锅炉炉膛安全监控系统

锅炉炉膛安全监控系统(FSSS)一.概述 二.FSSS 系统的主要功能 三.FSSS 系统的设计一.概述锅炉炉膛安全监控系统 (furnace safeguard supervisory system 简称 FSSS)是保证锅炉燃烧系统中各设备按规定的操作顺序和条件安全启停、切投，并能在危急工况下，跳闸相关设备或迅速切断进入炉膛的全部燃料（包括点火燃料），防止发生爆燃、爆炸等破坏性事故的安全保护和顺序控制装置。也称燃烧器管理系统（burner management system 简称 BMS）。锅炉炉膛安全监控系统是大型火电机组自动保护和自动控制系统的一个重要组成部分，根据 FSSS 的锅炉保护功能和燃烧器的控制功能，又常将 FSSS 分为两大部分：燃烧器控制系统（burner control system 简称 BCS）;锅炉炉膛安全系统（furnace safety system 简称 FSS）。二.FSSS 系统的主要功能燃油系统控制 炉膛吹扫 锅炉点火 煤燃烧器控制 总燃料跳闸（MFT）锅炉炉膛火焰监测 2.1 燃油系统控制 燃油系统控制主要包括燃油跳闸阀、进油控制阀、回油阀和回油调节阀（燃油压力控制阀）的控制。燃油跳闸 OFT(oil fuel trip)：由人工操作或保护信号指令动作，快速关闭燃油阀，切断进入锅炉炉膛的燃烧用油。燃油跳闸条件（OFT 后主燃油跳闸阀应跳闸关闭）：a）MFT；b）运行操作站或备用盘上操作主燃油跳闸阀关闭按钮；c）任一油跳闸阀未关，雾化蒸汽（或压缩空气）压力低（有延时）；d）任一油跳闸阀未关，燃油母管压力低（有延时）；e）主燃油跳闸阀开启或关闭故障（开启或关闭信号发出后 10 秒后未到位）或状态故障（开状态和关状态同时触发，延时 5 秒）；f）任一燃烧器检测无火，而一段时间内对应的油跳闸阀不能关闭。MFT 复位后，运行人员通过“开主燃油跳闸阀”操作复位 OFT。油泄漏试验燃油系统泄漏试验的目的是证实油系统的各部分是严密的，如主燃油跳闸阀和各油跳闸阀之间是否密闭。油泄漏试验成功是炉膛吹扫条件之一。如果锅炉点火方式为轻油点重油、重油点煤粉，则应分别对轻油、重油做油泄漏试验。燃油系统泄漏试验逻辑应包括以下内容a）通过逻辑控制对油系统各部分加压；b）设计有检测所有泄漏情况的仪表和判别逻辑；c）向运行人员提供泄漏试验过程和结果的相应信息或报警。2.2 炉膛吹扫 炉膛吹扫的目的是将炉膛和烟道中可能积聚的可燃性混合物清除掉，防止点火时引起炉膛爆燃。吹扫时要求开启送风机、引风机并保持一定的风量，维持一段时间的吹扫以保证所有可燃混合物从炉膛和烟道中吹扫出去。在吹扫过程中，如果某一吹扫条件不满足，则吹扫中断，经处理使吹扫条件满足后，重新开始吹扫计时，直至吹扫时间周期完成。吹扫时间推荐为 5 分钟10 分钟。吹扫条件的基本原则：a）所有进入炉膛的燃料输入被切断；b）炉膛内无火焰；c）炉膛的通风量一直保持相当于额定负荷通风量 2530以上的吹扫风量，吹扫时间应不少于 5 分钟或相当于炉膛（包括烟道）换气 5 次的时间（取二者较大值）。吹扫时应满足的条件：a)无 MFT 跳闸条件；b)油泄漏试验成功；c)两台回转式空预器运行；d)任一送风机运行；e)任一引风机运行；f)炉膛压力正常；g)所有火检均未检测到火焰；h)所有磨煤机停运；i)所有给煤机停运；j)主燃油跳闸阀关闭；k)所有油燃烧器的油跳闸阀关闭；l)火检冷却风压力正常；m)所有二次风挡板全开或在吹扫位；n)锅炉总风量大于定值（2540%额定风量）；o)所有给粉机停运；（中储式制粉系统）p)汽包水位正常；（汽包炉）q)任一炉水循环泵运行；（强制循环汽包炉）r)两台一次风机均停运；（若配置一次风机）s)所有排粉风机均停运；（若配置排粉风机）t)两台电除尘均停运；（若配置电除尘）u)FSSS 系统硬件正常（包括主模件及电源系统）。当炉膛吹扫条件均满足时，通过运行人员手动操作进入吹扫阶段。在吹扫时间内所有吹扫条件全部满足，发出吹扫完成信号。如吹扫期间任一吹扫条件失去，则发出吹扫中断信号，并显示中断原因。应在所有吹扫条件重新满足后，运行人员重新手动启动吹扫，直到吹扫完成。因引风机失去导致紧急停炉时,或引风机全部停运时,应将风烟通道上所有挡板在规定时间内调节到全开位置，以建立尽可能大的炉膛自然通风，保持这种状态不少于 15 分钟。MFT 复位：吹扫完成后，吹扫完成的信号自动复位 MFT。2.3 锅炉点火 炉膛点火许可条件：a)MFT 已复位；b)风箱/炉膛差压正常；c)火检冷却风压正常；d)锅炉风量合适（在点火风量，定值推荐为 2580额定风量）或有煤层投运；e)火检系统运行无异常。油点火许可条件：a)炉膛点火许可；b)OFT 已复位；c)主燃油跳闸阀打开；d)燃油压力正常；e)燃油温度正常；f)雾化蒸汽（或压缩空气）压力正常。油燃烧器投运条件：a）油点火允许；b）油燃烧器无火焰检测到；c）油跳闸阀组关闭；d）清扫阀关闭。油燃烧器投运步骤：a）伸进油枪；b）伸进点火枪；c）点火器打火；d）开始打火后打开油跳闸阀组；e）当油枪伸进且油跳闸阀组打开且检测到有火信号，则认为油燃烧器投运。油层顺序投运步骤：应按照厂家推荐顺序，但应是间隔一只油燃烧器启动，保证炉膛的受热均匀，之间的时间间隔一般为 5 秒15秒。（如四角切园锅炉一般为先对角后邻角）油燃烧器跳闸条件：a）手动跳闸；b）MFT；c）OFT；d）油跳闸阀组打开且未检测到火焰达 5 秒15 秒；e）油燃烧器投运后设备故障（如油跳闸阀组未在开位、油枪未在进位等）；f）油燃烧器点火失败（包括油枪未及时伸进、点火枪未及时伸进、油跳闸阀组未及时打开等）。油燃烧器停运步骤：a）关闭油跳闸阀组；b）点火枪伸进；c）点火器打火（打火时间推荐为 30 秒）；d）打开清扫阀（清扫时间推荐为 1 分钟5 分钟）；e）清扫完成后退出油枪、点火枪。2.4 煤燃烧器控制 储仓制系统 bin system；storage system:燃料制成粉后储入粉仓，然后从粉仓通过给粉机供给炉膛燃烧的一种系统。直吹制系统 direct-fired system:燃料制成粉后直接从磨煤机送入燃烧器的一种系统。2.4.1 中速磨直吹式制粉系统磨煤机启动允许条件：a）炉膛点火允许；b）任一一次风机运行；c）煤层点火能量满足；煤层点火能量的判断全部宜以层为单位。以下任一条件满足，认为煤层点火能量满足：1）对应油层（或天然气）投运。其中油层投运为：同一层的四支油枪至少有 3 支投运（每层配置 4 支油枪）；同一层的六支油枪至少有 4 支投运（每层配置 6 支油枪）；2）锅炉负荷大于定值（推荐 3050）且相邻煤层投运。其中煤层投运为：同一层的四支煤粉燃烧器至少有 3 支投运（每层配置 4 支煤粉燃烧器）；同一层的六支煤粉燃烧器至少有 4 支投运（每层配置 6 支煤粉燃烧器）；d）磨煤机出口温度正常；e）磨煤机润滑油系统正常（任一台润滑油泵运行且油压正常）；f）磨煤机无跳闸条件；g）磨煤机密封风控制挡板开启；h）冷、热风隔离挡板开启。磨煤机跳闸条件：a）MFT；b）失去火焰跳闸（如同一磨煤机对应的 4 个煤粉燃烧器中，有3 个及以上失去火焰；或同一磨煤机对应的 6 个煤粉燃烧器中，有 4个及以上失去火焰）；c）失去磨煤机润滑油；d）磨煤机一次风量低；e）磨煤机运行且磨煤机出口门关闭；f）磨煤机运行且给煤机停运达到一定时间；g）磨煤机出口温度高；h）磨煤机的密封风失去（风机停运或密封风挡板未全开）；i）运行人员手动跳闸指令；j）一次风机均停运；k）Run Back 信号（部分磨煤机）。l）磨煤机断煤、堵煤；m）磨煤机及其电机的保护（如轴承温度高、线圈温度高等）。磨煤机跳闸后相应的给煤机联跳，磨煤机出口挡板、热风隔离挡板应联锁关闭。给煤机启动条件：a)磨煤机在运行；b)给煤机出口挡板开启；c)给煤机转速指令在最低；d)磨煤机启动条件满足。给煤机跳闸条件：a）MFT；b）磨煤机跳闸或停运；c）给煤机运行且进口挡板开启，给煤机煤量小于规定值。d）给煤机出口挡板关闭；e）给煤机堵煤或无煤。煤层顺序启动步骤：a）启动磨煤机润滑油泵、冷却风机等；b）启动磨煤机密封风机，并打开对应密封风门；c）建立一次风进入磨煤机及风粉进入炉膛的通道（打开磨煤机入口风门、磨煤机出口门、冷风调节挡板等）；d）暖磨（调整磨煤机出口温度达到要求）；e）开启给煤机进、出口挡板；给煤机转速指令设定在最低；给煤机就地控制开关切换至遥控位置；f）磨煤机启动条件满足，启动磨煤机；g）给煤机启动条件满足，启动给煤机；h）延时后释放给煤机转速指令设定在最低指令。煤层顺序停运步骤：a）将给煤机转速减至最小，并关闭热风调节挡板、开启冷风调节挡板；b）冷却至磨煤机进口温度小于一定值后，关闭给煤机进口挡板；c）停运给煤机；d）给煤机停运后，磨煤机吹扫一段时间以排空磨煤机内的煤粉，停运磨煤机；e）依次关闭热风隔离挡板、冷风隔离挡板、磨煤机出口门、磨煤机入口风门、密封风隔离挡板。2.4.2 中间储仓式制粉系统 中间储仓式制粉系统的控制相对独立，进入 FSSS 控制的设备有：给粉机、给粉机出口一次风门。（磨煤机、给煤机等设备的逻辑可在OCS 系统中实现）给粉机启动允许条件：a）无给粉机跳闸条件；b）炉膛点火允许；c）对应煤层点火能量满足。给粉机跳闸条件：a）MFT；b）失去火焰跳闸（给粉机运行且失去火焰达数秒）；c）给粉机出口一次风门关闭；d）一次风机全停（若配置一次风机）；e）Run Back 信号（部分给粉机）。磨煤机启动条件：a）磨煤机润滑油压正常；b）磨煤机轴温正常；c）磨煤机冷风门全开；d）相应侧排粉机已运行。磨煤机跳闸逻辑：a）MFT；b）相应侧排粉机停运；c）磨煤机润滑油压低；d）磨煤机轴承温度高。给煤机启动条件：相应侧磨煤机运行。给煤机跳闸逻辑：a）MFT；b）相应侧磨煤机停运；c）相应侧排粉机停运。2.5 总燃料跳闸（MFT）总燃料跳闸 MFT：master fuel trip:是锅炉炉膛安全监控系统的重要组成部分，它连续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。MFT 动作条件：a）手动“MFT”按钮；b）炉膛压力高；c）炉膛压力低；d）锅炉总风量低（推荐为 2030）；e）送风机全停；f）引风机全停；g）失去全部燃料：所有磨煤机全停，并且主燃油跳闸阀关闭或所有单个油跳闸阀关闭（直吹式制粉锅炉）；所有给粉机全停或给粉机电源中断，并且主燃油跳闸阀关闭或所有单个油跳闸阀关闭（中间储仓式制粉锅炉）；注：“油层投运”才能触发此 MFT 动作条件。h）多次点火失败（MFT 复位后，3 次5 次点火都不成功）；i）延时点火（MFT 复位后，5 分钟10 分钟内炉膛仍未有任一油枪投运）；j）失去全部火焰：煤粉及油燃烧器均失去层火焰信号，投入条件：油层投运）；注 1：“油层投运”才能触发此 MFT 动作条件。注 2：失去层火焰信号指同一层如配 4 支燃烧器火焰少于 3个，或同一层如配 6 支燃烧器火焰少于 4 个等。即无煤层投运信号，也无油层投运信号。k）汽机跳闸且负荷大于旁路容量（30%40）或高压旁路未打开；l）汽包水位高（汽包炉）；m）汽包水位低（汽包炉）；n）所有炉水泵停运（强制循环汽包炉）；o）主蒸汽压力高（直流炉）；p）断水保护（直流炉）；q）主汽温度低（直流炉）；r）两台一次风机停运且油枪都未投运（直吹式制粉系统或热风送粉中储式制粉系统）；所有排粉机跳闸且油枪都未投运（乏气送粉中储式制粉系统）；s）失去火检冷却风（火检冷却风压低，或火检冷却风机都停运）；t）失去临界火焰（适用于直吹式或半直吹式制粉系统）：至少三层煤投运且运行的煤粉燃烧器中部分火焰失去（四角切圆燃烧锅炉，其定值推荐为 50，W 型火焰锅炉，其定值推荐为 50）；u）失去角火焰（适用于直吹式或半直吹式制粉系统、四角切圆燃烧锅炉）：至少三层煤投运且某一角从上到下所有燃烧器（煤、油）都失去火焰；MFT 发生后，联锁动作以下设备：a）跳闸汽机（300MW 机组以上）；b）关闭所有过热器减温水截止门；c）关闭所有再热器减温水截止门；d）关闭主燃油跳闸阀；e）切除所有油燃烧器；f）跳闸磨煤机；g）跳闸给煤机；h）打开高压旁路；i）跳闸除尘器；j）锅炉吹灰器全部退出；k）跳闸两台一次风机；（若配置）l）跳闸所有排粉风机；（若配置）m）跳闸所有给粉机并停给粉机电源；（若配置）n）跳闸所有给水泵（直流炉）。三.FSSS 系统的设计MFT 的检测元件和回路除火焰监测器和在模拟量控制系统（MCS）进行预处理的风量信号、汽包水位外，应独立于其它控制元件和回路。应采用比其它控制回路更可靠的硬件和设计（如冗余、三取二等），三取二或三取中的信号中的三个信号及处理逻辑应独立分布在不同的硬件内，以提高其可靠性。MFT 跳闸系统在失电时应产生锅炉跳闸信号以使机组处于安全状态。炉膛压力保护应采用过程压力直接驱动的压力开关，应有三个独立取样的“压力高”开关和三个独立取样的“压力低”开关，压力保护动作信号按三取二的原则取出。炉膛压力取样孔应与吹灰器和看火孔有足够的距离，并应采取适当的防堵措施，防堵措施不得影响炉膛压力的取样精度。跳闸条件中的汽包水位保护逻辑应按“三取二”设计。触发 MFT 的跳闸信号应采用硬接线接入，需要通过逻辑运算产生的 MFT 信号应在处理逻辑中采取冗余或表决的方式提高可靠性。MFT 跳闸输出指令应以硬接线接入其它系统（如 MCS、OCS、ETS等）和相应动作设备的跳闸回路，以保证足够的可靠性。应防止因跳闸联锁系统电源中断或恢复引起系统的拒动作和误动作。MFT 时，应切断一切进入炉膛的燃料供应和点火器电源，并解列制粉系统。如装有炉膛惰性化系统，应同时投入炉膛惰性化系统。MFT 各跳闸动作值及延时时间应由锅炉厂提供设计依据，运行中在征得制造厂同意情况下可以进行修正。MFT 后，应指示跳闸首出原因。可将燃烧器设备的动作情况引入火焰信号的判断，以便更准确地反映火焰状态。联锁保护功能应监视燃烧设备的启动、停止过程和运行情况，以确保设备的安全操作顺序和安全运行。当设备安全受到危险时，应按适当顺序使最小数量的设备跳闸。主要设备跳闸后应能指出跳闸的首出原因。一旦检测到可能导致未燃烧燃料堆积的严重燃烧问题或失去锅炉控制、燃烧器管理、联锁系统的电源时，应自动停运有关设备。引起跳闸的任何联锁信号或动作应报警。