(哈尔滨锅炉厂有限责任公司 黑龙江 150046)
摘要：对锅炉灭火保护来说，防止保护系统的拒动和误动有着同等的重要性。完善的锅炉灭火保护系统是保证锅炉安全正常运行的关键。防止锅炉炉膛爆燃是锅炉安全保护的核心问题之一，而锅炉灭火保护又是炉膛防爆的重点内容，保护配置涉及燃烧方式、燃料特性、燃烧器布置特点，装置性能等一系列的因素。
关键词：燃煤锅炉；炉膛灭火保护；逻辑
燃煤锅炉炉膛火焰的安全性是非常重要的，如果发生全炉膛灭火，若继续向炉膛投送煤粉，当煤粉达到一定浓度则可能发生爆燃，造成严重的经济损失。所以全炉膛灭火保护是炉膛安全监控系统重要的组成部分。火焰检测器是监视炉膛火焰的主要设备，通过对MFT动作后，系统将自动停止全部给煤机、磨煤机、一次风机及冷、热风门。动作结果将切断全部燃料，并维持一定风量进行炉膛吹扫。
一、燃烧方式
某锅炉厂制造的改型CE四角切圆燃煤锅炉，采用直吹式制粉系统，备每台磨对应每层煤粉喷嘴，点火及助燃油为0号柴油。燃料系统配置如图所示。
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电厂锅炉采用的燃烧方式为同心反切圆燃烧，炉内空气动力工况是通过4角射流形成的，二次风射流沿一次风射流相反的旋转方向射入炉膛，一次风煤粉流沿其轴线进入炉膛后，由于炉内旋转火焰工况，上角煤粉火焰横向冲刷下角煤粉射流的根部，对下角煤粉射流起到引燃的作用。而对于整个炉膛区域而言，火焰相对集中于燃烧器区域，上、下层火焰间也体现出互补特性，下层火焰对上层煤粉燃烧起到助燃作用，下层煤粉的燃烧通过上层火焰得以充分发展，上、下层煤粉燃烧成为一个整体。因此，为保证切圆燃烧稳定，在不投油的工况下，至少两层相邻层煤粉投入燃烧。由分析可知煤粉切圆燃烧体现为一个整体，而油枪投入的工况则有所不同。由于0号柴油的着火点低，火焰短，其燃烧局限于相对应的油枪燃烧器喷口附近，单角可通过自身火焰提供持续着火能量，邻角之间几乎不存在相互支持。从投油工况看，油枪的投入对煤粉中心切圆结构不会造成直接的影响，其作用在于提高相应燃烧器区域的炉膛温度，使得煤粉射流在离开燃烧器的一个较短的距离内着火，当煤粉射流离开这一区域后，其燃烧则是在旋转火球区内进行。
二、炉膛灭火保护
系统所配置的炉膛灭火保护逻辑是按照煤粉锅炉四角切圆燃烧系统特点设置的。在正常工况下，即使局部区域内的煤粉着火无法通过自我火焰进行维持，仍可以依靠各区域间火焰之间的相互支持，使得煤粉燃烧得以维持。当各煤粉燃烧区相互间无法提供足够着火能量以维持持续燃烧时，应采取相应的助燃措施维持燃烧，否则在发生局部灭火或者全炉膛灭火时，保护系统应发出主燃料跳闸MFT指令。在油燃料跳闸（Oil Fuel Trip，当运行的油枪火检失去，而油枪保护联锁失灵，油枪油角阀无法关闭的情况下，启动燃油跳闸保护，关闭燃油快关阀，切断燃油系统的供油，以保证炉膛的安全）保护逻辑中，油角阀关闭信号作为断油信号的判据之一，而现场所用的油角阀为三位制阀门一开启位置、吹扫位置、关闭位置，事实上油角阀在吹扫位置时，燃油已被切断，故建议把油角阀的吹扫位置也作为油枪断油信号来处理。
1、煤层灭火信号逻辑。该信号逻辑以3/4煤火检是否成立作为灭火判据，同时把AB层油枪是否有3只及以上处于运行状态作为判据的限制条件（所谓运行状态即油枪投入，相应油火检正常，油流量开关动作）。这一限制条件的依据在于所采用的煤粉点火器（即油枪）为I级点火器，因而当油枪处于动力运行状态。达到I级点火器出力要求时，相应的煤粉燃烧器的煤粉着火就具备了足够的外部点火能量。此时的煤粉燃烧所需的着火能量可完全由油枪提供，而无需通过自身或邻角火焰支持，因此相应的煤火检可不再作为灭火信号的依据。当AB层油枪出力不足，或者油火焰消失，而未处于运行状态时，则AB层煤粉失去了外部点火能量。此时，根据切圆燃烧的特点，煤粉的点火能量主要来源于自身及邻角煤粉火焰的支持，因而一旦发生两个角及以上无火时，煤粉切圆燃烧的结构被破坏，所以必须发出灭火信号。
2、油灭火信号逻辑。油灭火信号逻辑中把AB层任一油角阀开启作为油灭火判据的限制条件，在全炉膛灭火保护中考虑油层灭火信号，当系统运行工况为： AB两台磨煤机运行，C、D、E磨停运，AB层煤火检正常。这种工况的存在，体现了油层灭火逻辑内在的矛盾性：一方面油枪的投入起到助燃作用，为煤粉着火提供外部点火能量，有利于煤粉燃烧；另一方面由于油枪投入又造成灭火信号的成立。
在煤粉燃烧器与油枪燃烧器在炉膛燃烧中的作用以及燃烧方式完全不同，两者投用方式也不相同：每层4角煤粉喷嘴由一台磨煤机提供煤粉，并且随着相应磨煤机的启停，同时投入及撤出，与煤粉的燃烧方式一样体现了整体的特点。而各角油枪采用逐只投入方法，且每一层可有不同的投用组合。灭火保护的实质，是为了防止进入炉膛的燃料未能及时着火燃烧，造成炉膛内可燃物富积，从而导致炉膛爆燃。油层灭火信号分为：一层投入的油枪少于3只，但投入的油枪均处于正常投入，此时若该层煤粉燃烧处于正常状态，但灭火保护中该燃烧器层灭火判据成立，这种情况属于误发信号；第二种工况是一层油枪投入后，发生油枪熄火工况，使正常投人的油枪少于3只。第二种工况发生时，系统将启动相应的油枪灭火保护联锁，自动将熄火油枪退出，从而转变为第一种工况；当保护联锁失灵时，由于熄火油枪未能退出，使得未着火的燃油喷入炉膛，此时如其他燃烧器层未全部发出灭火信号，则全炉膛保护不会启动，熄火油枪的燃油无法切断，因此即使灭火保护发出该层层灭火信号，也起不到保护的作用，阻止未点燃的燃油喷入炉膛。
从分析看出，把油层灭火信号作为灭火保护的层灭火判据，无法起到实质的效果，反而会导致误发信号，造成保护误动的可能。因此如果在逻辑中不考虑油层灭火信号的话，全炉膛灭火保护的配置是不满足标准所规定的全炉膛灭火保护的全部功能。根据炉内燃烧的特点，把燃烧工况分为单纯煤粉燃烧及油煤棍烧两种工况。在单纯煤粉燃烧的工况下，由于没有外部点火能量的支持，煤粉的着火能量来源于自身及相邻火焰的支持，此时一层中若发生两个角及以上煤火焰消失，逻辑判断为煤粉在这一层中失去了点火能量，发出该层灭火信号；而4层均发生灭火信号时，炉膛火球无法维持其燃烧结构，全炉膛灭火保护动作，与原有逻辑相同。在油煤混烧的工况下以下分析。
（1）层灭火信号发生时，油枪火检消失，油枪<3/4运行状态，此时在外部点火能量消失的情况下，煤火检信号消失，从而煤灭火信号成立，导致层灭火信号发信；当四层灭火信号均发信时，逻辑启动全炉膛灭火保护。
（2）如果各角油枪出力不足，逻辑判断为油枪<3/4动力运行，煤粉失去外部点火能量，此时若层煤粉火焰发生熄火工况，煤灭火信号成立。
（3）当油枪出力达到要求时，此时如发生煤火焰不稳定工况（2/4及以上火焰消失），逻辑判断外部点火能量具备，则将煤层火检信号封存，层灭火信号不动作。
（4）当煤火焰正常，单只油火检消失时，与之相对应的单只油枪灭火保护联锁动作，失去火检的油枪自动退出。如要考虑单只油枪灭火保护联锁失灵的情况，在油燃料跳闸下，原有保护逻辑中的功能依然可以全部实现，从而避免了由于逻辑结构的缺陷而造成的保护误动或拒动。
全炉膛灭火是触发MFT的重要条件，所以此逻辑的设计对锅炉保护是非常重要的，但有的设计只是采用所有火检无火来简单的判断，是不合理的。必须针对锅炉燃烧的特点，对其进行逻辑判断，才能真正达到锅炉保护的目的。
参考文献：
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[2] 张曾扬 主编. 燃煤锅炉现代制造膛灭火保护技术[J]. 火力发电技术，2017.8
[3] 辛企明，沙定国.新型光学零件及燃煤锅炉制造技术[J].光学光电子行业2017.4
论文作者:王金秋,陆家龙
论文发表刊物:《电力设备》2019年第20期
论文发表时间:2020/3/3
标签：炉膛论文; 煤粉论文; 工况论文; 信号论文; 锅炉论文; 火焰论文; 逻辑论文; 《电力设备》2019年第20期论文;