关于生物质发电厂锅炉热工保护系统的研究

摘要：该文主要阐述了生物质电厂锅炉热工保护逻辑，分析了锅炉各系统保护解除所要求达到的保护条件。与传统燃煤机组锅炉热工保护逻辑相比，生物质电厂锅炉热工保护逻辑相对简单，本文结合光大新能源(砀山)有限公司生物质能发电项目工程实际情况，详细介绍锅炉热工保护逻辑情况。

关键词：生物质电厂 热工保护锅炉

Research of Boiler I&C Protection System In Biomass Power Plant

DU Jia，LIU Chuang

（1．State Nuclear Electric Power Planning Design & Research InstituteBeiJing 100094

2． Bei Jing Si Fang Automation CO，LTD BeiJing 100084)

Abstract：In this paper mainly recite I&C protection logic as well as each boiler system protection released condition were analyzed．Compare with traditional fossil fuel power plant boiler I&C protection logic，the biomass power plant I&C protection logic is more simple．Combine with the fact of the Guang Da （Dang Shan）Renewable Energy Biomass CO，Ltd power project，particular introducethe situation of the boiler I&C protection logic．

Keywords：Biomass Power PlantI&C ProtectionBoiler

中图分类号：TK229文献标识码： A

0 引言

光大新能源(砀山) 生物质发电项目新建1x130t/h振动炉排、高温高压、生物质燃料自然循环锅炉，锅炉为单锅筒、单炉膛、平衡通风、室外布置、固态排渣、全钢构架、底部支撑结构。锅炉设备按燃烧硬质秸秆燃料设计，并可掺烧≤10%的软质秸秆。

锅炉机组的热工保护作为生物质电厂热工保护设计的一个重要组成环节，锅炉工况的好坏无论是对锅炉机组或是整个电厂运行的安全和经济都有着极大的影响。在安全方面，保护过程是否完善直接关系到锅炉运行的可靠性；在经济方面，锅炉保护的好坏直接影响锅炉运行的经济性。

1锅炉机组的热工保护内容

本工程锅炉机组的热工保护内容包括一下三方面内容：

1.1限值保护。根据锅炉和辅机的运行工况对锅炉的最大出力和变负荷速度予以控制；对锅炉的各种调节阀门和挡板的最大、最小开度加以控制。

1.2连锁保护。锅炉在启停或运行中，一旦出现误操作，连锁保护装置能自动加以制止；在锅炉运行中如某些辅机发生故障时，与其相关的设备立即动作，以避免事故进一步扩大。

1.3紧急停炉保护。当某些重要辅机发生故障时，应迅速降低锅炉的负荷或停止锅炉运行；当锅炉运行中某些参数超过允许值时，保护装置立即动作，采取紧急措施，直至紧急停炉保护，以避免事故发生或扩大。

2锅炉保护介绍

2.1锅炉汽压保护

为了保证锅炉的安全运行，本工程在汽包、过热器和再热器上装设安全门。当锅炉的介质超过允许压力时，安全门会自动开启，排出蒸汽、降低压力以确保锅炉安全运行。在排气时，安全门将发出较大的声响，引起运行人员警觉，及时采取措施。当安全门排汽降压到允许压力以下时安全门会自动关闭。

锅炉正常运行时，工作压力应比安全门开启压力低。若锅炉的正常工作压力与安全门开启压力近乎相等，则安全门易反复跳动，并使阀门密封面腐蚀或产生凹槽，从而引起泄露。锅炉汽压保护系统与锅炉机组的运行方式有关：

对于本工程为单元制的锅炉，主汽压力有旁路系统的锅炉保护系统图如图1所示。主汽压力高一值时,保护系统发出报警信号,此信号如果与高二值信号同时发生,则切除部分燃烧器。对于本工程有旁路系统应投入旁路系统，使锅炉产生的蒸汽经旁路减温减压后回收，以提高机组的热经济性。当运行中汽机甩负荷时，除了切除部分燃烧器外，同时投油以稳定燃烧，如果汽压达到高三值时，安全门自动打开对空排汽。

图1有旁路系统的锅炉保护系统图

2.2锅炉汽包水位保护

汽包水位是锅炉运行的是否正常的重要标志之一。维持汽包水位在一定范围之内是保证锅炉安全运行的必要条件。汽包水位过高将减少蒸汽重力分离行程、破坏汽水分离效果，使蒸汽带水造成过热器中盐类沉积，恶化过热器的工作条件，严重时还可能引起汽轮机水冲击，造成汽轮机转轴弯曲等恶性事故。水位过低时锅炉水循环将受到影响，水冷壁将面临爆管的危险。当锅炉缺水而造成汽包水位过低时，为了避免“干锅”和烧坏水冷壁管，应采取保护措施，打开备用给水门，必要时采取紧急停炉；当水位过高而造成“满水”时，及时打开事故放水门，必要时也采取紧急停炉，以避免事故发生或防止事故扩大。

2.2.1本工程汽包水位高保护系统框图如图2所示。当水位高至高一值时，保护装置发出水位高报警信号，一起运行人员注意，若运行人员采取措施后水位仍继续升高至高二值时，保护系统自动打开事故放水门。若放水后水位仍继续升高到高三值，保护系统发出紧急停炉信号，停止锅炉运行。当水位升高至高二值放水后，水位恢复到高一值以下，证明水位确定恢复正常，水位保护系统应立即关闭事故放水门，以免汽包水位再降低。

图2汽包水位高保护系统框图

2.2.2本工程汽包水位低保护系统框图如图3所示。汽包水位低一值时，保护装置发出水位低报警信号；水位低二值信号存在，则关定期排污总门；当水位低一、低二值相继出现时，开备用给水门；当水位低二、低三值相继出现时，说明汽包严重缺水，应紧急停炉。

图3汽包水位低保护系统框图

2.3锅炉紧急跳闸保护

锅炉ESD保护系统由独立可靠的逻辑实现。锅炉ESD保护的目的是监视锅炉主要安全相关的条件，当某个方面定值超限时ESD触发。锅炉保护的原则是所有信号触发时ESD动作，入口信号通常是常闭点，出口信号是释放信号。失去释放信号会导致实际的设备动作。

2.4主燃料跳闸（MFT）

机组主燃料跳闸保护包括以下运行过程条件信号：

运行过程条件：・送风系统

・烟气系统

・炉膛

・水循环

・蒸汽循环

・紧急停按钮按下

以上条件的常闭点作为输入，输出是保护释放。当缺失保护释放条件时就会导致MFT。如果MFT跳闸，跳闸条件一直存在，直到操作员手动复位。

主燃料跳闸逻辑示意图如图4所示：

图4主燃料跳闸逻辑示意图

2.4.1送风系统

送风系统的释放条件包含以下条件：（1）总燃烧风量大于最低值

（2）送风机出口压力小于H3值

（3）送风机出口压力大于L3值

（4）送风机运行

送风系统逻辑示意图如图5所示：

图5 送风系统逻辑示意图

2.4.2烟气系统

烟气系统的释放条件包含以下条件：（1）引风机进口压力小于H3值

（2）烟道畅通（布袋除尘运行或旁路挡板开）

（3）引风机运行

烟气系统逻辑示意图如图6所示：

图6烟气系统逻辑示意图

2.4.3炉膛

炉膛的释放条件包含以下条件：（1）炉膛压力小于H3值（短延时）

（2）炉膛压力小于H2值（长延时）

（3）辅助燃烧器的位置正确（燃烧器伸进炉膛或者侧门打开）

炉膛逻辑示意图如图7所示：

图7 炉膛逻辑示意图

2.4.4水循环

水循环的释放条件包含以下条件：（1）汽包水位大于L3值

（2）汽包水位小于H3值

水循环逻辑示意图如图8所示：

图8 水循环逻辑示意图

2.4.5蒸汽循环

蒸汽循环的释放条件包含以下条件：（1）汽包压力小于H3值

（2）#1过热器出口温度小于H3值

（3）#2过热器出口温度小于H3值

（4）#3过热器出口温度小于H3值

（5）主蒸汽温度小于H3值

蒸汽循环逻辑示意图如图9所示：

图9 蒸汽循环逻辑示意图

2.4.6紧急停按钮

紧急停按钮的释放条件包含以下条件：（1）所有紧急停按钮均未按下

（2）辅助燃烧器紧急停按钮未按下

紧急停按钮逻辑示意图如图10所示：

图10 紧急停按钮逻辑示意图

2.4.7.机组启动状态

机组启动状态的释放条件包含以下条件：炉膛吹扫完成

机组启动状态保护逻辑示意图如图11所示：

图11 机组启动保护逻辑示意图

2.4.8机组运行状态

机组运行状态的释放条件包含以下条件:(1) 炉膛温度大于L3

(2)辅助燃烧器正在运行

机组运行状态保护逻辑示意图如图12所示：

图12 机组运行状态保护逻辑示意图

2.4.9引风机

引风机状态的释放条件包含以下条件：（1）引风机进口压力大于L3

（2）炉膛压力大于L3

引风机保护逻辑示意图如图13所示：

图13 引风机保护逻辑示意图

2.4.10送风机

送风机状态的释放条件包含以下条件：（1）燃料输送系统各定量给料机出口气动逆止挡板全关

（2）主燃料未跳闸

（3）烟气系统保护解除

（4）所有紧急停按钮均未按下

（5）炉膛保护解除

（6）水循环保护解除

（7）蒸汽循环保护解除

送风机保护逻辑示意图如图14所示：

图14 送风机保护逻辑示意图

2.5锅炉炉膛吹扫

锅炉点火前对炉膛进行清扫以清除炉内积存的可燃物和可燃气体,是防止炉膛爆燃的有效方法。清扫前锅炉处于MFT动作状态，所有燃料全部切断，所有燃烧器风门均处于清扫位置。操作员选择“锅炉吹扫请求”，当总风量大于26kg/s时吹扫开始计时；当总风量低于26kg/s时，吹扫计时器复位，当吹扫条件重新满足时再次计时；吹扫完成后烟风系统设定点恢复至正常状态，可以开始点火启动；如果总风量大于10kg/s，持续10分钟或30分钟，锅炉吹扫也是有效的；当点火失败或者吹扫条件中途中途条件不满足并且无已吹扫记忆时，必须再次进行一次新的吹扫。

炉膛吹扫逻辑如图15和16所示：

图15炉膛吹扫逻辑示意图一

图16炉膛吹扫逻辑示意图二

3 锅炉热工保护意义

根据本工程运行实际情况看，锅炉热工保护的可靠性对提高机组主辅设备的可靠性和安全性具有十分重要的作用。锅炉热工保护系统的功能是当机组主辅设备在运行过程中参数超出正常可控制的范围时，自动紧急联动相关的设备，及时采取相应的措施加以保护，从而软化机组或设备故障，避免出现重大设备损坏或其他严重的后果。

随着发电机组参数的提高，锅炉热工自动化程度越来越高，尤其是伴随着DCS分散控制系统在电力过程中的广泛应用和不断发展，DCS控制系统凭借其强大的功能和优越性，使机组的可靠性、安全性、经济性运行得到了很大的提高。

4结束语

随着电力事业和高新技术的快速发展，发电设备日趋高度自动化和智能化，锅炉保护系统的安全性、可靠性变得日益重要。虽然，无论多么先进的设备，都不可能做到绝对可靠。但对锅炉热工保护系统在技术上采取相应保护逻辑措施，可以极大地提高热工保护的可靠性，从而提高机组的安全性和经济性。

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作者简介：杜佳，女，出生年月：1985年12月，民族：汉，籍贯：北京市怀柔区庙城镇，学历：大学本科，职称：助理工程师，从事工作：火力发电厂热工自动化专业设计，主要研究方向：生物质电厂锅炉模块所属系统的仪表和控制系统研究 注：本文尚未发表，请保护作者版权。