“炉膛正压大”保护异常工况（事故）分析及其思考

      本文就北京京能热电股份有限公司2003年#2机组接连出现的几次" 炉膛正
压大" 保护异常工况进行了进一步分析与思考，并从不同角度提出了一些看法。
而如何提高热工保护- 尤其是" 全炉膛灭火" 与" 炉膛正（负）压大" 及FSSS系
统的可靠性，使之既能在必要时" 正确" 动作，又能避免不必要的" 误动" ，仍
然是一个需要我们在实践中不断探索与思考的课题。

      1 　引言——#1炉掉焦灭火、炉压反正现象及对策2002年6 月13日，#1炉
灭火，首出" 全炉膛无火".当时1#炉负荷110MW ，当运行人员将负荷减至106MW
过程中，突然发生炉膛正压的情况，当时正压峰值为+460Pa. 针对此次灭火，于
7 月12日召开了分析会，邀请了电科院技术人员参加，分析会得出的结论是：掉
焦很可能造成整个炉膛弥漫较大的烟气和水汽（#1炉当时为水力除渣），造成火
检探头无法正常检测火焰信号。炉膛的压力值只能作为参考值，因为现场的燃烧
环境比较复杂，很难就一个参数来说明当时的具体情况。根据当时的数据分析，
掉焦引发灭火首出为" 全炉无火" 为保护正确动作。发电部也提出反正+460Pa造
成灭火保护动作是否火检抗干扰能力弱，建议对火检及测量系统定期清扫和维护。

      2002年7 月14日，#1炉掉焦灭火，现象与6 月13日极其相似。于7 月15日
召开了分析会，邀请了电科院技术人员参加。此次分析会分析原因为掉焦造成整
个炉膛弥漫较大的烟气和水汽，造成火检探头无法正常检测火检信号从而造成MFT.
为避免上述掉焦灭火现象再次发生，采取措施为：火检处理装置内将A 层（#1磨）
和B 层（#2磨）火检各两个角做" 无火延时" 处理——A 层做1#、2#角延时，B
层做3#、4#角延时；延时2 秒。

      电科院技术人员建议如有停机机会可对相关逻辑做下述修改：京能公司热
工等专业认为上述逻辑还需斟酌，是否以400Pa 来表征掉焦还需进一步探讨，故
保护逻辑一直未按上述修改。

      2002年12月25日，#2炉也因掉焦灭火一次，首出" 全炉无火".为防止在其
他机组发生类似问题，参照1#炉的方式，对2#、3#、4#炉1#磨、2#磨的火检信号
进行" 无火延时" 处理。

      2 　几次异常工况（及事故）的现象及分析简述2003年，#2机组接连出现
了几次" 炉膛正压大" 保护不动作的异常工况。

      2.1 　2003年3 月6 日#2机组炉FSSS" 炉膛正压大" 保护拒动2.1.1 　事
故经过3 月6 日21：49，#2G 掉焦。根据当时DCS 趋势，炉压反正+500Pa→-200
Pa→+2624 Pa，约2S后恢复正常。负压记录仪最大700 帕。正压大报警光字牌未
亮。倨当值运行人员反映，火焰电视有火，而有二层的火检信号闪烁。负荷在167MW
→155 →165MW 波动。FSSS" 炉膛正压大" 保护没有动作". 2.1.2　当时的初步
分析3 月7 日，热工、发电部锅炉专业等进行了初步分析。

      从FSSS的PLC 逻辑实验排除了PLC 部分有问题；从炉压取样管路检查情况
看，报警开关的取样管水平取样管段（#1G 侧）、炉正（负）压大停炉开关的取
样管水平取样管段（#3G 侧）有不同程度堵塞、不畅，报警侧尤甚。

      此外，所有开关之前，要经过炉压缓冲罐（压力平衡装置）。

      当时的初步结论为：煤质变化，使得炉膛内严重结焦，掉焦引起了炉压反
正，并引起了局部灭火，煤粉的继续进入引起了局部爆燃。取样管堵塞、不畅及
炉压缓冲罐（压力平衡装置）使" 炉正压大" 保护拒动。炉压取样管路不畅原因
为：近期掉焦、反正频繁；每月（5 日）一次的定期工作不规范，方法不统一。

      2.1.3 　措施（1 ）3 月7 日，举一反三，分别对#2G 、#1G 炉压取样管
路进行检查、吹扫（#1G 炉压取样管路略有轻微不畅）。3 月8 日正对#3G 、#4G
炉压取样管路进行检查、吹扫。

      （2 ）热工车间立即与保护班、检修公司热工专业共同制定炉压取样清理
定期工作的作业指导书。作业指导书未出前，由车间、检修公司热工专业与保护
班明确统一方法。（作业指导书审批后已下发，从4 月起实施。）

      2.2 　2003年4 月14日#2机组FSSS "全炉灭火" 保护动作炉压反正最大到
+2820Pa 2.2.1 　简要经过2003年4 月14日17：15：56，#2G 掉焦引起炉灭火，
FSSS首出" 全炉灭火".#1——#3磨、给煤机、一次风机掉闸。

      但DCS 趋势记录，17：16，FSSS MFT动作后炉压反正最大到+2820Pa ，送
风机未停。

      2.2.2 　分析经热工专业、锅炉专业及华北电科院专业人员初步分析，如
下：（1 ）" 全炉灭火" 正确动作。

      （2 ）" 全炉灭火" 后，炉压反正最大到+2820 帕的大致原因为——" 全
炉灭火" 后，虽然#3磨、给煤机、一次风机掉闸，但炉内仍残留有部分风/ 粉混
合物爆燃所至。此外，不排除#1、#3磨出口挡板有个别角未全关。

      （3 ）现装的炉压缓冲罐（压力平衡装置）是导致" 炉正压大保护" 没有
率先动作的原因。

      （4 ）应继续探讨" 有火" 的判定值（频率、强度的" 门槛" ）是否稍做
调整。

      2.2.3 　措施经热工专业、锅炉专业及华北电科院专业人员初步分析，采
取措施如下：（1 ）将火检延时恢复至出厂缺省设置状态（根据制造厂说明，缺
省设置值约为2.5S○注）。——即取消引言中#1、#2磨各两角的" 无火延时".
（2 ）现装的炉压缓冲罐（压力平衡装置）特性应做进一步（试验）

      分析。可利用停机机会取消现装的炉压缓冲罐（压力平衡装置），而在FSSS"
炉正/ 负压大保护" 逻辑回路加软件延时（2S左右）。

      （3 ）对#2G 各支火检探头" 有火" 的判定值（频率、强度的" 门槛" ）

      在火检处理板内稍做调整——频率" 门槛" 由6 改为9 ；强度" 门槛" 由
20改为30. 再观察。

      （4 ）加强磨出口挡板控制回路的维护（定期实验、电磁阀/ 气源管路清
理）。

      另外，2003年4 月16日，在1#、3#、4#炉也分别采取上述（1 ）、（3 ）
项措施。

      2.3 　2003年4 月19日2 ：39：56，#2G 炉压反正至1691.51 帕，炉压保
护未动作2.3.1 　简要经过2003年4 月19日2 ：39：56，#2G 炉压反正至1691.51
帕，炉压保护未动作。从炉正/ 负压大保护现场炉压取样管路检查情况、现场压
力继校验结果来看，取样管、及压力继定值均无问题。

      2.3.2 　分析及对策（1 ）经热工专业人员初步分析，结果如下：现装的
炉压缓冲罐（压力平衡装置）可能是导致" 炉正压大保护" 没有动作的原因。

      根据厂家的传真，此炉压缓冲罐的实验室数据延时约为2 秒（实验室数据）。
从DCS 记录趋势看，1691.51 帕维持不足2 秒。

      （2 ）针对上述情况热工专业建议对策——取消炉压缓冲罐。

      考虑到当时是开机状态，考虑修改逻辑后难以实现传动试验及2#机组的现
状，并且在相应的规范中亦无延时时间的明确规定，故在逻辑回路中不加延时。

      2003年11月初结束的#2机组大修中，随着原FSSS系统的改造（PLC 改造为
DCS ），已在FSSS" 炉正/ 负压大保护" 逻辑回路加软件延时（2S）。

      3 　几点思考3.1 　重新认识" 全炉膛灭火" 保护与" 炉膛正（负）压大
" 保护我们知道，虽然随控制对象（如锅炉结构，燃烧器布置、制粉系统、油系
统、点火器及运行方式，火焰检测器安装位置等）不同，各炉膛安全监控系统的
功能和控制范围都有所不同，但是常见的炉膛安全监控系统都应具备主燃料跳闸
（MFT ）及功能。而其中，与燃烧紧密相关的当属" 全炉膛灭火" 、" 炉膛正
（负）压大" 保护。

      3.1.1 　锅炉灭火与炉膛内出现较大正压的原因通常，锅炉灭火的具体情
况有以下几种：●变负荷运行时，由于风粉配合不当，引起燃烧不稳灭火；●由
于低负荷运行时，容易产生下粉不均、风粉配合不协调，引起燃烧不稳灭火；●
煤质突变，打破风粉平衡的燃烧格局，引起燃烧不稳灭火；●由于锅炉燃烧设备
损坏，如燃烧器的磨损等，使燃烧火焰切圆易灭火；●由于锅炉结焦，炉膛掉大
焦，冲击火焰而灭火。

      炉膛内出现较大正压的原因如下：●锅炉灭火未能及时发现，仍有燃料送
入炉膛而造成爆燃，俗称" 放炮" ；●发生炉膛灭火，用" 爆燃法" 点燃；●锅
炉虽未灭火，但燃烧不稳，投入油枪助燃而造成较大正压波动；●引风机故障或
挡板关闭，送风机仍在运行，造成炉膛产生较大的正压；●大块掉焦，造成较大
的正压。

      锅炉灭火往往伴随着炉瞠负压的增大，锅炉灭火后所达到的最大负压与锅
炉负荷、煤质情况、燃烧情况、送引风及漏风情况等多种因素有关，并且在灭火
后3 秒钟内，负压变化往往不足以达到保护动作整定值，甚至有的灭火在停炉跳
闸后仍达不到跳闸值（也有的能达到，如前述2003年4 月14日#2机组情况）；而
炉膛负压达到跳闸值时，也并不一定意味着炉膛已灭火，尽管多数情况下，负压
过大是因灭火而起。锅炉灭火与炉瞠压力的变化情况，关系复杂，结果多变，灭
灭火时负压未必很大，负压很大时也未必灭火（如前述2003年4 月19日#2机组情
况）。

      3.1.2 　" 全炉膛灭火" 与" 炉膛正（负）压大" 炉膛压力是表征燃烧状
况的重要参数。锅炉- 旦燃烧系统发生故障，较先反映的就是炉膛压力的变化。

      然而，《火电厂煤粉锅炉燃烧室防爆规程》（DL 435-91 ）4.5.2.1 指出
" 监测炉膛压力并规定出最大和最小的限值，对防止炉膛灭火和爆炸是易实现的。
但压力信号反馈要比直观的火焰信号稍有延迟，故120t/h及以上的锅炉在装有压
力检测器后也应装设火焰检测器" ，3.1.4.4 还指出"670~1025t/h应配有炉膛安
全监控装置，包括……a.炉膛火焰监测装置b.炉膛压力和灭火保护装置（全炉膛
灭火时主燃料跳闸）及主燃料跳闸……" 结合规程以及前面几次异常工况（及事
故）的现象、分析和对策，我们认为：●在概念上炉膛压力保护绝对不可取代锅
炉灭火保护，而用炉膛负压信号确认（串联）锅炉灭火的锅炉灭火保护方案不可
取（见前述框图）。

      ●应使尽量使" 全炉膛灭火" 保护先于" 炉压" 保护动作。" 炉压" 保护
作为简便易行的保护手段是必不可少的，但对炉膛内燃烧工况恶劣的反映而言，
" 炉压" 没有火焰直观、迅速。

      3 月6 日若" 全炉膛灭火" 先动作，炉压应该不会最大到2624 Pa.4 月14
日若" 全炉膛灭火" 再早些动作，应可避免炉压最大到2820 Pa.●在灭火保护中
设置炉膛正负压过大跳闸保护也非常必要。更不能因为设置了火焰灭火跳闸保护
而轻视炉膛正负压过大跳闸保护，因为正负压过大时炉膛未必就已" 灭火" 了。

      3.2 　关于定期工作不容质疑，应加强规范炉压取样清理、火检探头的清
理维护等定期工作。在《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》6.1.5 及
12.3.2对此都有明确要求。在煤质变化时，还应适当缩短定期工作的周期。

      但是，从另外的角度进行思考，规范了相关的作业指导书，是否就会避免
类似3 月6 日因定期工作不规范，方法不统一而造成的严重后果呢？

      限于篇幅，对这个问题不做过多的阐述。但是我们认为，如何确保最终使
用人真正有效执行，如何确保类似工作的全过程监督、控制，如何加强监督，提
高基层班组主动、自觉规范的" 执行意识" ——要从严格执行落实PDCA（计划、
执行、检查、行动）的工作方法做起。

      3.3 　关于炉压缓冲罐尽管有观点认为，现场炉压取样管路宜加设炉压缓
冲罐。但是由前面几次异常工况（及事故）的现象及分析，我们认为，加设炉压
缓冲罐应慎重。

      加设炉压缓冲罐的初衷应该是防止误动。然而，热工保护的原则还是应该
" 宁可误动，不能拒动".其它机组现装的炉压缓冲罐（压力平衡装置）特性应做
进一步（试验）分析，弄清特性。否则应利用停机机会取消现装的炉压缓冲罐
（压力平衡装置），而在FSSS" 炉正/ 负压大保护" 逻辑回路加少量软件延时
（2S或更少）。

      3.4 　关于火焰检测虽然已经将火检装置的频率" 门槛" 由6 改为9 ；强
度" 门槛" 由20改为30. 但我们认为，" 有火" 的判定值（频率、强度的" 门槛
" ）仍然可能偏低而存在（拒动）隐患。尽管影响火焰检测效果的因素还有探头
位置、煤质的好坏等等，还是应在进一步观察积累的基础上（甚至找机会通过相
关试验），尽快进行进一步必要调整，使之既能及时客观反映炉膛内燃烧工况，
当燃烧工况恶化时" 正确" 动作，又能避免不必要的" 误动".这个" 度" 很难把
握，是个两难的问题，掌握好这个" 度" 也需要实践积累的过程。

      此外，如果资金、时间允许，在充分调研、论证的基础上，应对目前的火
检系统进行完善改造。如改为图象火检系统。或者，仍采用可见光原理的火检探
头，但应增加数量，改变安装位置或探头前段结构，使之尽量作到单火嘴鉴别。
在此基础上，可完善FSSS制粉系统联锁，就可做到单台制粉系统火焰燃烧工况恶
化时联锁停单台制粉系统。

      4 　结束语综上所述，目前1#、2#、3#、4#炉火检装置及炉压取样装置现
状为：●已将火检延时均恢复至出厂缺省设置状态；●对各支火检探头" 有火"
的判定值（频率、强度的" 门槛" ）在火检处理板内稍做调整——频率" 门槛"
由6 改为9 ；强度" 门槛" 由20改为30；●取消了2#炉的负压取样装置。

      通过前面的阐述，就京能热电2003年#2机组接连出现的几次" 炉膛正压大
" 保护异常工况进行了进一步分析与思考，并从不同角度提出了一些看法，希望
起到" 抛砖引玉" 的作用。

      而如何提高热工保护——尤其是" 全炉膛灭火" 与" 炉膛正（负）压大"
及FSSS系统的可靠性，使之既能在必要时" 正确" 动作，又能避免不必要的" 误
动" ，仍然是一个需要我们在实践中不断探索与思考的课题。

      注：2.5S系根据火检设备制造厂（哈尔滨中能自动化设备有限公司）2002
年7 月18日传真（《火检参数6d、7d设定值对应无火延时》）得出。但是，根据
哈尔滨中能自动化设备有限公司的《ZFDZ系列火焰检测装置使用说明书》2-（4 ）
节——"ZFDZ 系列火焰检测装置具备反时限特性，对于判断火焰有无的延时能根
据火焰变化的速率自动调节".2.5S仅供参考。后与中能公司核实为在" 信号处理
延时" 与" 无火延时" 两种延时的作用下最大可为3.2S. 而火检装置的缺省设置
为0.5S~2.3S （最大）。

      [ 参考文献] [1] 　黄平森。火电厂锅炉灭火与炉膛压力变化的分析及应
用