（神华亿利能源有限责任公司电厂 内蒙古达拉特旗 014300）
摘要：本文通过分析锅炉主保护MFT、BT保护存在的缺陷和隐患，结合《防止电力生产事故二十五项反错》要求,对锅炉主保护相关的DCS系统控制逻辑进行优化完善，进而提高锅炉主要保护的可靠性，以达到机组安全稳定运行的目的。
关键字： 锅炉主保护 MFT BT 逻辑优化
1 引 言
1.1 锅炉设备概述
我厂SG-690/13.7-M451锅炉为上海锅炉厂有限责任公司生产的超高压、一次中间再热、单锅筒自然循环、集中下降管、平衡通风、岛式紧身封闭布置、炉顶设置轻型钢屋盖、全钢架支吊结合的循环流化床锅炉。锅炉采用高温绝热旋风分离器进行气固分离，运转层标高为10m。锅炉本体钢架由三跨组成，第一跨布置炉膛，第二跨布置高温绝热旋风分离器、“U”型返料器，第三跨布置尾部烟道。
锅炉采用平衡通风，炉膛的压力零点设置在旋风分离器进口烟道内。循环流化床内物料的循环是由一次风机、二次风机和引风机建立和维持的。从一次风机出来的空气先后经由暖风器、一次风空气预热器加热后一路进入炉膛底部一次风室，通过布风板上的风帽使床料流化，并形成向上通过炉膛的固体循环。第二路从一次风室引出一根总风道至炉前，再从该总风道上引出6根支管至落煤管作为播煤风。第三路则从一次风机出口后的冷风道上引出一股高压冷风作为炉前落煤管和给煤机的密封风。二次风经由暖风器、二次风空气预热器加热后引至炉前，由二次风箱引出若干根支管，分两层从炉膛前、后墙和密相区的上部进入炉膛燃烧室，同时二次风作为床上油枪点火和油枪冷却用风。
锅炉采用循环流化床燃烧方式。在880℃左右的床温下（850—900℃为理想的脱硫温度区间），燃料和空气以及石灰石在炉膛密相区内混合，煤粒在流态化状态下进行燃烧并释放出热量，高温物料、烟气与水冷壁受热面进行热交换。石灰石在高温下煅烧生成CaO和CO2，CaO与燃烧生成的SO2反应生成CaSO4，实现炉内脱硫。烟气携带大量的物料自下而上从炉膛上部的后墙炉膛出口切向进入三个旋风分离器，在旋风分离器中进行烟气和固体颗粒的分离，分离后洁净的烟气由分离器中心筒出来依次进入尾部烟道里的包覆墙过热器、高温过热器（再热器）、省煤器和空气预热器，此时烟温降至140℃左右排出锅炉，经由低压旋转脉冲式布袋除尘器分离烟尘，最后洁净环保的烟气通过180米高的烟囱排向大气。被分离器捕捉下来的固体颗粒通过立管，由三个“U”型回料器直接回送到炉膛，从而实现循环燃烧。因此固体物料（灰、未燃烬碳、CaO 和 CaSO4）在整个循环回路内反复循环燃烧，脱硫剂的利用率大大提高。底灰（大渣）通过水冷滚筒冷渣器冷却至150℃以下排出。
1.2 锅炉主保护介绍
1.2.1 主燃料跳闸(MFT)
MFT（Main Fuel Trip）即主燃料（给煤）跳闸，也可理解为是一种状态，即停止向炉膛输送燃料和其他物料（主要指石灰石等脱硫剂）后，机组所处的状态。引发MFT的原因有许多，有的是因为事故，有的是因为要避免事故。无论引发MFT的原因是什么，并不意味着MFT是一种坏的结果，特别是对机组的安全而言。系统对引发MFT的第一原因(即MFT首出跳闸原因)进行记录。
1.2.2 锅炉跳闸(BT)
BT(Boiler Trip)即锅炉跳闸，是指锅炉的安全运行条件不满足,需要立即停炉,降低燃烧率及出力。对于循环流化床锅炉MFT切除燃料后并不一定能停止锅炉内的燃烧工况,大量未燃烬的燃料会随着物料循环持续燃烧放热。只有切除一次风机和二次风机,停止床料流化,同时切除所有燃料才能最大程度的降低燃烧率，来确保锅炉运行的安全。
1.2.3 炉膛安全监控系统(FSSS)
Furnace Safeguard Supervisory System，简称FSSS,对锅炉点火、燃烧器和油枪进行程序自动控制，防止锅炉炉膛由于燃烧熄火、过压等原因引起炉膛爆炸（外爆或内爆）而采取的监视和控制措施的自动系统。FSSS包括燃烧器控制系统（Burner Control System， 简称BCS）和炉膛安全系统（Furnace Safety System， 简称FSS）。
1.2.4 锅炉风机大联锁
1.2.5 机、炉、电大联锁
1).锅炉→汽机→发电机：当锅炉故障引起锅炉跳闸BT动作后，联锁主燃料MFT跳闸，主燃料MFT跳闸后当出现汽包水位高Ⅳ值（+300mm）动作 “或”主再热汽温下降速率超限保护动作，联锁汽轮机跳闸。
2).汽机→发电机、锅炉：当汽轮机故障跳闸(ETS)，联锁锅炉MFT跳闸，汽机跳闸对于发电机只发跳闸报警信号，不联锁跳闸发电机，只有当汽机主汽门全关且发电机程序逆功率保护动作延时1秒，引起发电机跳闸，或发电机逆功率保护动作延时60秒，联锁发电机跳闸。
3).发电机→汽机→锅炉：当发电机故障跳闸，联锁汽轮机跳闸，汽轮机跳闸联锁锅炉主燃料跳闸MFT动作，停运给煤机、石灰石输送及吹灰程控等设备。
4).若由于电网故障，220kV主变压器出口开关跳闸时，汽轮发电机带厂用电运行，此时需及时调整锅炉保持低负荷运行，此时若触发锅炉跳闸BT或锅炉主燃料MFT动作条件，且汽包水位高Ⅳ值（+300mm）动作“或”主再热汽温下降速率超限保护动作，机组将联锁停运。
图1. 机、炉、电大联锁控制原理图
2 锅炉主燃料跳闸MFT保护
2.1 锅炉主燃料跳闸MFT动作条件
1).汽机跳闸且负荷大于30%（60MW）。
2).床温高(＞980℃，延时3秒)。
3).床温低且负荷大于30% (＜600℃，延时3秒)。
4).炉膛压力低二值（-1780pa，延时2秒)。
5).炉膛压力高二值（+1520Pa，延时2秒)。
6).炉膛总风量＜25%（＜150KM3/H，延时2秒)。
7).一次风量流量低越限(＜90KM3/H,延时30秒)。
8).锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）系统电源失电保护（硬回路保护）。
9).锅炉跳闸（BT）。
图2. MFT主燃料跳闸辅助逻辑1优化前
2.2 锅炉主燃料跳闸MFT联锁跳闸设备
2.2.1 MFT跳闸柜内硬接线回路联动的设备
1).停止A、B、C、D、E、F给煤机的运行。
2).关闭A、B、C、D、E、F油角阀。
3).停止A、B、C、D冷渣器的运行。
4).关闭炉前供、回油快关阀。
5).关闭过热器、再热器减温水调门/电动总门。
6).送信号到ETS（“与”汽包水位高Ⅳ值“或”主再热汽温下降速率超限联锁汽轮机跳闸）。
7).送信号到吹灰系统（停运吹灰程控）。
2.2.2 MFT跳闸DCS控制软逻辑联动的设备
1).送三个开关量信号MFT1、MFT2、MFT3到FSSS跳闸柜（三取二）。
2).A、B、C、D、E、F给煤机切手动，并停止运行。
3).关闭A、B、C、D、E、F油角阀，并禁止油角阀吹扫。
4).停止A、B、C、D冷渣器的运行。
5).关闭炉前供、回油快关阀。
6).关闭过热器、再热器减温水调门、电动总门。
7).关闭吹灰气源总门，禁止吹灰，吹灰程序复归。
8).联锁石灰石给料机跳闸。
9).复位炉膛吹扫完成，发炉膛吹扫请求。
10).MFT动作后机组自动切手动的有：一次风机变频控制切手动、左右侧再热器烟气挡板切手动、AB引风机入口挡板切手动、汽机主控切手动。
3 锅炉跳闸BT保护
3.1锅炉跳闸BT动作条件
1).手动锅炉跳闸。
2).一次风机全停(延时2秒)。
3).二次风机全停(延时60秒)。
4).引风机全停(延时2秒)。
5).流化风机全停(延时30秒)。
6).炉膛压力低三值（-2290pa，延时2秒)。
7).炉膛压力高三值（+2540Pa，延时2秒)。
8).汽包水位高三值（≥+210mm, 延时5秒)。
9).汽包水位低三值（≤-230mm, 延时10秒)。
3.2.锅炉跳闸BT联锁跳闸设备
1).一次风机跳闸。
2).二次风机跳闸。
3).跳一台电流大引风机。
4).锅炉MFT动作。
5).关闭过热器、再热器减温水电动总门。
图3. BT跳闸逻辑优化前
4 锅炉主保护MFT、BT存在隐患分析
4.1 MFT保护
如图2所示，机组DCS控制系统锅炉主保护MFT锅炉总风量低（< 25%MCR）保护信号由MCS计算产生，然后通过硬接线送到FSSS系统，在FSSS中逻辑计算产生开关量信号中未设计信号品质监视，易发生保护信号误动，给机组带来安全隐患。
4.2 BT保护
如图3所示，DCS控制系统锅炉主保护BT系统中涉及的高压流化风机、引风机、二次风机、一次风机全停信号均为单点信号，该信号取至风机断路器状态点SOE信号，存在信号误动误发风险。
5 锅炉主保护MFT、BT逻辑优化
根据《防止电力生产事故二十五项反错》要求，关于模拟量信号可靠性预控措施，所有重要的模拟量输入信号必须采用“坏值”（开路、短路、超出量程上限或低于量程下限规定值）等方法对信号进行“质量”判别。在有条件的情况下，还应采用相关参数来判别保护信号的可信性，并及时发出明显的报警。为减少因接线松动、元件故障引起的信号突变而导致系统故障的发生，参与控制、保护联锁的缓变模拟量信号，应正确设置变化速率保护功能。当变化速率超过设定值时，自动屏蔽该信号的输出，使该信号的保护不起作用，并输出声光报警提醒运行人员。当信号恢复且低于设定值时，应自动解除该信号的保护屏蔽功能，通过人员手动复归屏幕报警信号。
5.1 对送入FSSS系统的的锅炉总风量信号增加信号品质逻辑判断功能，是风量信号品质取“非”与风量低限相“与”作为锅炉总风量低限判断信号。（见图4）
图4. MFT主燃料跳闸辅助逻辑优化后
5.2 通过对机组DCS控制系统锅炉主保护BT系统中涉及的高压流化风机、引风机、二次风机、一次风机全停信号进行逻辑判断优化，将风机停止状态使用相关信号（停止、非运行、运行电流低限）实现三重化判断逻辑，即采用停止、运行取非、电流低限三取二综合判断风机的停运，来提高保护信号的可靠性。其中风机停止状态为SOE点， 电流信号取风机运行电流信号，电流低限判断限值为电流量程的2%。优化后逻辑图见图5、图6。
图5. BT跳闸逻辑优化后
图6. 锅炉BT主保护风机全停信号判断
6 结束语
本文通过对亿利电厂4*200MW CFB机组锅炉主保护功能介绍，分析锅炉主保护存在隐患，结合实际，对锅炉MFT及BT主保护在DCS系统进行逻辑优化，在MFT保护优化中，主要优化炉膛压力越限后触发MFT动作条件，根据《防止电力生产事故二十五项反错》要求，关于模拟量信号可靠性预控措施，所有重要的模拟量输入信号必须采用“坏值”对信号进行“质量”判别，增强了MFT保护的可靠性。对于BT保护优化，主要是针对风机停止单点信号增加辅助的证实信号，降低了单点保护勿动的风险，增加了BT保护的可靠性。为机组安全稳定运行提供了更加有利的条件，同时在事故工况下，保证锅炉主要保护动作的可靠性。
7 参考文献
【1】《防止电力生产事故二十五项反错》.国家电力公司
【2】《火电厂热控系统可靠性配置与事故预控》.中国电力出版社
【3】《北京国电智深控制有限公司》.DCS系统EDPF NT PLUS 说明书
论文作者:刘海兵
论文发表刊物:《电力设备》2018年第15期
论文发表时间:2018/8/21
标签：锅炉论文; 炉膛论文; 信号论文; 风机论文; 联锁论文; 燃料论文; 动作论文; 《电力设备》2018年第15期论文;