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“炉膛正压大”保护异常工况（事故）分析 |
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| “炉膛正压大”保护异常工况（事故）分析 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-23 16:20:25  |
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1 引言--#1炉掉焦灭火、炉压反正现象及对策
2002年6月13日，#1炉灭火，首出"全炉膛无火"。当时1#炉负荷110MW，当运行人员将负荷减至106MW过程中，突然发生炉膛正压的情况，当时正压峰值为+460Pa。
针对此次灭火，于7月12日召开了分析会，邀请了电科院技术人员参加，分析会得出的结论是：掉焦很可能造成整个炉膛弥漫较大的烟气和水汽（#1炉当时为水力除渣），造成火检探头无法正常检测火焰信号。炉膛的压力值只能作为参考值，因为现场的燃烧环境比较复杂，很难就一个参数来说明当时的具体情况。根据当时的数据分析，掉焦引发灭火首出为"全炉无火"为保护正确动作。发电部也提出反正+460Pa造成灭火保护动作是否火检抗干扰能力弱，建议对火检及测量系统定期清扫和维护。
2002年7月14日，#1炉掉焦灭火，现象与6月13日极其相似。于7月15日召开了分析会，邀请了电科院技术人员参加。此次分析会分析原因为掉焦造成整个炉膛弥漫较大的烟气和水汽，造成火检探头无法正常检测火检信号从而造成MFT。
为避免上述掉焦灭火现象再次发生，采取措施为：火检处理装置内将A层(#1磨)和B层(#2磨)火检各两个角做"无火延时"处理--A层做1#、2#角延时，B层做3#、4#角延时；延时2秒。
电科院技术人员建议如有停机机会可对相关逻辑做下述修改：
京能公司热工等专业认为上述逻辑还需斟酌，是否以400Pa来表征掉焦还需进一步探讨，故保护逻辑一直未按上述修改。
2002年12月25日，#2炉也因掉焦灭火一次，首出"全炉无火"。为防止在其他机组发生类似问题，参照1#炉的方式，对2#、3#、4#炉1#磨、2#磨的火检信号进行"无火延时"处理。
2 几次异常工况（及事故）的现象及分析简述
2003年，#2机组接连出现了几次"炉膛正压大"保护不动作的异常工况。
2.1 2003年3月6日#2机组炉FSSS"炉膛正压大" 保护拒动
2.1.1 事故经过
3月6日21：49，#2G掉焦。根据当时DCS趋势，炉压反正+500Pa→-200 Pa→+2624 Pa，约2S后恢复正常。负压记录仪最大700帕。正压大报警光字牌未亮。倨当值运行人员反映，火焰电视有火，而有二层的火检信号闪烁。负荷在167MW→155→165MW波动。FSSS"炉膛正压大" 保护没有动作"。
2.1.2 当时的初步分析
3月7日，热工、发电部锅炉专业等进行了初步分析。
从FSSS的PLC逻辑实验排除了PLC部分有问题；从炉压取样管路检查情况看，报警开关的取样管水平取样管段（#1G侧）、炉正（负）压大停炉开关的取样管水平取样管段（#3G侧）有不同程度堵塞、不畅，报警侧尤甚。
此外，所有开关之前，要经过炉压缓冲罐（压力平衡装置）。
当时的初步结论为：煤质变化，使得炉膛内严重结焦，掉焦引起了炉压反正，并引起了局部灭火，煤粉的继续进入引起了局部爆燃。取样管堵塞、不畅及炉压缓冲罐（压力平衡装置）使"炉正压大"保护拒动。炉压取样管路不畅原因为：近期掉焦、反正频繁；每月（5日）一次的定期工作不规范，方法不统一。
2.1.3 措施
（1）3月7日，举一反三，分别对#2G、#1G炉压取样管路进行检查、吹扫（#1G炉压取样管路略有轻微不畅）。3月8日正对#3G、#4G炉压取样管路进行检查、吹扫。
（2）热工车间立即与保护班、检修公司热工专业共同制定炉压取样清理定期工作的作业指导书。作业指导书未出前，由车间、检修公司热工专业与保护班明确统一方法。（作业指导书审批后已下发，从4月起实施。）
2.2 2003年4月14日#2机组FSSS "全炉灭火" 保护动作炉压反正最大到+2820Pa
2.2.1 简要经过
2003年4月14日17：15：56，#2G掉焦引起炉灭火，FSSS首出"全炉灭火"。#1--#3磨、给煤机、一次风机掉闸。
但DCS趋势记录，17：16，FSSS MFT动作后炉压反正最大到+2820Pa，送风机未停。
2.2.2 分析
经热工专业、锅炉专业及华北电科院专业人员初步分析，如下：
（1）"全炉灭火"正确动作。
（2）"全炉灭火"后，炉压反正最大到+2820帕的大致原因为--"全炉灭火"后，虽然#3磨、给煤机、一次风机掉闸，但炉内仍残留有部分风/粉混合物爆燃所至。此外，不排除#1、#3磨出口挡板有个别角未全关。
（3）现装的炉压缓冲罐（压力平衡装置）是导致"炉正压大保护"没有率先动作的原因。
（4）应继续探讨"有火"的判定值（频率、强度的"门槛"）是否稍做调整。
2.2.3 措施
经热工专业、锅炉专业及华北电科院专业人员初步分析，采取措施如下：
(1) 将火检延时恢复至出厂缺省设置状态（根据制造厂说明，缺省
设置值约为2.5S○注）。--即取消引言中#1、#2磨各两角的"无火延时"。
(2) 现装的炉压缓冲罐（压力平衡装置）特性应做进一步（试验）
分析。可利用停机机会取消现装的炉压缓冲罐（压力平衡装置），而在FSSS"炉正/负压大保护"逻辑回路加软件延时（2S左右）。
(3) 对#2G各支火检探头"有火"的判定值（频率、强度的"门槛"）
在火检处理板内稍做调整--频率"门槛"由6改为9；强度"门槛"由20改为30。再观察。
（4）加强磨出口挡板控制回路的维护（定期实验、电磁阀/气源管路清理）。
另外，2003年4月16日，在1#、3#、4#炉也分别采取上述（1）、（3）项措施。
2.3 2003年4月19日2：39：56，#2G炉压反正至1691.51帕，炉压保护未动作
2.3.1 简要经过
2003年4月19日2：39：56，#2G炉压反正至1691.51帕，炉压保护未动作。从炉正/负压大保护现场炉压取样管路检查情况、现场压力继校验结果来看，取样管、及压力继定值均无问题。
2.3.2 分析及对策
（1）经热工专业人员初步分析，结果如下：
现装的炉压缓冲罐（压力平衡装置）可能是导致"炉正压大保护"没有动作的原因。
根据厂家的传真，此炉压缓冲罐的实验室数据延时约为2秒（实验室数据）。从DCS记录趋势看，1691.51帕维持不足2秒。
（2）针对上述情况热工专业建议对策--取消炉压缓冲罐。
考虑到当时是开机状态,考虑修改逻辑后难以实现传动试验及2#机组的现状,并且在相应的规范中亦无延时时间的明确规定，故在逻辑回路中不加延时。
2003年11月初结束的#2机组大修中，随着原FSSS系统的改造（PLC改造为DCS），已在FSSS"炉正/负压大保护"逻辑回路加软件延时（2S）。
3 几点思考
3.1 重新认识"全炉膛灭火"保护与"炉膛正（负）压大"保护
我们知道，虽然随控制对象（如锅炉结构，燃烧器布置、制粉系统、油系统、点火器及运行方式，火焰检测器安装位置等）不同，各炉膛安全监控系统的功能和控制范围都有所不同，但是常见的炉膛安全监控系统都应具备主燃料跳闸（MFT）及功能。而其中，与燃烧紧密相关的当属"全炉膛灭火" 、"炉膛正（负）压大"保护。
3.1.1 锅炉灭火与炉膛内出现较大正压的原因
通常，锅炉灭火的具体情况有以下几种：
●变负荷运行时，由于风粉配合不当，引起燃烧不稳灭火；
●由于低负荷运行时，容易产生下粉不均、风粉配合不协调，引起燃烧不稳灭火；
●煤质突变，打破风粉平衡的燃烧格局，引起燃烧不稳灭火；
●由于锅炉燃烧设备损坏，如燃烧器的磨损等，使燃烧火焰切圆易灭火；
●由于锅炉结焦，炉膛掉大焦，冲击火焰而灭火。
炉膛内出现较大正压的原因如下：
●锅炉灭火未能及时发现，仍有燃料送入炉膛而造成爆燃，俗称"放炮"；
●发生炉膛灭火，用"爆燃法"点燃；
●锅炉虽未灭火，但燃烧不稳，投入油枪助燃而造成较大正压波动；
●引风机故障或挡板关闭，送风机仍在运行，造成炉膛产生较大的正压；
●大块掉焦，造成较大的正压。
锅炉灭火往往伴随着炉瞠负压的增大，锅炉灭火后所达到的最大负压与锅炉负荷、煤质情况、燃烧情况、送引风及漏风情况等多种因素有关，并且在灭火后3秒钟内，负压变化往往不足以达到保护动作整定值，甚至有的灭火在停炉跳闸后仍达不到跳闸值(也有的能达到，如前述2003年4月14日#2机组情况)；而炉膛负压达到跳闸值时，也并不一定意味着炉膛已灭火，尽管多数情况下，负压过大是因灭火而起。锅炉灭火与炉瞠压力的变化情况，关系复杂，结果多变，灭灭火时负压未必很大，负压很大时也未必灭火(如前述2003年4月19日#2机组情况)。
3.1.2 "全炉膛灭火"与"炉膛正（负）压大"
炉膛压力是表征燃烧状况的重要参数。锅炉-旦燃烧系统发生故障，较先反映的就是炉膛压力的变化。
然而，《火电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程》（DL 435-91）4.5.2.1指出"监测炉膛压力并规定出最大和最小的限值，对防止炉膛灭火和爆炸是易实现的。但压力信号反馈要比直观的火焰信号稍有延迟，故120t/h及以上的锅炉在装有压力检测器后也应装设火焰检测器"，3.1.4.4还指出"670~1025t/h应配有炉膛安全监控装置，包括……a.炉膛火焰监测装置b. 炉膛压力和灭火保护装置（全炉膛灭火时主燃料跳闸）及主燃料跳闸……"
结合规程以及前面几次异常工况（及事故）的现象、分析和对策，我们认为：
●在概念上炉膛压力保护绝对不可取代锅炉灭火保护，而用炉膛负压信号确认(串联)锅炉灭火的锅炉灭火保护方案不可取（见前述框图）。
●应使尽量使"全炉膛灭火"保护先于"炉压"保护动作。"炉压"保护作为简便易行的保护手段是必不可少的，但对炉膛内燃烧工况恶劣的反映而言，"炉压"没有火焰直观、迅速。
3月6日若"全炉膛灭火"先动作，炉压应该不会最大到2624 Pa。4月14日若"全炉膛灭火"再早些动作，应可避免炉压最大到2820 Pa。
●在灭火保护中设置炉膛正负压过大跳闸保护也非常必要。更不能因为设置了火焰灭火跳闸保护而轻视炉膛正负压过大跳闸保护，因为正负压过大时炉膛未必就已"灭火"了。
3.2 关于定期工作
不容质疑，应加强规范炉压取样清理、火检探头的清理维护等定期工作。在《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》6.1.5及12.3.2对此都有明确要求。在煤质变化时，还应适当缩短定期工作的周期。
但是，从另外的角度进行思考，规范了相关的作业指导书，是否就会避免类似3月6日因定期工作不规范，方法不统一而造成的严重后果呢？
限于篇幅，对这个问题不做过多的阐述。但是我们认为，如何确保最终使用人真正有效执行，如何确保类似工作的全过程监督、控制，如何加强监督，提高基层班组主动、自觉规范的"执行意识"--要从严格执行落实PDCA（计划、执行、检查、行动）的工作方法做起。
3.3 关于炉压缓冲罐
尽管有观点认为，现场炉压取样管路宜加设炉压缓冲罐。但是由前面几次异常工况（及事故）的现象及分析，我们认为，加设炉压缓冲罐应慎重。
加设炉压缓冲罐的初衷应该是防止误动。然而，热工保护的原则还是应该"宁可误动，不能拒动"。其它机组现装的炉压缓冲罐（压力平衡装置）特性应做进一步（试验）分析，弄清特性。否则应利用停机机会取消现装的炉压缓冲罐（压力平衡装置），而在FSSS"炉正/负压大保护"逻辑回路加少量软件延时（2S或更少）。
3.4 关于火焰检测
虽然已经将火检装置的频率"门槛"由6改为9；强度"门槛"由20改为30。但我们认为，"有火"的判定值（频率、强度的"门槛"）仍然可能偏低而存在（拒动）隐患。尽管影响火焰检测效果的因素还有探头位置、煤质的好坏等等，还是应在进一步观察积累的基础上（甚至找机会通过相关试验），尽快进行进一步必要调整，使之既能及时客观反映炉膛内燃烧工况，当燃烧工况恶化时"正确"动作，又能避免不必要的"误动"。这个"度"很难把握，是个两难的问题，掌握好这个"度"也需要实践积累的过程。
此外，如果资金、时间允许，在充分调研、论证的基础上，应对目前的火检系统进行完善改造。如改为图象火检系统。或者，仍采用可见光原理的火检探头，但应增加数量，改变安装位置或探头前段结构，使之尽量作到单火嘴鉴别。在此基础上，可完善FSSS制粉系统联锁，就可做到单台制粉系统火焰燃烧工况恶化时联锁停单台制粉系统。
4 结束语
综上所述，目前1#、2#、3#、4#炉火检装置及炉压取样装置现状为：
●已将火检延时均恢复至出厂缺省设置状态；
●对各支火检探头"有火"的判定值（频率、强度的"门槛"）在火检处理板内稍做调整--频率"门槛"由6改为9；强度"门槛"由20改为30；
●取消了2#炉的负压取样装置。
通过前面的阐述，就京能热电2003年#2机组接连出现的几次"炉膛正压大"保护异常工况进行了进一步分析与思考，并从不同角度提出了一些看法，希望起到"抛砖引玉"的作用。
而如何提高热工保护--尤其是"全炉膛灭火"与"炉膛正（负）压大"及FSSS系统的可靠性，使之既能在必要时"正确"动作，又能避免不必要的"误动"，仍然是一个需要我们在实践中不断探索与思考的课题。
注：2.5S系根据火检设备制造厂（哈尔滨中能自动化设备有限公司）2002年7月18日传真（《火检参数6d、7d设定值对应无火延时》）得出。但是，根据哈尔滨中能自动化设备有限公司的《ZFDZ系列火焰检测装置使用说明书》2-（4）节--"ZFDZ系列火焰检测装置具备反时限特性，对于判断火焰有无的延时能根据火焰变化的速率自动调节"。2.5S仅供参考。后与中能公司核实为在"信号处理延时"与"无火延时"两种延时的作用下最大可为3.2S。而火检装置的缺省设置为0.5S~2.3S
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