起跳压力，且PCV阀的回座压力需低于安全阀回座压力。安全阀是自动起跳和回座，即起跳和回座都是在设定压力时自动发生，这是由其结构决定的。PCV阀的起跳方式是自动的，回座方式有手动和自动控制2种模式，可以根据实际机组情况选用。但是自动关闭通常压力比较高，关闭后很快压力会提升，导致PCV阀频繁启动关闭，影响PCV阀寿命，同时泄放速率也无法控制在合适范围内。因此使用手动控制为更佳，运行人员在集控室手操关闭PCV阀，可有效降低PCV阀和安全阀的启闭频率。PCV阀的手动操作回座压力需小于自动回座压力，且PCV起跳压力值与手动操作回座压力值的启闭压差一般大于起跳压力的10%。350MW超临界CFB机组的PCV阀手操关闭压力通常在15~20MPa范围内，具体数值根据工程实际情况计算得到。

当然，在一个机组内通常设有多个PCV阀和多个安全阀，通常多个PCV阀、多个安全阀之间的起跳压力和回座压力都不同，从而实现在压力值上升/降低的情况下，逐个起跳/回座，一定程度上降低部分PCV阀和安全阀的起跳次数。

当采用多个PCV阀和多个安全阀时，多个PCV阀的自动起跳压力值可呈阶梯式上升，PCV阀的自动回座压力可呈阶梯式降低，PCV阀的自动起跳压力值与自动回座压力值的差值，该多个差值可保持相同，或者差值与起跳压力值呈正相关。同理，多个安全阀之间的自动起跳压力可呈阶梯式上升，多个安全阀之间的自动回座压力可呈阶梯式降低，安全阀的自动起跳压力值与自动回座压力值的差值，该多个差值可保持相同，更优的，该差值的变化宜与起跳压力值呈正相关，这样的设置可保证在蒸汽压力越高的情况下排放量越多，更有效的泄压。

由于安全阀为机械式，不需要电源即可工作；PCV阀为电磁阀，传统的方式不接保安电源，全厂失电时PCV阀为保位状态，因此使用PCV阀作为失水保护措施应将其与保安电源连接，此时安全阀和PCV阀均可以在全厂失电导致的失水情况下正常工作。

以下实施例应用上述控制方法利用锅炉过热器原有的PCV阀和安全阀，在适合的压力下手操关闭PCV阀。安全阀和PCV阀的起跳、回座取值需要满足国家及工程对锅炉建造的规定，各锅炉厂在因机组参数不同，取值的细节上稍有差别。

以下以某350MW超临界循环流化床锅炉为例，过热器PCV阀及安全阀数量、起跳压力、回座压力等参数见下表。

过热器PCV阀和安全阀参数。

上表中的起跳压力是自动起跳压力，回座压力是本实施例中常规采用自动控制的回座压力值，然而由于手操回座对于泄压速率及起跳频率的优势，本实施例中PCV阀1和PCV阀2不采用自动回座方式，而是采用手操回座且回座压力设置为20Mpa。正是因为选择在20MPa时手操关闭PCV阀，能够更好的控制泄放速率，保证受热面内工质的升温升压速率降低，同时减少PCV阀的起跳回座次数。

在失电事故发生后，PCV阀1、PCV阀2、安全阀1和安全阀2将接连跳起，方才阻止了工质压力的进一步升高。此后，随着工质压力的下降，安全阀2和安全阀1相继回座，而PCV阀1和PCV阀2则在工质压力降至20MPa时才被人为手操关闭。随后，工质压力呈近似等振幅的快速振荡过程。而工质温度则呈现出了一个振荡上升的趋势，直至工质与床侧物料达到热平衡。在该控制条件下，管壁永远不会出现超温现象，也就是说，在失电情况下，自动开启PCV阀，并在工质压力降低到20MPa时，手动关闭PCV阀，停止工质的泄放，则无需在350MW超临界CFB锅炉上配备紧急补给水系统。

接下来仅通过PCV阀1的起跳和回座即能控制工质的压力保持在20~27MPa，只不过由于水冷壁的影响，工质温度和压力的振荡频率显著减小。此外，在本工况下，管壁同样永远不会出现超温现象，而在炉内达到稳态前PCV阀1也仅仅只需要动作3次，PCV阀2和全部安全阀仅需动作1次。

Claims (10)

1.一种循环流化床锅炉失水保护的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

a. 发生失水事故，管路内蒸汽压力上升达到第一设定值，至少1个PCV阀起跳，PCV阀泄放部分工质；

b. 蒸汽压力继续上升达到第二设定值，至少1个安全阀起跳，安全阀和PCV阀同时泄放部分工质；

c. 蒸汽压力降低达到第一回座压力，至少1个安全阀回座，PCV阀和其余安全阀、或PCV阀泄放部分工质；

d. 蒸汽压力继续降低达到第二回座压力，至少1个PCV阀回座；

e. 蒸汽压力升高，起跳压力低的PCV阀逐个起跳并释放部分工质，蒸汽压力降低；

f. 循环e，直至蒸汽压力回到正常值。

2.如权利要求1所述的循环流化床锅炉失水保护的控制方法，其特征在于，所述步骤a中PCV阀起跳后蒸汽压力上升但未达到第二设定值便下降的情况，则进入步骤d、步骤e和步骤f。

3.如权利要求1所述的循环流化床锅炉失水保护的控制方法，其特征在于，所述第一设定值低于第二设定值、第一回座压力值高于第二回座压力值。

4.如权利要求1所述的循环流化床锅炉失水保护的控制方法，其特征在于，所述至少1个PCV阀的最高起跳压力值低于至少1个安全阀的最低起跳压力值，所述至少1个PCV阀的最高回座压力值低于至少1个安全阀的最低回座压力值。

5.如权利要求1所述的循环流化床锅炉失水保护的控制方法，其特征在于，所述安全阀为自动起跳和回座，所述PCV阀为自动起跳、自动或手动操作回座，PCV阀连接保安电源。

6.如权利要求5所述的循环流化床锅炉失水保护的控制方法，其特征在于，所述PCV阀的手动操作回座压力值低于起跳压力值，且PCV起跳压力值与手动操作回座压力值的启闭压差大于起跳压力值的10%。

7.如权利要求5所述的循环流化床锅炉失水保护的控制方法，其特征在于，所述PCV阀的手动操作回座压力值低于自动回座压力值。

8.如权利要求1至7任一所述的循环流化床锅炉失水保护的控制方法，其特征在于，包含2个或2个以上的PCV阀时，各PCV阀的起跳压力值不相同、自动回座压力值不相同或手动回座压力相同；且包含2个或2个以上的安全阀时，各安全阀的起跳压力值不相同、自动回座压力值不相同。

9.如权利要求8所述的循环流化床锅炉失水保护的控制方法，其特征在于，所述2个或2个以上PCV阀的起跳压力值呈差值相同的阶梯式上升，自动回座压力值呈差值相同的阶梯式降低；所述2个或2个以上安全阀的起跳压力值呈差值相同的阶梯式上升，自动回座压力值呈差值相同的阶梯式降低。

10.如权利要求8所述的循环流化床锅炉失水保护的控制方法，其特征在于，所述PCV阀的差值与PCV阀起跳压力值呈正相关，所述安全阀的差值与PCV阀起跳压力值呈正相关。