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国臣SGS-炉膛安全给粉系统煤粉炉解决方案
据统计自1980年以来,至少有30台锅炉发生炉膛放炮事故,以致水冷壁焊缝开裂,刚性梁弯曲变形,顶棚被掀起,烟道膨胀节开裂等设备损伤屡屡发生。
究其原因:
①设计上缺乏可靠的灭火保护和可靠的联锁、报警、跳闸装置;
②炉膛刚性梁抗爆能力低;
③运行人员处理燃烧不稳或熄火时方法不对,错误采用“爆燃法”抢救,导致灭火放炮;
④燃料质量下降、负荷调节失当、给粉装置及控制机构突然失灵等。
防止锅炉灭火放炮被列入1992年能源部颁《二十项反措》之五,2001年国家电力公司又颁发了《二十五项反措》第六章,包括炉膛安全监控系统(FSSS)在内的灭火保护装置在许多电厂推广使用。
如今, FSSS已经成为火电厂的标准配置系统,在炉膛安全保护上起了关键的作用。
部颁二十项重点反措之五,称为防止锅炉灭火放炮事故。《二十五项反措》第六章的提法是防止锅炉炉膛爆炸事故,因为炉膛发生爆炸而致炉膛损坏不仅发生在运行中灭火时,检修动火点燃聚集的可燃物及点火时吹扫不够同样会发生爆炸而导致炉膛损坏。
从引起锅炉炉膛爆炸的机理分析,当只有以下3个条件同时存在时才有可能发生爆炸。
1)锅炉炉膛内有一定浓度的燃料和空气积存。
2)积存的燃料和混合物具有爆炸性。
3)具有足够的点火能源。
常见炉膛中造成爆炸条件的情况是:
①运行中灭火,进入炉膛的燃料没有切,经过一段时间聚集的可燃物达至爆炸浓度并点燃;
②一个或几个燃烧器火焰熄灭,而其余燃烧器仍正常燃烧。从未点燃的燃烧器进入燃料造成可燃物聚集;
③燃料漏入停用中的炉膛造成可燃物聚集;
④燃料或空气瞬时中断又恢复,造成可燃物聚集。
可燃物聚集后引燃造成的炉膛压力升高超过炉膛承压设计强度,以致发生损坏,称为炉膛放炮或炉膛爆炸。不发生损坏的俗称“反正”或“打枪”。部颁二十项重点反措引入以下反事故措施:
①一旦全炉灭火,应立即切断进入锅炉的全部燃料,包括给煤、给粉和点火用油、气等。即所谓主燃料切断(MFT);
②锅炉点火前必须通风,排除炉膛、烟风道及其他通道中的可燃物聚集。通风时必须将烟风挡板及调风器打开到一定的位置,风量应大于满负荷风量的25%,时间不少于5min,以保证换气量大于全部容积的5倍(德国TRD规定是3倍);
③点火时要维持吹扫风量;一个燃烧器投运10s内(不包括投煤及煤粉达到燃烧器所需的延滞时间)点不着,就应切断该燃烧器的燃烧。
《二十五项反措》防止锅炉炉膛爆炸事故的主要措施如下:
1)为防止锅炉灭火及燃烧恶化,应加强煤质管理和燃烧调整,稳定燃烧,尤其是在低负荷运行时更为重要。
2)为防止燃料进入停用的炉膛,应加强锅炉点火及停炉运行操作的监督。
3)保持锅炉制粉系统、烟风系统正常运行是保证锅炉燃烧稳定的重要因素。
4)锅炉一旦灭火,应立即切断全部燃料;严禁投油稳燃或采用爆燃法恢复燃烧。
5)锅炉每次点火前,必须按规定进行通风吹扫。
6)锅炉炉膛结渣除影响锅炉受热面安全运行及经济性外,往往由于锅炉在掉渣的动态过程中,引起炉膛负压波动或灭火检测误判等因素而导致灭火保护动作,造成锅炉灭火。因此,除应加强燃烧调整和防止结渣外,还应保持吹灰器正常运行尤为重要。
7)加强锅炉灭火保护装置的维护与管理。
这些措施解决了常见炉膛中造成爆炸条件中的三个:
①运行中灭火,进入炉膛的燃料没有切,经过一段时间聚集的可燃物达至爆炸浓度并点燃;
②一个或几个燃烧器火焰熄灭,而其余燃烧器仍正常燃烧。从未点燃的燃烧器进入燃料造成可燃物聚集;
③燃料漏入停用中的炉膛造成可燃物聚集;
但是,造成爆炸条件的④燃料或空气瞬时中断又恢复,造成可燃物聚集和反事故措施①一旦全炉灭火,应立即切断进入锅炉的全部燃料,包括给煤、给粉和点火用油、气等。即所谓主燃料切断(MFT)逐渐成为现在电厂运行中的一个矛盾。
不少电厂通过FSSS给粉机全停逻辑延时来处理这个矛盾,这必然带来炉膛在燃料中断时的炉膛熄火,再恢复时爆燃法点炉。
但是,燃料中断的次数(如电网晃电时一般为两次)决定了炉膛给粉量的多少,也决定了爆燃的次数和强度。当中断次数超过一次,而每次给粉量不足爆燃浓度,必然造成爆燃的强度增加,引起爆炉。所以,延时,带来FSSS安全级别降低使用,存在爆炉隐患;不延时,因为给粉跳闸引起停炉,给生产带来巨大经济损失。
这种新的矛盾主要是因为电厂给粉变频调速系统的缺陷引起的。
1、电厂给粉变频调速系统的缺陷
目前,多数电厂的给粉系统使用的变频调速系统,通过DCS或操作台输出4~20mA信号控制变频器的转速来实现给粉调节。变频器的起、停、故障和1C/2C电源等信号