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142t/h锅炉故障跳闸原因探讨
发布时间：2013-08-13 08:09 来源：未知
1、前言
广州钢铁股份有限公司（简称广钢）热电厂32MW发电机组投产多年，在以往运行过程中，由于142t/h锅炉燃烧管理系统(BMS)联锁保护动作或其它故障原因导致锅炉故障跳闸的次数较多、恢复生产所需的时间也较长，造成公司对电力需求的制约，影响公司的日常生产经营。因此，分析锅炉BMS联锁保护动作的原因和采取有效措施减少锅炉的跳闸次数，对提高锅炉安全、高效运行是很有必要的。
2、142t/h锅炉的简介和存在问题
广钢热电厂二期电站142 t/h锅炉系ABB进口高温高压自然循环锅炉。锅炉上配有4个切向旋流式煤粉燃烧器和2个高炉煤气燃烧器，分布在前墙A、B(煤粉燃烧器)、C（高炉煤气燃烧器）三层，在这6个燃烧器心配有6支轻油枪，轻油枪由液化石油气点火。锅炉最大连续出力为142 t/h，蒸汽压力10MPa，蒸汽温度528℃。
锅炉燃烧管理系统BMS( Burner ManagementSystem)采用的是澳洲BABCOCK 9000系列锅炉安全燃烧监控系统，它是由TTL与非门电路卡件组合而成的。它的主要功能是监视和控制锅炉启动、停止和运行的任何阶段所产生的一系列参数，并能对异常I况作出快速反应。在锅炉正常运行和启停等多种工况下，它能连续密切地监视燃烧系统的参数和状态，不断地进行逻辑判断和运算，必要时发出动作指令，通过种种联锁装置，使燃烧器中的有关设备严格按照规定的合理程序完成必要的操作或处理未遂事故，以保证锅炉安全。但该系统存在如下缺陷：系统结构不合理，容易引起故障；系统回路划分不清晰，容易造成故障的进一步扩大，同时故障分析难度大；系统陈旧兼容性不强，不利于系统更新与维护，备品配件价格昂贵；容易引起误动作，富通新能源销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗粒机压制的木屑生物质颗粒燃料。
另外，锅炉同时还存在现场点火设备中点火枪的点火成功率较低；火焰监视器的监测准确度差；其它辅助设备的可靠性低等问题。该锅炉在日常运行过程中，经常出现由于BMS联锁动作或其它仪表故障导致锅炉跳闸。影响锅炉的安全、经济运行。
3、引起锅炉故障跳闸的原因分析
3.1 仪表用空气压力低
仪表用空压机送出的压缩空气是为了满足仪表、控制调节阀等的用气需要。在运行中空压机因出口温度高，进风口滤网堵塞，备用空压机不能及时连锁切换投入。一些仪表调节阀的空气减压阀质量不过关，发生爆裂。空气管道老化脆裂，以及因干燥器故障、仪表用空气管道的疏水阀损坏，使空气带水，造成仪表用空气压力低于0. 5MPa保护值时，锅炉的仪表用空气压力过低BMS系统联锁保护动作，锅炉跳闸。
3.2火焰消失
由于锅炉运行中，锅炉煤粉燃烧器设计不合理，煤种适应性差，风粉配比不当，煤粉着火困难，燃烧不理想，炉膛工况稍有波动，燃烧器的火焰监测器监测不到火焰，造成火焰信号消失连锁保护动作，锅炉跳闸。另一方面，原设计在每个煤粉、轻油燃烧器上各安装一个红外线火焰监测器，在每个高炉煤气燃烧器上安装一个紫外线火焰监测器，当火焰监测器投入后，若监测到的火焰强度低于安全值且延时时间超过安全时间时，则对应的一层煤粉燃烧器、一层轻油燃烧器或一个高炉煤气燃烧器退出运行。燃烧器火焰监测器还有一个比较大的缺陷是探头探测范围比较小，存在一定的盲区。在运行中，由于火监不能全面、正确、及时地反映出炉膛的火焰情况，经常出现所有火焰消失误信号，造成锅炉跳闸。
3.3 总风量过小
锅炉在运行中多次因控制系统原来设计的各I/O模块的输出输入信号编排比较混乱，总风量过小的跳闸信号与一些非重要的报警信号同接在一个I/O模块上，这些报警信号接线端子破损，有部分金属丝裸露和松脱，裸露和松脱部分与金属外壳距离非常小，当碰触报警信号线时，造成报警信号线对地短路，从而造成远程控制输入、输出模块的电源开关跳闸，总风量大于最小值的信号中断，引起锅炉总风量过小联锁保护动作，造成锅炉跳闸。
3.4 引风机跳闸
引风机在运行过程中，因引风机MCC(马达控制中心)开关运行状态反馈信号的辅助端子松动或电压不稳定时，状态反馈信号中断，发出引风机运行状态反馈错误信号，造成锅炉BMS控制系统不能正确识别引风机的运行状态，误认为引风机已停止运行的联锁保护动作，锅炉跳闸。
3.5 锅炉BMS控制系统集成电子设备老化
原锅炉BMS控制系统逻辑功能的实现是由硬件实现的，由于运行多年，逻辑卡件和功能块卡件的电子原件已老化，一些控制电路板上的电子原件经常损坏，系统电源的配置也不合理，容易因现场的线路破损接地使系统电源崩溃，造成锅炉BMS控制系统出现故障而产生锅炉跳闸。
3.6 电网失压
二期发电机组发出的电能经过升压变将发电机出口电压升至35kV，通过连接广钢水电厂二总降35kV母线V段53#柜与广钢电网并列运行。近几年由于电网上设备故障造成电网失压现象时有发生，多次造成对锅炉设备的电气开关接触器因失压而断开，锅炉联锁跳闸。
3.7 UPS系统故障
UPS系统是一套保证发电机组控制系统和保安系统所需的稳定电源的供电系统。近几年出现了UPS系统失电、UPS逆变器故障关闭的原因造成控制电源不稳定甚至断电，锅炉的BMS控制系统的电源供电质量不高，易受电网波动影响。使锅炉的BMS控制系统出现断电，造成锅炉跳闸。
3.8 其它原因
除了上述造成锅炉跳闸的主要原因外，还有仪表工检查误动作的人为操作不当。运行人员在操作过程中，未有严格执行规程要求，在运行中监控注意力不集中，未能及时发现不正常相象，在出现异常相象时又没有及时分析，造成事故加大，反映出技术上有缺陷。运行人员和值长之间信息沟通不畅，反映出现场指挥者没有及时了解情况和进行必要的监督，存在指挥上的问题。
4 处理问题的方法和措施
4.1 锅炉燃烧器改进
通过锅炉燃烧热效率试验，对二期锅炉煤粉燃烧器进行改造，采用轴向进风旋流燃烧器，很好地解决了原来锅炉燃烧器煤种适应性差、煤粉进入炉膛后着火困难，燃烧不均匀的缺点，不再出现因炉膛工况稍有波动，燃烧器的火焰监测器瞬间监测不到火焰信号而造成联锁跳闸的情况。
4.2锅炉BMS控制系统改进
对原有的BMS进行了改造，由PLC替代原来的硬件逻辑功能卡，对电源进行分离，现场至系统的电源与主PLC的电源分开，增加故障诊断功能和第一故障锁定功能，对DCS远程控制输出／输入模块、控制电路板进行更新，对各参数的运行反馈信号线进行重新调整固定，加装套管，定期进行检查和更换，消除了因反馈信号错误以及BMS系统故障引起的联锁保护误动作。
4.3 改进炉膛火焰监测器
炉膛火焰监测器经过改造后，火焰监测器的监视位置处于最佳位置。采用火监旁路，并对系统逻辑进行修改，当炉膛火焰扰动时，两个火监同时检测到火焰熄灭，联锁保护才动作，解决了单个火监对炉膛火焰监测的不全面而引起的全部火焰消失联锁保护动作的问题。
4.4改造锅炉点火枪
由于原设计采用的液化气点火器点火成功率低，经常出现点火故障，当制粉系统故障跳闸或煤质差燃烧不稳定，不能及时投入轻油枪，起不到助燃和稳燃作用。原有点火枪要与轻油枪同步进出炉膛，故不可避免地会造成枪头积碳、黏附油污等，甚至结焦。最终导致点火枪打不出电火花，也就使点火失败。同时，点火枪容易受潮，导致点火回路出现接地或短路现象，从而导致点火失败。另外，液化石油气与压缩空气的混合比例也会影响点火的成功与否。点火枪产生电火花效果好坏，取决于点火枪枪头处电火花杆与端面的间隙大小，而这一间隙很容易改变，必须经常调整。经过改进，将原来的液化气点火器改为高能电子脉冲点火器后，点火成功率大大提高，点火枪不再出现点火故障的情况。提高了锅炉运行的稳定性和抗干扰能力。
4.5 改进引风机运行状态反馈
在引风机原来单个状态反馈信号辅助端子基础上，增加一个状态反馈辅助触点，同时对原辅助端子进行加固，解决了由于单个触点松动，不能准确反映引风机运行状态而导致引风机因运行状态反馈错误而跳闸的误动作。
4.6 改造仪用空气系统，落实仪用空气系统定期检查与维护制度
规定检查周期与检查项目及要求，进行定期维护和检查，按设备定期转换制度轮换备用的空压机运行，停下的空压机用压缩空气吹扫风冷器和进风滤网进行保养、维护。更换老化、脆裂的仪用空气管道和损坏的疏水阀，采用优质的仪表调节阀及空气减压阀，有效降低压缩空气系统故障泄漏率。在一期、二期电站仪用空气系统之间加装连通管，连通管上加装自动开启装置，当压力突然降低时，连通管接通，由一期电站仪用空气系统补充仪用压缩空气。运行人员定时进行巡检，保证仪用空气压力稳定。
4.7对原有I/O模块所接的输入输出信号进行重新分配
硬件异常多出在I/O通道连接回路设计安装不合理，系统回路划分不清晰，容易造成故障的进一步扩大，部分重要跳闸信号与一般的报警信号放在同一模块上，当某个通道接点接地，导致I/O模块电源开关跳闸，I/O失电，所有通道都失灵，使故障进一步扩大。我们将重要的跳闸信号和一般的报警信号重新进行编排、分离，分别接入不同的I/O模块上，主次分明。同时要求仪表人员提高工作质量，按规范进行仪表线的驳接，在装接仪表线时确保接线的完好、安全，发现接线端子缺损时，及时进行处理和上报缺陷，锅炉检修时对仪表线路进行检查，重要的跳闸信号加装套管保护。
4.8 对UPS系统进行改造
对UPS电源系统进行测试，检查外围设备，同时要求仪表人员检查仪表系统，对可能存在的间歇性接地情况进行排除处理。选购一台优质的6000VA UPS电源，直接供给BMS，提高供电质量。
4.9 提高运行人员的操作水平
定期对运行人员进行实操考核与反事故演习，要求生产指挥者、运行人员加强业务学习，提高现场指挥能力、运行操作技能和技术素养，严格按照操作规程进行操作。
5 效果
经过对以上原因的准确判断和各项措施的落实，近几年二期电站142 t/h锅炉故障跳闸次数呈现明显的下降趋势（见表1）。
经过改造后的锅炉整体性能有所提高，锅炉运行稳定性和安全性得到提高，锅炉故障跳闸的次数也明显减少，锅炉热效率也有所提高。
6 结束语
在采取以上措施后，锅炉跳闸次数呈明显的下降趋势，但电网瞬时失压对锅炉机组电气设备的冲击，造成锅炉电气设备开关跳闸的事故仍然时有发生。为了保证142t/h锅炉的安全和正常运行，除了采取措施消除由于锅炉BMS控制系统连锁保护误动作导致锅炉跳闸之外，还必须对电网失压对锅炉安全运行的影响进行研究。在电网波动的情况下，如何保证锅炉电气设备的安全运行，对保证锅炉的安全运行就显得尤为重要，在今后完善锅炉故障跳闸处理中进一步解决好。拟对锅炉各设备的电气开关进行抗冲击试验，合理选配优良的电气开关，以及加装防晃电装置，保证锅炉电气设备在电网失压的情况下能够很好地起到安全运行的作用。
