7锅炉炉膛安全监控系统.docx
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7锅炉炉膛安全监控系统
7锅炉炉膛安全监控系统
7.1概述
a．热工保护
火电机组热工保护是通过对机组的工作状态和运行参数进行监视和控制而起保护作用的。
当机组发生异常时，保护装置及时发出报警信号，必要时自动启动或切除某些设备或系统，使机组仍然维持原负荷运行或者减负荷运行。
当发生重大故障而危及机组设备安全时，停止机组（或部分系统设备）运行，避免事故进一步扩大。
（1）概念和作用
在机组运行过程中，自动检测系统会不断对热工过程参数进行监视，并及时向值班人员提供这些热工参数变化的信息。
自动报警系统能在必要时通过声、光等报警信息提醒值班人员。
因此，在自动调节系统和联动控制系统等自动处理热工参数的异常时，运行值班人员还可以采取其他必要措施。
只有当所有上述处理措施均失效，同时异常情况不断发展甚至可能危及机组设备的安全时，自动保护系统的跳闸回路才使用最后的极端措施立刻停止机组运行，确保机组设备及人身的安全。
（2）热工保护的特点
1）热工保护是保证设备及人身安全的最高手段；
2）热工保护的操作指令拥有最高优先级；
3）热工保护系统必须与其他自动控制配合使用；
4）热工保护检测信息的可靠性高；
5）热工保护具有监测和试验手段；
6）热工保护的结构与特点各不相同.。
常见的大型火电机组专用的热工保护系统及装置
（1）辅机故障减负荷系统，RUNBACK（简称RB）
（2）机组甩负荷保护系统，FASTCUTBACK（简称FCB）
（3）锅炉安全监视系统，FurnaceSafeguardSupervisorySystem（简称FSSS）
（4）汽轮机安全监视系统，TURBINESAFETYINSTALLATION（简称TSI）
b．FSSS系统
FSSS属于火电厂分散控制系统一个有机组成部分；左权电厂火电机组DCS系统包括DAS、CCS、FSSS、SCS、ECS五大部分。
下面就FSSS系统做一简单说明。
FSSS系统即炉膛安全监控系统（FurnaceSafeguardSupervisorySystem）简称，包括燃烧器管理系统（BurnerManagementSystem，简称BMS）、燃烧器控制系统（BurnerControlSystem，简称BCS）、燃料燃烧安全系统（Fuel-firingSafetySystem，简称FSS）。
目前我国电力工业进入了大电网、大机组、高参数、高度自动化的时代。
大容量、高参数超临界机组安全运行的重要性日益提高，因此必须采用先进的机组保护系统和装置。
锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）是大型超临界火力发电机组锅炉必须具备的一种监控系统，它在锅炉正常工作和启停等各种工况下，连续地密切监视燃烧系统的大量参数和状态，不断地进行逻辑判断和运算，必要时发出运作指令，通过各种连锁装置使燃烧设备中的有关部件（如磨煤机、点火器、燃烧器等）严格按照既定的合理程序完成必要的操作，或对异常工况和未遂性事故做出快速性反应和处理。
防止炉膛的任何部位积聚燃料与空气的混合物使锅炉发生爆炸而损坏设备，以保证操作人员和燃烧系统的安全。
7.2锅炉炉膛安全监控系统的主要功能
7.2.1主要作用与功能
炉膛安全监控系统在锅炉启停阶段按运行要求启停油燃烧器和煤燃烧器。
在机组事故工况下，FSSS与CCS配合完成主燃料跳闸（masterfueltrip，MFT）、机组快速甩负荷（fastcutback，FCB）及辅机故障减负荷（runback，RB）等功能。
当机组发生严重故障而需要主燃料跳闸时，由FSSS发出MFT指令，实行紧急停炉。
当电网、发电机或汽轮机故障而徐机组快速甩负荷时，FSSS接到FCB指令后，迅速投入油层（对于微油点火方式，迅速投入小油枪），并将煤层全部切除（对于微油点火方式，微油燃烧器这一层煤粉量降低，而不切除），使锅炉带最低负荷运行，实现停机不停炉。
当锅炉辅机故障而发生RB时，FSSS将迅速切除部分磨煤机，使机组负荷降低至预先规定的负荷目标值。
上述动作，FSSS仅完成锅炉及其辅机的启停监视和控制功能，调节功能由CCS完成。
大型超临界锅炉机组FSSS系统具有以下功能：
（1）油泄漏试验
（2）点火前和燃烧后炉膛吹扫
锅炉点火前和停炉后必须对炉膛进行连续吹扫。
吹扫开始和吹扫过程中必须满足一定的吹扫条件，以保证锅炉炉膛和烟道内不会积聚任何可燃物。
吹扫时必须切断进入炉膛的所有燃料源，并至少有30%额定空气量的通风量，吹扫时间应不少于5分钟。
计时是在油系统泄露试验成功后开始的，以保证5分钟的炉膛吹扫是在不存在燃料泄漏的前提下进行的。
在吹扫计时时期内，若吹扫条件中任一条件不满足，则认为吹扫失败，再次吹扫时需重新计时。
（3）油枪或油枪组程控（启停控制）
点火前吹扫完成后，炉膛具备了点火条件，则运行人员可在控制室内进行油枪或油枪组的程控点火或停运。
（4）微油点火装置的启停控制
点火前吹扫完成后，炉膛具备了点火条件，则运行人员可在控制室内或就地点火柜进行微油点火装置的程控点火或停运。
（5）磨煤机组程序启停和给煤机、磨煤机保护逻辑
锅炉满足投煤粉许可条件时，运行人员可在控制室内按预定程序手动启停磨煤机组各有关设备，或磨煤机组按预定程序自动启停。
（6）炉膛火焰监测
炉膛火焰检测一般分为“火球”火焰检测和单个燃烧器（油枪或煤燃烧器）火焰检测两种。
对于本期工程锅炉机组，锅炉采用旋流燃烧器墙式燃烧方式，炉膛火焰检测为单个燃烧器（常规油枪、小油枪、煤燃烧器）火焰检测，需同时检测火焰的强度和火焰的脉动频率。
（7）主燃料跳闸（MFT）
MFT是锅炉安全监控系统的主要组成部分，它连续地监视预先确定的各种安全运行条件是否满足，一旦出现可能危及锅炉安全运行的危险情况，就快速切断进入炉膛的燃料，以避免发生设备损坏事故，或者限制事故的进一步扩大。
当机组在运行中出现某些影响正常运行的特殊工况时，如RUNBACK（RB）工况，需要快速的将负荷降低，使锅炉从全负荷或高负荷运行迅速回到较低负荷运行。
（8）有关辅机的启停控制和连锁保护
这些辅机主要包括引风机、送风机、一次风机、冷却风机、密封风机等。
（9）二次风挡板控制
（10）机组快速甩负荷（FCB）
（11）辅机故障减负荷（RB）
（12）机组运行监视和自动报警
（13）与DCS通讯,主要与CCS系统及DAS系统连接通讯
（14）可进行微油点火模式和常规油点火模式的切换。
7.2.2炉膛安全监控系统组成
完整的炉膛安全监控系统主要有已下几部分组成：
运行人员操作盘、驱动器、敏感元件和逻辑系统。
a．运行人员操作盘
（1）运行人员中央操作盘（工控机）
（2）就地点火控制柜
b．驱动器
将燃料和空气送入炉膛燃烧的执行机构，主要包括磨煤机、给煤机的电动机启动器，油枪驱动器、油系统快速关断阀（含燃油阀、吹扫阀等）、火检冷却风机电动机启动器、密封风机电动机启动器等。
c．敏感元件
主要包括油、风的压力、温度、流量的检测元件；炉压开关（炉膛压力高低压力开关）；火焰检测装置（火焰检测探头、信号处理部分及专用电缆）等。
d．逻辑系统
逻辑（控制）系统可以看作是FSSS系统的“大脑”和“心脏”。
它对运行人员的操作指令和敏感元件的状态进行连续的监测和处理。
运行人员发出的指令只有通过逻辑系统验证，满足一定的安全许可条件后才能送到驱动装置上，当出现危及设备和机组安全运行的情况，逻辑系统会自动停掉有关设备。
我厂锅炉机组FSSS控制逻辑分为公用控制逻辑、常规燃油控制逻辑、微油点火装置控制逻辑及燃煤控制逻辑几大部分。
（1）公用控制逻辑
包含锅炉保护的全部内容，即油泄漏试验、炉膛吹扫、主燃料跳闸（MFT）及油燃料跳闸（OFT）与首出原因记忆、点火条件、点火能量判断、RB等。
公用控制逻辑还包括有FSSS公用设备（如火检冷却风机、密封风机、主跳闸阀）的控制。
（2）常规燃油控制逻辑
燃油控制逻辑包括各对油燃烧器投、切控制及油层投、切控制。
（3）燃煤控制逻辑
燃煤控制逻辑包括各制粉系统（煤层）的顺序控制及单个设备的控制。
（4）微油点火装置控制逻辑
微油装置启动、停止程序控制；微油点火故障报警；微油燃烧器壁温监视，超温报警；联锁保护功能，与FSSS接口。
7.3炉膛吹扫
a．吹扫目的
锅炉点火前，必须进行炉膛吹扫，这是锅炉防爆规程中基本的防爆保护措施。
在锅炉对流烟道、尾部烟道和将烟气送至烟囱的引风机等处均有可能积聚过量的可燃物，当这种可燃物与适当比例空气混合，遇到点火源时，即可能引燃而导致炉膛爆炸。
炉膛吹扫的目的就是将炉膛内的残留可燃物质清除掉，以防止锅炉点火时发生爆燃。
b．吹扫条件
炉膛在吹扫时，必须满足下列所有条件。
（1）一次吹扫条件：
1）MFT继电器跳闸；
2）OFT继电器跳闸；
3）所有单个油角阀全关（包括微油油角阀、大油枪油角阀）；
4）所有磨煤机停运；
5）所有给煤机停运；
6）所有磨煤机出口门关闭；
7）一次风机全停；
8）任一空预器运行；
9）任一引风机运行；
10）任一送风机运行；
11）无MFT跳闸条件存在；
12）全炉膛无火焰。
（2）二次吹扫条件：
1）炉膛风量在>30%且<40%；
2）所有二次风挡板及三次风挡板打开；
3）给水流量正常；
4）油泄漏试验成功。
当一次吹扫条件全部满足后，在CRT上指示“吹扫准备就绪”信号，这时操作员就可以启动吹扫。
c．吹扫过程
主燃料跳闸（MFT）后，自动产生“请求炉膛吹扫”信号。
当一次吹扫允许条件满足后，自动产生“吹扫准备就绪”信号。
运行人员在CRT上发出“启动炉膛吹扫”指令，炉膛吹扫开始，CRT上指示“炉膛吹扫进行中”，吹扫计时器开始倒计时，时间为300秒。
为了使炉膛吹扫彻底、干净，吹扫过程必须在30％以上额定风量下持续5分钟。
5分钟的吹扫可以使炉膛得到4次以上的换气。
在吹扫过程中，FSSS逻辑连续监视一次吹扫允许条件及二次吹扫允许条件。
一次吹扫允许条件是FSSS系统进入吹扫模式所必须具备的条件；二次吹扫允许条件是启动吹扫计时器所必须具备的条件。
在吹扫过程中二次吹扫允许条件（如锅炉风量>30％额定风量）不满足时，吹扫计时器就会清零，但并不中断吹扫，待二次吹扫允许条件满足后，吹扫计时器又自动开始计时；但如果某个一次吹扫允许条件不满足了，就会导致吹扫中断，同时吹扫计时器清零。
如果吹扫中断，操作员就要重新启动吹扫程序。
当所有吹扫条件全部满足并且持续5分钟，吹扫完成，在CRT上指示“炉膛吹扫成功”信号，吹扫结束。
“炉膛吹扫成功”信号是复位MFT的必要条件。
MFT发生时，通过一个MFT脉冲信号清除“炉膛吹扫成功”信号。
7.4主燃料跳闸保护（MFT）
主燃料跳闸（MFT）是锅炉安全保护的核心内容。
是FSSS系统中最重要的安全功能。
在出现任何危及锅炉安全运行的危险工况时，MFT动作将快速切断所有进入炉膛的燃料，即切断所有油和煤的输入，以保证锅炉安全，避免事故发生或限制事故进一步扩大。
当MFT跳闸后，有首出跳闸原因显示；当MFT复位后，首出跳闸记忆清除。
a．MFT跳闸条件
（1）运行人员跳闸（MFT按钮）；
（2）炉膛压力高高，硬接线输入，三取二产生。
该信号至少持续3秒钟；
（3）炉膛压力低低，硬接线输入，三取二产生。
该信号至少持续3秒钟；
（4）给水流量极低跳闸，硬接线与CCS系统来的通讯信号“或”后产生。
该信号至少持续3秒钟；
（5）给水流量低跳闸，硬接线与CCS系统来的通讯信号“或”后产生。
该信号至少持续20秒钟；
（6）给水泵全停，延时1秒;
（7）失去两台送风机；
（8）失去两台吸风机；
（9）火检风/炉膛差压低跳闸，硬接线输入，三取二产生。
该信号至少持续3秒钟；
（10）汽机跳闸且锅炉负荷>40％；
（11）锅炉风量<30%，硬接线与CCS系统来的通讯信号“或”后产生，该信号至少持续30秒钟；
（12）再热器保护跳闸，包含两层含义；
①当有任意台磨运行，同时以下任一条件满足：
高压主汽门或高压调速汽门关闭，同时高旁门关；
中压主汽门或中压调速汽门关闭，同时低旁门关；
发电机跳闸并且旁路未投。
②当有任意点火油抢运行并且燃料指令超过定值，同时以下任一条件满足：
高压主汽门或高压调速汽门关闭，同时高旁门关；
中压主汽门或中压调速汽门关闭，同时低旁门关；
发电机跳闸并且旁路未投。
（13）延时点火，包含两层含义，任一条件满足即可：
①MFT复位后，10分钟之内炉膛没有建立第一个火焰；
②MFT复位后，3次点火失败。
（14）失去全部燃料
常规油点火及稳燃模式下，当以下任一条件满足时，认为失去油燃料：
①24个单个点火油角阀关闭；
②点火跳闸阀关状态；
③无点火油燃烧器投运。
微油点火及稳燃模式下，当以下任一条件满足时，认为失去油燃料：
①所有微油点火油角阀关闭；
②无点火微油燃烧器投运；
③点火跳闸阀关状态。
当所有煤层跳闸继电器动作时（MILLRELAYTRIPPED），认为失去煤燃料。
当煤燃料与油燃料都失去时，认为失去全部燃料。
该条件还要“与”上“有燃烧器投运记忆”信号。
即在停炉时不认为失去全部燃料。
（15）失去全部火焰
①当所有油燃烧器无火焰检测时，认为无油火焰检测；
②当所有煤燃烧器无火焰检测时，认为无煤火焰检测；
③当无油火焰检测且无煤火焰检测时，认为无火焰检测；
④当无火焰检测并且有燃烧器投运记忆时，产生失去全部火焰。
即在停炉时不认为失去全部火焰。
（16）失去临界火焰
在9秒之内所有投运煤层1/4以上燃烧器失去火焰，则产生失去临界火焰跳闸信号。
（17）一次风机跳闸且任一煤层投运
（18）在微油模式下，点火初期没有投入制粉系统前，屏蔽主燃料跳闸保护。
在投入微油模式后给煤机运行没有证实时，如果发生微油模式撤出，主燃料跳闸保护动作（此情况仅在纯微油方式下运行）
b.复位MFT继电器必须满足的全部条件
以下条件全部满足，复位MFT继电器：
（1）炉膛吹扫完成；
（2）MFT继电器已跳闸；
（3）无MFT跳闸条件存在；
（4）DPU9控制器电源正常；
（5）MFT继电器电源正常；
（6）运行人员打开主跳闸阀指令。
c．MFT发生后，联锁动作的设备：
（1）跳闸汽轮机；
（2）跳闸MFT硬继电器；
（3）跳闸OFT；
（4）跳闸所有油燃烧器（微油燃烧器、大油枪燃烧器）；
（5）关闭燃油主跳闸阀；
（6）跳闸所有给水泵；
（7）跳闸所有磨煤机；
（8）跳闸所有给煤机；
（9）关闭所有磨煤机出口挡板；
（10）关闭所有减温水门；
（11）跳闸所有一次风机；
（12）送MFT指令至CCS、ETS、旁路、吹灰等系统。
MFT设计成软、硬两路冗余，当MFT条件出现时软件会送出相应的信号来跳闸相关的设备，同时MFT硬继电器也会向这些重要设备送出一个硬接线信号来跳闸。
例如，MFT发生时逻辑会通过相应地模块输出信号来关闭主跳闸阀，同时MFT硬接点也会送出信号来直接关闭主跳闸阀。
这种软硬件互相冗余有效地提高了MFT动作的可靠性。
此功能在FSSS跳闸继电器柜内实现。
7.5油燃料跳闸保护（OFT）
油燃料跳闸（OFT）逻辑检测油母管的各个参数，当有危及锅炉炉膛安全的因素存在时，产生OFT，关闭主跳闸阀，切除所有正在运行的油燃烧器。
FSSS连续逻辑监视不同的OFT条件，如果其中任一个满足，FSSS逻辑就会跳闸OFT继电器。
OFT继电器是单线圈继电器。
当OFT跳闸后，有首出跳闸原因显示；当OFT复位后，首出跳闸记忆清除。
a．OFT跳闸条件
（1）运行人员跳闸（运行人员关闭主跳闸阀指令）；
（2）MFT；
（3）主跳闸阀未打开，即主跳闸阀开状态失去；
（4）燃油调节阀后进油压力低跳闸，该信号至少持续3秒钟，并且“与”上有任一油角阀不在关状态（常规油点火模式）；
（5）对应微油火焰失去延时3秒（微油点火模式）；
（6）微油燃油阀开后15秒火检仍检测不到火焰（微油点火模式）；
（7）油阀故障（油阀开、关反馈同时存在或同时失去超过5秒）（微油点火模式）；
（8）微油燃油阀和吹扫阀同时不关（微油点火模式）。
b．复位OFT继电器必须满足的全部条件
（1）MFT继电器已复位；
（2）无OFT跳闸条件存在；
（3）OFT继电器已跳闸；
（4）主跳闸阀关闭；
（5）单个油角阀关闭；
（6）油泄漏试验成功；
（7）运行人员打开主跳闸阀指令。
c．OFT发生后，联锁动作的设备
（1）跳闸OFT硬继电器；
（2）跳闸所有油燃烧器（微油燃烧器、大油枪燃烧器）；
（3）关闭所有主跳闸阀。
OFT设计成软、硬两路冗余，当OFT条件出现时软件会送出相应的信号来跳闸相关的设备，同时OFT硬继电器也会向这些重要设备送出一个硬接线信号来跳闸。
例如，OFT发生时逻辑会通过相应的模块输出信号来关闭主跳闸阀，同时OFT硬接点也会送出信号来直接关闭主跳闸阀。
这种软硬件互相冗余有效地提高了OFT动作的可靠性。
此功能在FSSS跳闸继电器柜内实现。
7.6常规油燃烧器管理
锅炉经过炉膛吹扫，并且所有油点火条件全部满足后，锅炉才能点火启动。
点火从油燃烧器开始，由下往上逐层点火。
而且油燃烧器只能依靠自己所属的高能点火器进行点火，不允许依靠其它煤燃烧器的火焰进行点火。
其控制分为油层控制、单独控制。
a．油层控制
（1）油层启动指令
以下任一条件满足，产生油层启动指令：
1）运行人员启动油层；
2）煤层低负荷时助燃或者煤层清扫请求油层投运。
（2）油层启动
当油层启动时，FSSS逻辑将按照顺序自动投运油层，每对之间的间隔时间为15秒钟。
（3）油层停运
当运行人员停运油层时，FSSS逻辑将按照顺序自动停运油层，每对之间的间隔时间为15秒钟。
b．油燃烧器控制
（1）油燃烧器点火允许条件
以下条件全部满足，产生油燃烧器点火允许：
1）MFT复位；
2）OFT复位；
3）炉膛点火允许；
4）油点火允许；
5）初始点火允许；
6）无火焰检测；
7）无火检故障；
8）油阀关。
（2）油燃烧器点火的步序
首先推进油枪；油枪均推进到位后，推进点火枪；点火枪均推进到位后，激励高能点火器；高能打火器开始打火时，打开角油阀。
（3）油燃烧器投运判断
以下推进全部满足，认为油燃烧器投运：
1）油燃烧器在点火方式下达30秒钟；
2）火焰检测达10秒钟；
3）油阀开。
（4）油燃烧器切除
以下任意情况都将产生“油燃烧器在切除方式”信号：
1）程停油燃烧器；
2）运行人员停止油燃烧器指令；
3）MFT发生；
4）OFT发生；
5）同时满足:
油燃烧器在点火/运行方式达10秒但①油枪未推进；②油枪已推进达10秒但油油角阀未打开；③油角阀离开关位达10秒但无火焰检测；④点火枪推进指令达5秒但点火枪未推进。
7.7煤粉燃烧器管理
燃煤控制逻辑完成各制粉系统的投入、切除操作，并在正常运行时密切监视各煤层的重要参数，必要时切断进入炉膛的煤粉，以保证炉膛安全。
当煤层的点火能量建立起来之后，操作员就可以进行煤层投入的操作。
煤点火的允许条件适用于所有煤层。
如果煤点火的条件不满足，则任何煤层均不允许点火。
（对于A煤层，当采用微油模式时，点火条件有所改变）。
煤燃烧器投入以层为单位进行，这是由于每台磨煤机出口的六个挡板是联开联关的。
以下条件全部满足，认为A煤层投运：
（其它煤层类同）
（1）A磨煤机合闸；
（2）A给煤机运行达1分钟；
（3）A1-A6中至少4只有火焰检测。
以下条件全部满足，认为A1煤燃烧器投运：
（1）A磨煤机合闸；
（2）A给煤机运行达1分钟；
（3）A1有火焰检测。
a．煤层顺序控制（以A煤层为例，其它煤层相似，但其它煤层没有微油模式）
Ａ制粉系统的自动启动步序：
（1）启动A磨煤机润滑油泵；
（2）开A磨煤机密封风电动挡板，同时系统自动复位煤层跳闸继电器；
（3）启动A磨吹扫；
（4）开A磨煤机出口挡板；
（5）开A磨煤机入口冷热风挡板、打开容量/旁路风挡板至中间位；
（6）置A磨冷热风挡板自动；
（7）A磨煤机启动允许满足后，启动A磨煤机；
（8）开A给煤机出口电动煤阀；
（9）启动A给煤机；
（10）开A给煤机入口电动煤阀。
Ａ制粉系统的自动停止步序:
（1）在常规模式下，请求A油层投入；在微油模式下，请求微油燃烧器投入；
（2）至CCS置A给煤机转速最低；
（3）关A给煤机人口电动煤阀；
（4）停A给煤机；
（5）关给煤机出口挡板；
（6）停A磨煤机；
（7）关A磨冷热风挡板，关密封风挡板；
（8）启动A磨吹扫。
b．煤层紧急跳闸
（1）运行人员跳闸；
（2）A煤层顺控来跳闸指令；
（3）MFT；
（4）一次风压低跳闸；
（5）MILLARELAYTRIPPED（3秒脉冲），此条件为了保持软硬统一；
（6）A磨煤机密封风与一次风差压低，该信号必须持续60秒钟；
（7）失去磨煤机跳闸，A给煤机运行，但A磨煤机停运；
（8）失去点火能量跳闸；
1）常规模式时。
当A给煤机运行且转速<40％时，认为A煤层负荷低，如果A煤层点火能量不满足，A煤层将请求A油层投入以助燃。
2分钟之后，A油层未投运且A给煤机转速仍然<40％，产生失去点火能量跳闸；
2）微油模式时。
只要有三只以上微油燃烧器运行，就不跳闸。
（9）分离器出口温度4/6大于130℃；
（10）（对于C、E煤层）RB来跳闸指令；
（11）微油模式下，给煤机启动10min后，磨煤机A对应的油层未运行，且煤火检４/6证实无火；
（12）微油模式下，当油燃烧器有4个出现故障熄火时。
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