循環(huán)流化床(Circulating Fluid Bed ，以下簡(jiǎn)稱(chēng)CFB)鍋爐技術(shù)作為一種清潔燃煤技術(shù)，由于其排放污染低、燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高及負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，得到了迅猛的發(fā)展，使CFB 鍋爐日趨大型化，大型循環(huán)流化床（CFB）鍋爐機(jī)組的安全運(yùn)行和熱工跳閘保護(hù)也使大家更為關(guān)注。下面以神華準(zhǔn)能矸電二期2×330MW循環(huán)流化床機(jī)組工程為例，說(shuō)明該工程鍋爐跳閘(Boiler Trip ，以下簡(jiǎn)稱(chēng)BT)和主燃料跳閘（Main Fuel Trip ，以下簡(jiǎn)稱(chēng)MFT）設(shè)計(jì)，以及鍋爐跳閘（BT）和主燃料跳閘（MFT）在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。
神華準(zhǔn)能矸電二期2×330MW空冷機(jī)組，配套建設(shè)東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)300MW等級(jí)的亞臨界CFB鍋爐，兩臺(tái)凝汽式汽輪機(jī)、兩臺(tái)水氫氫發(fā)電機(jī)、兩臺(tái)離心式一次風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)離心式二次風(fēng)機(jī)、三臺(tái)高壓流化風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)離心式引風(fēng)機(jī)、十臺(tái)給煤機(jī)、一座石灰石粉倉(cāng)及其它輔助系統(tǒng)和設(shè)備。鍋爐主要由一個(gè)膜式水冷壁爐膛，三臺(tái)冷卻式旋風(fēng)分離器和一個(gè)由汽冷包墻包覆的尾部豎井三部分組成。 鍋爐有十個(gè)給煤口全部布置于爐前，爐膛底部是由水冷壁管彎制圍成的水冷風(fēng)室，水冷風(fēng)室兩側(cè)布置有一次熱風(fēng)道，進(jìn)風(fēng)型式為從風(fēng)室兩側(cè)進(jìn)風(fēng)，空預(yù)器一二次風(fēng)出口均在兩側(cè)。爐膛下部左右側(cè)的一次風(fēng)道內(nèi)分別布置有兩臺(tái)點(diǎn)火燃燒器，爐膛密相區(qū)水冷壁前后墻上還分別各設(shè)置了兩支床上助燃油槍。六個(gè)排渣口布置在爐膛后水冷壁下部，對(duì)應(yīng)六臺(tái)滾筒式冷渣器。機(jī)組DCS系統(tǒng)采用杭州和利時(shí)公司的MACSV系統(tǒng)。
本工程熱工跳閘保護(hù)設(shè)有主燃料跳閘（MFT）和鍋爐跳閘（BT），在鍋爐電子設(shè)備間內(nèi)設(shè)有BT跳閘繼電器柜和MFT跳閘繼電器柜。
1、主燃料跳閘（MFT）
主燃料跳閘（MFT）主要指鍋爐的安全運(yùn)行條件不滿足，或爐內(nèi)燃燒工況惡化，而發(fā)出相應(yīng)指令快速切斷所有通往爐膛的燃料并引發(fā)必要的聯(lián)鎖動(dòng)作，以保護(hù)鍋爐本體、其他設(shè)備和人員的安全。CFB鍋爐的MFT 不同于煤粉爐的MFT，這是因?yàn)榧词骨袛嗨腥剂陷斎?，CFB鍋爐內(nèi)可能還存有大量未燃燼的燃料，并隨著物料循環(huán)繼續(xù)燃燒，所以對(duì)于CFB鍋爐來(lái)說(shuō)，MFT并不等同于停爐。
1.1 大型流化床鍋爐MFT的條件
主燃料跳閘（MFT）的條件邏輯如下圖一：
根據(jù)圖一主燃料跳閘條件，只要其中任意一條件成立即應(yīng)立即引起MFT，主要考慮如下：
（1）床溫大于990℃床溫過(guò)高，床料有可能?chē)?yán)重結(jié)焦，CFB鍋爐一旦結(jié)焦是非常難處理的，而且損失非常大。本工程在爐膛前后墻下部水冷壁上各布置有云潤(rùn)儀表制造有限公司生產(chǎn)的耐磨熱電偶16支，以滿足床溫的監(jiān)測(cè)，鍋爐廠設(shè)計(jì)正常的床溫運(yùn)行范圍為790-920℃，運(yùn)行時(shí)應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視床溫，并使鍋爐運(yùn)行在這一溫度范圍，床溫的高值報(bào)警點(diǎn)為975℃，溫度達(dá)990℃時(shí)，主燃料自動(dòng)被切除（MFT）。
（2）總風(fēng)量小于25%
總風(fēng)量過(guò)低會(huì)造成燃料在爐膛內(nèi)積聚，330MW循環(huán)流化床一次風(fēng)、二次風(fēng)風(fēng)量測(cè)量裝置采用熱式流量計(jì)，冗余設(shè)置，以滿足風(fēng)量測(cè)量的準(zhǔn)確性。
（3）床溫小于600℃
當(dāng)床溫小于600℃時(shí)，如果沒(méi)有啟動(dòng)油槍投入，將觸發(fā)MFT，以防止繼續(xù)向爐膛投入燃料，造成滅火。
（4）燃料喪失
當(dāng)任意給煤機(jī)、任意床下啟動(dòng)油槍、任意床上助燃油槍切斷并且床溫小于600℃時(shí)，燃料喪失標(biāo)志被置位，主燃料跳閘條件成立。
（5）風(fēng)道燃燒器連續(xù)兩次點(diǎn)火失敗
床下水冷風(fēng)室入口方向兩側(cè)各裝有一個(gè)風(fēng)道燃燒器，在每個(gè)風(fēng)道燃燒器入口側(cè)裝有兩套床下啟動(dòng)油槍?zhuān)ㄉ舷虏贾茫仩t啟動(dòng)時(shí)床下啟動(dòng)油槍將空預(yù)器來(lái)的一次風(fēng)加熱后送入水冷風(fēng)室。為了防止風(fēng)道燃燒器點(diǎn)火失敗后，燃油在風(fēng)道和風(fēng)室內(nèi)積聚，應(yīng)該對(duì)風(fēng)道吹掃一段時(shí)間后才允許再次點(diǎn)火。為了進(jìn)一步防止誤操作，將風(fēng)道燃燒器連續(xù)兩次點(diǎn)火失敗作為MFT 的跳閘條件之一，風(fēng)道燃燒器連續(xù)兩次點(diǎn)火失敗定義為在兩分鐘內(nèi)發(fā)生兩次床下啟動(dòng)油槍點(diǎn)火失敗。
（6）煙氣含氧量低低
煙氣含氧量低時(shí)在DCS系統(tǒng)報(bào)警，煙氣含氧量低低時(shí)表明燃料在爐膛內(nèi)缺氧燃燒，甚至滅火，應(yīng)該立即切斷燃料，發(fā)生主燃料跳閘條件。
（7）爐膛壓力高高或低低
爐膛壓力高1值或低1值時(shí)在DCS系統(tǒng)報(bào)警，爐膛壓力高2值或低2值時(shí)直接觸發(fā)MFT(不延時(shí))，本工程還設(shè)有爐膛壓力高3值和低3值，發(fā)生條件時(shí)直接跳送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)，以保證爐膛安全。
（8）鍋爐跳閘（BT）
鍋爐跳閘將聯(lián)鎖導(dǎo)致MFT，但MFT 不聯(lián)鎖觸發(fā)鍋爐跳閘。
（9）汽輪機(jī)跳閘
汽輪機(jī)跳閘為保證主汽和再熱汽壓力不要過(guò)高應(yīng)導(dǎo)致鍋爐側(cè)燃料切斷。
1.2 MFT聯(lián)鎖跳閘設(shè)備
MFT聯(lián)鎖跳閘設(shè)備邏輯如下圖二：
其中切鍋爐本體風(fēng)量調(diào)門(mén)為手動(dòng)主要是燃料輸入突然停止可能造成爐膛壓力波動(dòng)，所以MFT時(shí)將鍋爐本體二次風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板、床下一次風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板、高壓流化風(fēng)量調(diào)節(jié)擋板切為手動(dòng)控制，并保持原位。
2、鍋爐跳閘（BT）
鍋爐跳閘是指鍋爐的安全運(yùn)行條件不滿足，需要立即停爐，降低燃燒率。對(duì)于CFB鍋爐，MFT切除燃料后并不一定能停止鍋爐內(nèi)的燃燒工況，大量未燃燼的燃料會(huì)隨著物料循環(huán)持續(xù)燃燒放熱。只有切除一次風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)，停止床料流化，同時(shí)切除所有燃料才能最大程度的降低燃燒率。
2.1 鍋爐跳閘（BT）的條件
鍋爐跳閘（BT）的條件邏輯如下圖三：
BT的條件
根據(jù)圖三鍋爐跳閘條件，只要其中任意一條件成立即應(yīng)立即引起B(yǎng)T，主要考慮如下：
（1）爐膛壓力高高或低低
爐膛壓力高高信號(hào)和低低信號(hào)分別來(lái)自爐膛出口的3個(gè)云南昌暉儀表制造有限公司生產(chǎn)爐膛負(fù)壓變送器，信號(hào)分別采用3取2冗余配置，與MFT條件不同的是延時(shí)后發(fā)生BT。
（2）汽包水位高高或低低
汽包水位高高信號(hào)來(lái)自3個(gè)平衡容器通過(guò)差壓變送器輸出，由DCS 程序完成汽包水位換算后得出3個(gè)水位信號(hào)，3個(gè)水位信號(hào)取高值判定后得出3個(gè)獨(dú)立的水位高高信號(hào)，信號(hào)采用3取2冗余配置，汽包水位低低信號(hào)與高高信號(hào)相同，取自相同的信號(hào)源。
（3）兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)跳閘
（4）兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)跳閘（5）兩臺(tái)二次風(fēng)機(jī)跳閘
（6）三臺(tái)高壓流化風(fēng)機(jī)跳閘
（7）任意J閥總流化風(fēng)量低低
據(jù)鍋爐廠設(shè)計(jì)，每個(gè)J 閥回料器上布置有10個(gè)充氣噴嘴，有8個(gè)測(cè)風(fēng)裝置來(lái)測(cè)量每一路高壓流化風(fēng)的風(fēng)量。為了判斷J閥回料器內(nèi)的回料狀態(tài)，取回料器的3個(gè)流化風(fēng)室風(fēng)量的總和，通過(guò)低值判斷來(lái)判定回料異常。任意J閥回料器回料異常都會(huì)導(dǎo)致鍋爐跳閘。本處風(fēng)量測(cè)量裝置選用了整體式文丘里噴嘴風(fēng)量測(cè)量裝置。
（8）蒸汽阻塞
當(dāng)汽輪機(jī)高壓缸或者中壓缸進(jìn)氣切斷，并且高壓旁路和低壓旁路沒(méi)有打開(kāi)時(shí)。如果鍋爐燃料輸入熱量>20%MCR，就延時(shí)10秒跳閘鍋爐，如果鍋爐燃料輸入熱量<20%MCR，就延時(shí)180秒跳閘鍋爐，此數(shù)值可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工程情況進(jìn)行設(shè)定。
（9）給水泵停且床溫高
床溫>600℃時(shí)，如果給水泵全跳閘，就會(huì)引發(fā)鍋爐跳閘。
（10）DCS 電源故障
（11）鍋爐跳閘按鈕信號(hào)在集控室操作臺(tái)設(shè)有鍋爐跳閘緊急停爐雙按鈕，供緊急情況下使用，保證機(jī)組和操作人員的安全。
2.2 BT聯(lián)鎖跳閘設(shè)備
BT聯(lián)鎖跳閘設(shè)備邏輯如下圖四：
（1）跳閘一次風(fēng)機(jī)
（2）跳閘二次風(fēng)機(jī)
（3）關(guān)閉定期排污閥
鍋爐跳閘后，隨著燃燒率的迅速下降，汽包水位擾動(dòng)可能會(huì)加大，所以聯(lián)鎖關(guān)閉定期排污閥，定期排污的程控應(yīng)禁止操作。
（4）關(guān)閉過(guò)熱器減溫噴水閥
為了防止汽機(jī)進(jìn)水，應(yīng)聯(lián)鎖關(guān)閉過(guò)熱器一級(jí)和二級(jí)減溫配水閥。
（5）關(guān)閉再熱器減溫噴水閥
為了防止汽機(jī)進(jìn)水，聯(lián)鎖關(guān)閉再熱器減溫噴水閥和事故減溫噴水閥。
（6）跳閘吹灰系統(tǒng)
鍋爐跳閘后，吹灰氣源中斷，所以聯(lián)鎖跳閘吹灰程控系統(tǒng)。
（7）關(guān)閉連續(xù)排污閥
3、問(wèn)題探討
在鍋爐跳閘（BT）柜和主燃料跳閘（MFT）柜設(shè)計(jì)過(guò)程中也遇見(jiàn)了一些問(wèn)題，下面會(huì)結(jié)合上文所述及作者自身經(jīng)驗(yàn)對(duì)于設(shè)計(jì)鍋爐跳閘（BT）柜和主燃料跳閘（MFT）柜常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單探討。
3.1 鍋爐跳閘按鈕信號(hào)
通常，在煤粉爐設(shè)計(jì)中，操作臺(tái)上僅設(shè)計(jì)主燃料跳閘（MFT）按鈕，在緊急情況下供運(yùn)行人員操作，而在CFB鍋爐中設(shè)計(jì)比較有爭(zhēng)議，如在已投運(yùn)的某些電廠中在集控室操作臺(tái)上有的既設(shè)有鍋爐跳閘（BT）按鈕又設(shè)有主燃料跳閘（MFT）按鈕，在本工程中操作臺(tái)上僅設(shè)有鍋爐跳閘（BT）按鈕，設(shè)計(jì)過(guò)程中征求了該廠生產(chǎn)運(yùn)行人員的意見(jiàn)，主要考慮，鍋爐跳閘將聯(lián)鎖導(dǎo)致MFT，但MFT不聯(lián)鎖觸發(fā)鍋爐跳閘，僅設(shè)置鍋爐跳閘（BT）按鈕防止運(yùn)行人員在緊急情況下發(fā)生誤操作現(xiàn)象，鍋爐的安全運(yùn)行條件不滿足，需要立即停爐，降低燃燒率，通過(guò)操作臺(tái)按鈕實(shí)現(xiàn)，主燃料跳閘（MFT）由DCS畫(huà)面實(shí)現(xiàn)操作。
3.2 鍋爐跳閘是否聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)和高壓流化風(fēng)機(jī)保護(hù)邏輯
本工程設(shè)計(jì)中，鍋爐跳閘聯(lián)跳一次風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)，停止?fàn)t膛內(nèi)的物料循環(huán)，而不聯(lián)跳引風(fēng)機(jī)和高壓流化風(fēng)機(jī)，其中僅跳一臺(tái)引風(fēng)機(jī)，目的是保持爐內(nèi)的煙氣循環(huán)、使鍋爐熱負(fù)荷下降、并使其具備熱啟動(dòng)條件和防止床層高溫結(jié)焦。在鍋爐本體另設(shè)有爐膛壓力高3值和低3值，爐膛壓力低3值通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)3取2獲取，具備條件觸發(fā)引風(fēng)機(jī)跳閘，爐膛壓力高3值通過(guò)壓力開(kāi)關(guān)3取2獲取，主要判斷MFT動(dòng)作后爐膛壓力過(guò)高觸發(fā)二次風(fēng)機(jī)跳閘，高壓流化風(fēng)機(jī)應(yīng)一直運(yùn)行到回料器被冷卻到250℃以下停止運(yùn)行。在某些工程實(shí)施中，有工程將鍋爐跳閘直接聯(lián)跳所有風(fēng)機(jī)，主要考慮鍋爐跳閘后聯(lián)跳所有風(fēng)機(jī)，使其鍋爐保證在原有狀態(tài)不向擴(kuò)大事故方向發(fā)展，但由于CFB鍋爐的特殊性，床內(nèi)堆積大量的燃料，爐內(nèi)處于缺氧燃燒狀態(tài)，一氧化碳會(huì)積聚增加，也存在很大危險(xiǎn)，而且一氧化碳過(guò)多也不易于鍋爐熱態(tài)啟動(dòng)，由于300MW級(jí)循環(huán)流化床機(jī)組在世界范圍內(nèi)投運(yùn)時(shí)間不長(zhǎng)， 運(yùn)行調(diào)整經(jīng)驗(yàn)不是很成熟， 控制邏輯還存在一些不夠合理和完善的地方，這需要我們積累經(jīng)驗(yàn)、深入分析， 結(jié)合機(jī)組的實(shí)際情況對(duì)機(jī)組的控制邏輯做出相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。
3.3 鍋爐聯(lián)跳汽輪機(jī)的判斷條件
在以往煤粉爐設(shè)計(jì)中，鍋爐跳閘即聯(lián)跳汽輪機(jī)，但300MW級(jí)循環(huán)流化床鍋爐在爐膛和外置床內(nèi)有大量的熱床料，蓄熱量非常大，鍋爐跳閘后在一定時(shí)間內(nèi)仍能保持主汽流量和蒸汽品質(zhì)，所以鍋爐跳閘后并不一定要跳汽輪機(jī)，如果能在短時(shí)間內(nèi)排除鍋爐側(cè)故障，這期間汽輪機(jī)可以不用解列。從已投運(yùn)的300MW參考電廠的實(shí)際運(yùn)行看，因?yàn)殄仩t內(nèi)大量的熱量蓄積，運(yùn)行中曾出現(xiàn)鍋爐跳閘后5個(gè)多小時(shí)汽輪機(jī)仍保持并網(wǎng)運(yùn)行，所以，針對(duì)300MW級(jí)循環(huán)流化床鍋爐的特點(diǎn)，如果既考慮保證機(jī)組安全，又盡量利用CFB鍋爐的優(yōu)點(diǎn)，盡量減少停機(jī)，就可給電廠減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此建議增加鍋爐聯(lián)跳汽輪機(jī)的判斷條件，如可增加：主汽溫度低于430℃報(bào)警、主汽溫度變化率高(5℃/min)報(bào)警、主汽溫度變化率低(-5℃/min)報(bào)警、主汽溫度過(guò)熱度低(120℃)報(bào)警和主汽溫度過(guò)熱度低低(100℃)報(bào)警，以便在鍋爐跳閘后主蒸汽品質(zhì)不高時(shí)及時(shí)停機(jī)。根據(jù)各個(gè)電廠煤質(zhì)情況、運(yùn)行人員習(xí)慣，運(yùn)行人員也可以根據(jù)自己電廠實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置聯(lián)跳汽輪機(jī)條件。
結(jié)束語(yǔ)
神華準(zhǔn)能矸電二期2×330MW循環(huán)流化床機(jī)組工程鍋爐跳閘（BT）和主燃料跳閘（MFT）設(shè)計(jì)是在東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程中和設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)上不斷修改、補(bǔ)充、完善而最終形成的，調(diào)試成功后為今后大型循環(huán)流化床（CFB）鍋爐機(jī)組鍋爐熱工跳閘保護(hù)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)參考依據(jù)。
