莱钢170 t锅炉安全防护系统的优化与改进

王彩琴，卢冬冬

（山钢股份莱芜分公司自动化部，山东莱芜　271104）

莱钢170 t锅炉安全防护系统的优化与改进

王彩琴，卢冬冬

（山钢股份莱芜分公司自动化部，山东莱芜271104）

通过增加锅炉语音报警、锅炉自动吹扫和MFT跳闸等功能，对莱钢黄前区170 t锅炉安全系统进行了完善和改进，并研发了紧急状态快速切断保护系统，在异常情况下能安全停机，避免设备损害，延长锅炉及主要设备的的寿命，降低故障停机率，切断阀切断时间达到2～3 s，增加自动反吹功能，减轻了工人劳动强度，改善了工作环境。

锅炉；安全防护；快速响应切断

1　前言

随着工业生产对电力需求的不断增长，机组容量的不断增加，运行参数随之增高，机组系统也愈加复杂，对机组的安全要求也相应提高。对于燃气机组来说，其特点是参数变化快，执行机构多，各系统之间相互耦合，控制回路多，因此，仅靠人工手动操作显然不能满足机组的安全要求。尤其是事故或者是故障停机的情况下，要求相关的设备同时连锁动作，这对机组的安全提出了更高的要求，连锁停机保护系统必须满足机组的运行要求。

莱钢黄前区170 t锅炉原灭火保护系统不够完善，还有个别设备动作不灵敏，可靠性比较差，后又将燃气轮机的高温尾气排入炉膛参与燃烧，存在很大的安全隐患。为满足锅炉的安全运行、可靠停机，对原锅炉的灭火系统进行了完善和改进，并研发了紧急状态快速切断保护系统。

2　安全防护系统

2.1原系统缺陷

莱钢黄前区170 t锅炉原灭火保护系统安全不到位，火焰检测器时好时坏，不能正常检测锅炉燃烧状态；锅炉联锁报警防护功能不完善，如炉膛压力高、低、高高等多点报警；引风机送风机在设备运行不正常时不能提前预警；一些设备动作不灵敏，特别是切断阀在控制系统发出切断指令后，切断时间需要4～5 s才能完全切断，泄漏量比较多。

2.2系统的优化改进

为保证燃料气体的安全，对原系统进行优化，增加了锅炉语音报警、锅炉自动吹扫和MFT跳闸等功能。

1）火焰监视功能。通过火焰检测探测器观察火焰的强度，指导生产人员操作监控画面控制各层阀门的开度控制。

2）在线报警功能。设计报警系统能，以语音声光报警的形式提前报告生产人员，锅炉正处在哪类异常情况之下。语音报警的主要内容包括:炉膛压力高、炉膛压力低、汽包水位高低、引送风机故障、吹扫失败、火焰强度低等报警。

3）吹扫功能。在锅炉点火前、停炉后、点火失败后能够对炉膛进行自动或手动吹扫，以防爆膛或打炮。

4）MFT跳闸功能。当锅炉处于不正常运行情况时，立即手动或自动切断进入炉膛燃料并停用相关的设备。以保护主设备的安全。

5）记忆功能。充分利用DCS自动控制子系统功能，当MFT跳闸时分析记录原因，并在工程师站的监控画面积立即显示跳闸原因，还能自动打印事故原因及时间，追忆事故顺序。

2.3快速响应切断保护

国内有些烧高炉或焦炉煤气的燃气锅炉，在快速响应切断保护系统中采用的快速切断阀都是电动闸阀。电动闸阀的严密性较好，但是切断燃气所需的时间通常为1～2.5 min。在1～2.5 min内进入炉膛的燃气，就可能达到燃气的爆炸极限而产生爆炸事故。如果在锅炉熄火时，快速切断阀（电动闸阀）能及时关闭，就可避免这种情况发生。需要分析切断阀执行机构的动作和切断时燃气流量情况，找到紧急切断时合理时间值，还需在后续调试中进一步修正。

2.3.1计算执行机构的动作时间

工程上使用的燃气，几乎都是数种可燃气体的混合物，其爆炸极限可用勒·查特列（LeChatelier）公式计算。

当燃气中不含惰性气体时:

当燃气中含有惰性气体时:

式中:Xi为燃气中各可燃组分的体积百分数，%；Li为燃气中各可燃组分爆炸极限（上限或下限），%；X为惰性气体的体积分率。

2.3.2执行机构关闭过程的流量特性

执行机构快速切断阀关闭过程的流量特性由图1可知，快速切断阀开始关闭时间为T0时，燃气流量为Q0；当快速切断阀关闭后时间为T1时，燃气流量为0（不计泄漏量）。因此，在时间间隔ΔT=T1-T0内，进入锅炉炉膛的燃气体积（即图1中阴影部分的面积）为:Vd=0.5Q0ΔT（m3）。

图1　快速切断阀关闭过程的流量特性

当进入锅炉炉膛的燃气体积Vd与炉膛内空气体积（其数值等于炉膛容积V1）混合后的体积含量小于燃气的爆炸极限（下限）Ldx，那么就可以避免发生爆炸危险。即:Vd/（Vd+V1）＜Ldx。

进入炉膛的燃气体积Vd，为了使选择的快速切断阀更安全可靠，计算中忽略了燃气扩散、炉膛中滞留烟气、引风机倒转、烟囱抽力及炉膛泄漏等因素对Vd的微小影响。

将式（3）代入式（4）得:

式中:ΔT为执行机构的允许切断时间，s；Ldx为燃气爆炸浓度下限，%；V1为锅炉炉膛容积，m3；Q0为额定工况下进入锅炉的燃气流量，m3/s。

在实际调试中，主要是煤气压力参与切断阀控制，当高炉煤气或焦炉煤气压力≤1.5 kPa时，切断阀自动切断停炉。同时，在后续生产中增加了引风机跳闸、锅炉汽包水位高高、汽包水位低低、集汽集箱压力≥11.0 MPa、汽包压力≥14.0 MPa和锅炉紧急停炉时切断阀也参与联锁保护。

3　结语

莱钢170 t锅炉安全防护系统优化与改进后，保证了锅炉的安全运行，在异常情况下能安全停机，切断阀切断时间达到2～3 s，避免设备损害，延长锅炉及主要设备的的寿命，降低故障停机率；火焰监控系统在线实时检测用机器视觉代替信号检测，增加自动反吹功能，减轻了工人劳动强度，改善了工作环境。

TK223.6

B

1004-4620（2016）05-0076-02

2016-07-11

王彩琴，女，1975年生，1998年毕业于包头钢铁学院计算机及应用专业。现为莱钢自动化部工程师，从事自动化控制工作。