王彩琴，盧冬冬

（山鋼股份萊蕪分公司自動(dòng)化部，山東萊蕪　271104）

萊鋼170 t鍋爐安全防護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化與改進(jìn)

王彩琴，盧冬冬

（山鋼股份萊蕪分公司自動(dòng)化部，山東萊蕪271104）

通過(guò)增加鍋爐語(yǔ)音報(bào)警、鍋爐自動(dòng)吹掃和MFT跳閘等功能，對(duì)萊鋼黃前區(qū)170 t鍋爐安全系統(tǒng)進(jìn)行了完善和改進(jìn)，并研發(fā)了緊急狀態(tài)快速切斷保護(hù)系統(tǒng)，在異常情況下能安全停機(jī)，避免設(shè)備損害，延長(zhǎng)鍋爐及主要設(shè)備的的壽命，降低故障停機(jī)率，切斷閥切斷時(shí)間達(dá)到2～3 s，增加自動(dòng)反吹功能，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。

鍋爐；安全防護(hù)；快速響應(yīng)切斷

1　前言

隨著工業(yè)生產(chǎn)對(duì)電力需求的不斷增長(zhǎng)，機(jī)組容量的不斷增加，運(yùn)行參數(shù)隨之增高，機(jī)組系統(tǒng)也愈加復(fù)雜，對(duì)機(jī)組的安全要求也相應(yīng)提高。對(duì)于燃?xì)鈾C(jī)組來(lái)說(shuō)，其特點(diǎn)是參數(shù)變化快，執(zhí)行機(jī)構(gòu)多，各系統(tǒng)之間相互耦合，控制回路多，因此，僅靠人工手動(dòng)操作顯然不能滿足機(jī)組的安全要求。尤其是事故或者是故障停機(jī)的情況下，要求相關(guān)的設(shè)備同時(shí)連鎖動(dòng)作，這對(duì)機(jī)組的安全提出了更高的要求，連鎖停機(jī)保護(hù)系統(tǒng)必須滿足機(jī)組的運(yùn)行要求。

萊鋼黃前區(qū)170 t鍋爐原滅火保護(hù)系統(tǒng)不夠完善，還有個(gè)別設(shè)備動(dòng)作不靈敏，可靠性比較差，后又將燃?xì)廨啓C(jī)的高溫尾氣排入爐膛參與燃燒，存在很大的安全隱患。為滿足鍋爐的安全運(yùn)行、可靠停機(jī)，對(duì)原鍋爐的滅火系統(tǒng)進(jìn)行了完善和改進(jìn)，并研發(fā)了緊急狀態(tài)快速切斷保護(hù)系統(tǒng)。

2　安全防護(hù)系統(tǒng)

2.1原系統(tǒng)缺陷

萊鋼黃前區(qū)170 t鍋爐原滅火保護(hù)系統(tǒng)安全不到位，火焰檢測(cè)器時(shí)好時(shí)壞，不能正常檢測(cè)鍋爐燃燒狀態(tài)；鍋爐聯(lián)鎖報(bào)警防護(hù)功能不完善，如爐膛壓力高、低、高高等多點(diǎn)報(bào)警；引風(fēng)機(jī)送風(fēng)機(jī)在設(shè)備運(yùn)行不正常時(shí)不能提前預(yù)警；一些設(shè)備動(dòng)作不靈敏，特別是切斷閥在控制系統(tǒng)發(fā)出切斷指令后，切斷時(shí)間需要4～5 s才能完全切斷，泄漏量比較多。

2.2系統(tǒng)的優(yōu)化改進(jìn)

為保證燃料氣體的安全，對(duì)原系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，增加了鍋爐語(yǔ)音報(bào)警、鍋爐自動(dòng)吹掃和MFT跳閘等功能。

1）火焰監(jiān)視功能。通過(guò)火焰檢測(cè)探測(cè)器觀察火焰的強(qiáng)度，指導(dǎo)生產(chǎn)人員操作監(jiān)控畫(huà)面控制各層閥門(mén)的開(kāi)度控制。

2）在線報(bào)警功能。設(shè)計(jì)報(bào)警系統(tǒng)能，以語(yǔ)音聲光報(bào)警的形式提前報(bào)告生產(chǎn)人員，鍋爐正處在哪類異常情況之下。語(yǔ)音報(bào)警的主要內(nèi)容包括:爐膛壓力高、爐膛壓力低、汽包水位高低、引送風(fēng)機(jī)故障、吹掃失敗、火焰強(qiáng)度低等報(bào)警。

3）吹掃功能。在鍋爐點(diǎn)火前、停爐后、點(diǎn)火失敗后能夠?qū)t膛進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)吹掃，以防爆膛或打炮。

4）MFT跳閘功能。當(dāng)鍋爐處于不正常運(yùn)行情況時(shí)，立即手動(dòng)或自動(dòng)切斷進(jìn)入爐膛燃料并停用相關(guān)的設(shè)備。以保護(hù)主設(shè)備的安全。

5）記憶功能。充分利用DCS自動(dòng)控制子系統(tǒng)功能，當(dāng)MFT跳閘時(shí)分析記錄原因，并在工程師站的監(jiān)控畫(huà)面積立即顯示跳閘原因，還能自動(dòng)打印事故原因及時(shí)間，追憶事故順序。

2.3快速響應(yīng)切斷保護(hù)

國(guó)內(nèi)有些燒高爐或焦?fàn)t煤氣的燃?xì)忮仩t，在快速響應(yīng)切斷保護(hù)系統(tǒng)中采用的快速切斷閥都是電動(dòng)閘閥。電動(dòng)閘閥的嚴(yán)密性較好，但是切斷燃?xì)馑璧臅r(shí)間通常為1～2.5 min。在1～2.5 min內(nèi)進(jìn)入爐膛的燃?xì)猓涂赡苓_(dá)到燃?xì)獾谋O限而產(chǎn)生爆炸事故。如果在鍋爐熄火時(shí)，快速切斷閥（電動(dòng)閘閥）能及時(shí)關(guān)閉，就可避免這種情況發(fā)生。需要分析切斷閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作和切斷時(shí)燃?xì)饬髁壳闆r，找到緊急切斷時(shí)合理時(shí)間值，還需在后續(xù)調(diào)試中進(jìn)一步修正。

2.3.1計(jì)算執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作時(shí)間

工程上使用的燃?xì)猓瑤缀醵际菙?shù)種可燃?xì)怏w的混合物，其爆炸極限可用勒·查特列（LeChatelier）公式計(jì)算。

當(dāng)燃?xì)庵胁缓栊詺怏w時(shí):

當(dāng)燃?xì)庵泻卸栊詺怏w時(shí):

式中:Xi為燃?xì)庵懈骺扇冀M分的體積百分?jǐn)?shù)，%；Li為燃?xì)庵懈骺扇冀M分爆炸極限（上限或下限），%；X為惰性氣體的體積分率。

2.3.2執(zhí)行機(jī)構(gòu)關(guān)閉過(guò)程的流量特性

執(zhí)行機(jī)構(gòu)快速切斷閥關(guān)閉過(guò)程的流量特性由圖1可知，快速切斷閥開(kāi)始關(guān)閉時(shí)間為T(mén)0時(shí)，燃?xì)饬髁繛镼0；當(dāng)快速切斷閥關(guān)閉后時(shí)間為T(mén)1時(shí)，燃?xì)饬髁繛?（不計(jì)泄漏量）。因此，在時(shí)間間隔ΔT=T1-T0內(nèi)，進(jìn)入鍋爐爐膛的燃?xì)怏w積（即圖1中陰影部分的面積）為:Vd=0.5Q0ΔT（m3）。

圖1　快速切斷閥關(guān)閉過(guò)程的流量特性

當(dāng)進(jìn)入鍋爐爐膛的燃?xì)怏w積Vd與爐膛內(nèi)空氣體積（其數(shù)值等于爐膛容積V1）混合后的體積含量小于燃?xì)獾谋O限（下限）Ldx，那么就可以避免發(fā)生爆炸危險(xiǎn)。即:Vd/（Vd+V1）＜Ldx。

進(jìn)入爐膛的燃?xì)怏w積Vd，為了使選擇的快速切斷閥更安全可靠，計(jì)算中忽略了燃?xì)鈹U(kuò)散、爐膛中滯留煙氣、引風(fēng)機(jī)倒轉(zhuǎn)、煙囪抽力及爐膛泄漏等因素對(duì)Vd的微小影響。

將式（3）代入式（4）得:

式中:ΔT為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的允許切斷時(shí)間，s；Ldx為燃?xì)獗舛认孪蓿?；V1為鍋爐爐膛容積，m3；Q0為額定工況下進(jìn)入鍋爐的燃?xì)饬髁浚琺3/s。

在實(shí)際調(diào)試中，主要是煤氣壓力參與切斷閥控制，當(dāng)高爐煤氣或焦?fàn)t煤氣壓力≤1.5 kPa時(shí)，切斷閥自動(dòng)切斷停爐。同時(shí)，在后續(xù)生產(chǎn)中增加了引風(fēng)機(jī)跳閘、鍋爐汽包水位高高、汽包水位低低、集汽集箱壓力≥11.0 MPa、汽包壓力≥14.0 MPa和鍋爐緊急停爐時(shí)切斷閥也參與聯(lián)鎖保護(hù)。

3　結(jié)語(yǔ)

萊鋼170 t鍋爐安全防護(hù)系統(tǒng)優(yōu)化與改進(jìn)后，保證了鍋爐的安全運(yùn)行，在異常情況下能安全停機(jī)，切斷閥切斷時(shí)間達(dá)到2～3 s，避免設(shè)備損害，延長(zhǎng)鍋爐及主要設(shè)備的的壽命，降低故障停機(jī)率；火焰監(jiān)控系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)檢測(cè)用機(jī)器視覺(jué)代替信號(hào)檢測(cè)，增加自動(dòng)反吹功能，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。

TK223.6

B

1004-4620（2016）05-0076-02

2016-07-11

王彩琴，女，1975年生，1998年畢業(yè)于包頭鋼鐵學(xué)院計(jì)算機(jī)及應(yīng)用專業(yè)?，F(xiàn)為萊鋼自動(dòng)化部工程師，從事自動(dòng)化控制工作。