1、200 MW鍋爐安全門(mén)情況
    興泰發(fā)電有限責(zé)任公司總裝機(jī)容量1 350MW，共有6臺(tái)200 MW機(jī)組(機(jī)組編號(hào)為#4～#9)，投產(chǎn)日期在1985～1992年間。#4～#7鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG670/149 -9型超高壓、露天、一次中間再熱、單汽包自然循環(huán)蒸汽鍋爐；#8、#9鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG670/13.7 -8型超高壓、露天、一次中間再熱、單汽包自然循環(huán)蒸汽鍋爐。
    6臺(tái)鍋爐的壓力保護(hù)有對(duì)空排汽和安全門(mén)保護(hù)，以保證鍋爐容器的安全運(yùn)行。每臺(tái)爐設(shè)計(jì)有過(guò)熱器和再熱器對(duì)空排汽裝置各l套，都是由同樣的串聯(lián)電動(dòng)門(mén)組成。安全門(mén)壓力保護(hù)設(shè)計(jì)有機(jī)械安全門(mén)保護(hù)；為防止機(jī)械安全門(mén)保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)，又在機(jī)械安全門(mén)保護(hù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一配一的電氣安全門(mén)保護(hù)（電氣保護(hù)定值略低于機(jī)械保護(hù)定值）。為防止機(jī)械安全門(mén)拒動(dòng)，電氣安全門(mén)保護(hù)中設(shè)計(jì)了打開(kāi)電磁鐵，以協(xié)助機(jī)械安全門(mén)打開(kāi)；為防止機(jī)械安全門(mén)誤動(dòng)，設(shè)計(jì)了關(guān)閉電磁鐵（正常運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)期帶電），同時(shí)協(xié)助機(jī)械安全門(mén)恢復(fù)時(shí)可靠的回座。每臺(tái)鍋爐安全門(mén)保護(hù)共有：2套汽包壓力保護(hù)、2套過(guò)熱器壓力保護(hù)、4套再熱器保護(hù)（#8、#9爐為6套再熱器保護(hù)），每套機(jī)械安全門(mén)所配的電氣保護(hù)都是由同樣的繼電器、機(jī)械萬(wàn)能開(kāi)關(guān)、機(jī)械電磁閥門(mén)等部分組成，工作原理完全相同，．全公司共計(jì)有52套安全門(mén)保護(hù)。    鍋爐在正常運(yùn)行時(shí)，安全門(mén)的啟座電磁鐵是不帶電的，回座電磁鐵帶電，主要是防止機(jī)械安全門(mén)誤動(dòng)作。當(dāng)由于某種原因使鍋爐容器壓力嚴(yán)重高于額定運(yùn)行值時(shí)，運(yùn)行人員首先打開(kāi)對(duì)空排汽裝置進(jìn)行降壓，以使容器壓力降低；當(dāng)鍋爐容器壓力高于安全門(mén)保護(hù)定值時(shí)，啟座電磁鐵立即帶電，同時(shí)回座電磁鐵失電打開(kāi)機(jī)械安全門(mén)使容器壓力很快降至安全范圍內(nèi)，以恢復(fù)鍋爐的安全運(yùn)行，富通新能源銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
1.1  電氣安全門(mén)保護(hù)的組成
    每套電氣安全門(mén)保護(hù)都是獨(dú)立組成和運(yùn)行的，組成原理也完全相同。整套回路全部采用直流電源供電，只是由于保護(hù)容器壓力等級(jí)的不同其回路的部分器件的容量不同而已，如圖l所示。其中壓力信號(hào)的監(jiān)測(cè)采用傳統(tǒng)的電接點(diǎn)壓力表，保護(hù)裝置采用常規(guī)繼電器、機(jī)械開(kāi)關(guān)等硬線聯(lián)接，執(zhí)行部分為電磁線圈。
1.2電氣安全門(mén)保護(hù)的功能
    當(dāng)所保護(hù)的壓力容器壓力超過(guò)其安全運(yùn)行允許值時(shí)，使相應(yīng)的安全門(mén)啟座電磁鐵帶電吸合，打開(kāi)壓力機(jī)械脈沖門(mén)，從而快速地使壓力容器泄壓至安全壓力下，使壓力容器恢復(fù)到正常運(yùn)行壓力下運(yùn)行；當(dāng)壓力容器的壓力下降至安全值時(shí)，使相應(yīng)的回座電磁鐵帶電吸合，關(guān)閉壓力脈沖門(mén)而使容器投入正常運(yùn)行狀態(tài)。
整套電氣保護(hù)的邏輯原理如圖2所示。
    保護(hù)正常運(yùn)行時(shí)1J中間繼電器、1CJ接觸器及啟座電磁鐵不帶電，2CJ接觸器帶電，回座電磁鐵通過(guò)分壓長(zhǎng)期帶電，此時(shí)安全門(mén)是關(guān)閉的。此時(shí)保護(hù)開(kāi)關(guān)處于自動(dòng)位置。
    當(dāng)所保護(hù)的壓力容器壓力超過(guò)其安全運(yùn)行允許值時(shí)，電接點(diǎn)壓力表的高接點(diǎn)接通，啟動(dòng)保護(hù)裝置的1J中間繼電器，1J中間繼電器聯(lián)鎖相應(yīng)的1CJ接觸器，使相應(yīng)的安全門(mén)啟座電磁鐵帶電吸合，打開(kāi)壓力脈沖門(mén)，從而快速地使壓力容器泄壓至安全壓力下；在1J中間繼電器吸合的同時(shí)，2CJ接觸器斷電，使相應(yīng)的安全門(mén)回座電磁鐵斷電，同時(shí)允許安全門(mén)打開(kāi)泄壓。當(dāng)壓力容器的壓力下降至安全值時(shí)，電接點(diǎn)壓力表的低接點(diǎn)接通，啟動(dòng)保護(hù)裝置的2J中間繼電器，2J中間繼電器吸合后斷開(kāi)1J中間繼電器，從而使相應(yīng)的1CJ接觸器失電，使2CJ接觸器帶電，也就使相應(yīng)的啟座電磁鐵失電，使相應(yīng)的安全門(mén)回座電磁鐵帶電吸合，從而關(guān)閉壓力脈沖門(mén)，使壓力容器恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)保護(hù)自動(dòng)狀態(tài)失靈時(shí)，可將保護(hù)開(kāi)關(guān)切至手動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉位置，使1CJ或2CJ吸合，達(dá)到及時(shí)打開(kāi)或關(guān)閉脈沖安全門(mén)的目的。
2、電氣安全門(mén)保護(hù)存在的問(wèn)題
    該保護(hù)隨機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，由于保護(hù)裝置本身存在著設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題，曾多次發(fā)生過(guò)保護(hù)的誤動(dòng)和拒功。雖沒(méi)有對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行造成重大影響，但也造成了不小的經(jīng)濟(jì)損失。僅安全門(mén)保護(hù)誤動(dòng)一項(xiàng)，每年造成異常超過(guò)17次。從對(duì)保護(hù)回路進(jìn)行分析不難發(fā)現(xiàn)，整套保護(hù)裝置存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
    a．壓力信號(hào)采集裝置采用的是傳統(tǒng)的電接點(diǎn)壓力表，且取用信號(hào)為一取一方式，電接點(diǎn)壓力表由于受環(huán)境（如冬天表管凍結(jié)）及本身質(zhì)量的影響，極易誤發(fā)壓力高信號(hào)，致使安全門(mén)保護(hù)誤動(dòng)。
    b．保護(hù)裝置全部為直流控制裝置，采用傳統(tǒng)的繼電器硬線結(jié)構(gòu)、回路復(fù)雜且接點(diǎn)接通不可靠、直流接觸器及電磁鐵長(zhǎng)期帶電易燒毀、回路設(shè)計(jì)功能不完善等原因使保護(hù)頻繁出現(xiàn)誤動(dòng)及拒動(dòng)現(xiàn)象。
    c．由于設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮到電氣保護(hù)控制電源和電磁鐵動(dòng)力電源之間的隔離，而且無(wú)后備控制手段，因此一旦由于某種原因造成直流電源消失，使回座電磁鐵失電，也極易造成保護(hù)的誤動(dòng)。
3、安全門(mén)電氣保護(hù)改造方案
3.1對(duì)硬件方面的改進(jìn)
    首先是減少保護(hù)裝置復(fù)雜的硬件結(jié)構(gòu)，選擇性能可靠的硬件器件，以增加保護(hù)的可靠性。為此采用了可編程序控制器(PLC)及高性能的操作開(kāi)關(guān)和繼電器，將每臺(tái)爐所有安全門(mén)保護(hù)全部納入一套PLC中。
    采用PLC，通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)其邏輯功能，從而代替了復(fù)雜邏輯的硬線聯(lián)接。不僅如此，通過(guò)PLC還可以設(shè)計(jì)出許多較強(qiáng)的保護(hù)功能。為此研制了以O(shè)MRON200為核心的鍋爐安全門(mén)保護(hù)裝置，并將原保護(hù)中由直流控制和驅(qū)動(dòng)改為由交流不停電電源進(jìn)行控制，由直流電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這樣就可以將原保護(hù)中的直流元器件改為交流元器件，為此選用日本富士交流接觸器做為驅(qū)動(dòng)電磁鐵的動(dòng)力開(kāi)關(guān)來(lái)代替原來(lái)的直流接觸器，這是因?yàn)殚L(zhǎng)期帶電的直流動(dòng)力接觸器質(zhì)量不過(guò)關(guān)，易燒壞，極易引起保護(hù)的誤動(dòng)。選用瑞士eao開(kāi)關(guān)做為手動(dòng)、自動(dòng)的操作開(kāi)關(guān)，選用可長(zhǎng)期帶電的電磁鐵做為安全門(mén)關(guān)閉用的長(zhǎng)期帶電線圈。這樣改造后的回路元器件由原來(lái)的13件變?yōu)?件，極大地簡(jiǎn)化和優(yōu)化了保護(hù)回路，因而裝置的安全可靠性大大提高。
3.2對(duì)邏輯功能軟件的改進(jìn)
    由于電接點(diǎn)壓力表指示醒目、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于檢查及價(jià)格低等因素，故保持使用。在每套安全門(mén)保護(hù)信號(hào)輸入回路增加2塊電接點(diǎn)壓力表（壓力信號(hào)獨(dú)立采樣），也可以和同套保護(hù)共用壓力表，采取三取二的方法代替原來(lái)的一取一信號(hào)輸入。為防止其中任一塊壓力表發(fā)生誤動(dòng)現(xiàn)象，增加了各路采集信號(hào)的熱工信號(hào)報(bào)警監(jiān)視。這樣就減少或杜絕了由于壓力表誤發(fā)信號(hào)而發(fā)生的安全門(mén)保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象，增加了保護(hù)的可靠性。
    首先通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)壓力信號(hào)的三取二功能，再將3個(gè)輸入信號(hào)邏輯“或”輸出1個(gè)“壓力表異常”報(bào)警信號(hào)，以提醒運(yùn)行人員的注意。此信號(hào)不但表示真實(shí)的壓力高報(bào)警，而且也反映了壓力信號(hào)誤發(fā)報(bào)警，當(dāng)3塊壓力表中的某一塊誤發(fā)信號(hào)時(shí)，運(yùn)行人員都會(huì)及時(shí)判斷并進(jìn)行相關(guān)的處理。
    根據(jù)保護(hù)邏輯功能不難發(fā)現(xiàn)，正常時(shí)回座電磁鐵是長(zhǎng)期帶電的，只有當(dāng)啟座電磁鐵帶電時(shí)回座電磁鐵才失電，也就是說(shuō)它們之間是“非”的關(guān)系，因此用啟座電磁鐵接觸器的常閉接點(diǎn)去驅(qū)動(dòng)回座電磁鐵接觸器，僅對(duì)啟座回路進(jìn)行保護(hù)的邏輯設(shè)計(jì)就完全可以達(dá)到要求，從而省略了許多中間環(huán)節(jié)，也增加了保護(hù)的可靠性。
    利用PLC的軟件功能簡(jiǎn)化、優(yōu)化原保護(hù)邏輯功能，從而使簡(jiǎn)化后的保護(hù)邏輯簡(jiǎn)單明了、安全可靠。簡(jiǎn)化后的邏輯功能如圖3。
3.3對(duì)手動(dòng)控制回路的改進(jìn)
    為了避免采用一套冗余的PLC后，因PLC電源消失或裝置本身的問(wèn)題而導(dǎo)致出現(xiàn)所有安全門(mén)保護(hù)拒動(dòng)現(xiàn)象，將所有安全門(mén)的手動(dòng)啟回座控制從PLC中分出，單獨(dú)組成互不相關(guān)的手動(dòng)控制回路，且每套保護(hù)的手動(dòng)控制電源均單獨(dú)取用，各電源之間采取保護(hù)隔離措施，每路電源均設(shè)有電源監(jiān)視。這樣運(yùn)行人員可通過(guò)手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐壓力容器的保護(hù)，即使其中某套保護(hù)癱瘓，也不會(huì)影響其它保護(hù)的運(yùn)行。
4、實(shí)施效果和結(jié)論
    1999年，熱工分場(chǎng)充分利用各機(jī)組的小修或大修機(jī)會(huì)，對(duì)全公司52套安全門(mén)保護(hù)進(jìn)行了改造，效果十分明顯。1999年改造之中，安全門(mén)保護(hù)誤動(dòng)異常僅為1次；2000年，該保護(hù)未出現(xiàn)一次誤動(dòng)現(xiàn)象�？傊�，采用PLC．再輔以必要的外圍及監(jiān)控設(shè)計(jì)對(duì)鍋爐安全門(mén)進(jìn)行改造，可使保護(hù)的可靠性得到很大的提高，而投入非常之少，富通新能源不但生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，而且還大量銷售木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，生物質(zhì)顆粒燃料主要供生物質(zhì)鍋爐燃燒使用。