300MW热电机组停炉不停机技术分析
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摘要：锅炉灭火是火力发电厂最常见的事故，其发生率占到了电厂事故的三分之二。传统事故处理过程繁琐且需要的时间长，与电网的稳定需求不相匹配。通过分析指出，停炉不停机是一种能够在实现发电机与系统不解列的情况下处理锅炉灭火事故的运行方式，可以在极短的时间内恢复电力生产，避免机组非正常停机，维持电网稳定。
关键词：锅炉灭火；停炉不停机；MFT
作者简介：张强（1973-），男，山西运城人，石家庄良村热电有限公司发电分场副主任；刘宇卿（1976-），男，北京人，石家庄良村热电有限公司发电分场，工程师。（河北?石家庄?050000）
中图分类号：TK227.7?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）18-0151-03
辅机故障、保护误动、人员操作不当等原因均可能引起锅炉主燃料跳闸（MFT），尤其是近年来，全国性电煤紧张，电厂燃煤基本无法达到设计要求，大多存在挥发分低、发热量低、灰分高等特性，导致因锅炉燃烧问题引起的锅炉MFT动作次数明显增多。按照大容量机组设计理念，使用机、电、炉大联锁逻辑，每次锅炉MFT动作后，联动ETS（汽轮机紧急跳闸系统），汽轮机跳闸，发电机与系统解列，造成机组非计划停机。机组重新启动成本高、恢复时间长、消耗电量多，而且汽轮机跳闸将直接影响汽轮机安全和使用寿命，大型发电机组解列极不利于电网系统稳定运行。为了减少机组非计划停运次数，一些电厂利用厂内锅炉蓄热能力较强的特点，进行了停炉不停机的尝试工作，并取得了宝贵经验。停炉不停机，即锅炉MFT后，汽轮发电机组不与系统解列，而是利用锅炉蓄热，带极低负荷运行，在查明非设备故障原因引起锅炉灭火的同时，快速进行吹扫、点火，使机组快速回复正常运行。实践表明，停炉不停机不仅可以有效地减少机组脱网时间，同时由于恢复时间短，燃油消耗量也大为减少，有着可观的经济效益和社会效益。值得注意的是，在此工况下运行，机组也存在较大的隐患，防止汽轮机水击及锅炉局部爆燃是需要研究和考虑的问题。
一、停炉不停机改造方案实施依据
一是现场相关实践及操作规程。二是兄弟电厂的成功经验。三是发电企业电网调度考核规定。四是锅炉燃烧理论：着火和燃烧温度与水冷壁面积、进入炉内新气流初温有关相关。如果点火区温度与燃料活性不相适应，需要投油助燃等强化燃烧措施，炉膛内达到稳定燃烧状态。如何在最短时间内实现投油和投入煤粉，是保证快速恢复的首要任务，也是停炉不停机改造方案的核心之一。五是汽轮机允许的热应力问题：从热力学观点来看，汽轮机甩半负荷比甩全负荷的危险性更高（甩半负荷时汽机放热系数比甩全负荷时大得多），汽轮机快速冷却比快速加热更加危险（内壁将出现较大的拉应力）。对于停炉不停机，恰恰介于甩全负荷和甩半负荷之间，在确认机侧主汽压力不高于16.7MPa时，机组负荷以100MW/min的速度迅速减至15MW以下，运行人员及时根据负荷情况调整汽机阀位开度，维持机组负荷在8MW～10MW，这一过程通常需要1～2分钟，停炉不停机最大的考验也在于此。
二、停炉不停机适用情况
锅炉灭火保护误动；锅炉负压保护动作引起锅炉灭火；锅炉送引风机等辅机跳闸，引起锅炉灭火；燃烧调整不合适、煤种突变引起的跳闸；汽包水位调整不及时引起低水位保护动作。
三、打闸停机条件
锅炉灭火后，发生或属于下列情况之一，应立即打闸停机：
汽轮机发生水冲击；主蒸汽或再热蒸汽温度10mim内下降50℃；汽包水位高三值；机侧主蒸汽温度、再热器温度下降至450℃；汽轮机高压外缸上、下壁温差达50℃，高压内缸温差达35℃；汽轮机振动、胀差、轴向位移、轴瓦温度等指标达到或超过规定的闸值。
四、机组停炉不停机改造方案实施细则
首先是保证机组安全，在保证锅炉、汽轮机（尤其是汽轮机）在较大热应力作用下，要严密监视高、中、低压缸胀差，气压缸内、外壁温差，控制气温和金属壁温下降速率，努力维持停炉不停机的条件要求，达到减少经济损失、保证连续供电的目的。
其次，在原有的操作和控制基础上，适当加入停炉后的联锁逻辑（RB4），以减轻操作人员压力，以保证机组可以尽快恢复正常。
值得注意的是，快速是实现停炉不停机的关键。只有快速，才能保证炉膛温度和金属受热面的蓄热温度不会大幅降低，才能保证停炉不停机操作成功，锅炉灭火，汽轮机快速减负荷运行，等锅炉重新点火后，快速增加燃料量，以达到气温下降后快速回升的目的。这期间，面临的最大问题有两个：如何保证锅炉可以快速点火并迅速增加燃料；如何保证在锅炉失去热源、主、再热蒸汽压力和温度下降的情况下，汽轮机不进冷汽、冷水。解决问题的主要思路：锅炉灭火后尽量保持较高的炉膛温度和热风温度，以利于快速点火；保证主、再热汽温度过热度高于80℃，严防汽轮机进冷汽、冷水。
五、机组逻辑修改
停炉不停机方式是一种特殊的事故处理方式，所以需要对原有的热工逻辑进行相应的修改，针对停炉不停机方案，笔者所在电厂改进了机组逻辑（见表1），并采取了一系列相关措施。
第一，将机、炉、大联锁中的停炉即停机逻辑修改为：只在汽包高三值的情况下联锁跳闸汽轮机和发-变组，其他MFT条件均不会联锁跳闸汽轮机和发-变组。这是由于锅炉灭火后炉温的突降和负荷的突降必然会引起汽包水位的急剧变化，为了减少水位的调整困难和保持机组的稳定，所以只保留了汽包高三值的情况下联锁跳闸汽轮机和发-变组的逻辑。
第二，增加了强制吹扫键和油枪快速点火条件。当满足如下条件时，允许强制吹扫：两侧空预器运行；两台一次风机全停；一侧引风机运行；同侧送风机运行；炉前进油快关阀关；炉前回油快关阀关时。当满足如下条件时，油枪可以快速点火：MFT发生后30min内；MFT继电器已复位；无OFT跳闸条件。
第三，联锁关闭减温水电动门及调门，防止减温水进入蒸汽系统，同时将主、再热蒸汽压力对应的饱和温度和过热度作为重要监视参数，设置停炉不停机状态下的过热度保护：当主蒸汽（过热蒸汽）过热度小于80℃时，保护应动作停机，否则手动打闸（见表2）。防止由于主、再热蒸汽温度降低而使得汽轮机进冷汽、冷水，从而导致汽轮机水冲击。