电厂锅炉安全系统设计与应用.doc

电厂锅炉安全系统设计与应用1概述电厂的炉膛安全监控系统（FurnaceSafetySupervisionSystem，简称FSSS），是电厂重要的安全系统之一，FSSS通常包括燃烧器控制系统（BCS或BMS）和燃料安全系统（FSS）。为了保证安全系统可靠的工作，FSSS有很高的独立性要求，包括采取独立的逻辑控制、独立的输入/输出系统和独立的电源，在功能上和物理上独立于其他的锅炉控制系统。触发主燃料跳闸（MFT）和锅炉跳闸（BT）的信号必须采用硬接线，而不能通过总线通讯传输。这个由硬接线实现的锅炉跳闸功能应确保机组能在任何紧急工况下能切断所有风和燃料的供应，包括风机、燃料快关阀、风机的风门等。在控制逻辑的设计上，应充分考虑：单一设备元件的故障不应导致强制性的主燃料跳闸（MFT）或锅炉跳闸（BT）.逻辑系统故障不应阻止合理的操作员干预.控制逻辑能够防止非授权的更改.机器设备在运行时不可对其逻辑进行修改.系统响应时间应尽可能的短以防止对应用回路产生不利影响.对干扰影响采取的保护措施应防止产生误动作.提供诊断功能用于监控处理器的逻辑功能同时控制系统还应评估各类设备元件的故障模式，对下述故障进行评估并提供解决方案：.电源的中断、漂移、短时波动、恢复、瞬变过程和部分失去.存储损坏或丢失输入和输出故障信号不能读或未读出无法处理偏差处理器故障继电器线圈故障继电器接点故障时钟故障为了便于运行人员迅速查找事故发生的原因，FSSS还需要提供MBT和BT以及所有辅机跳闸的首出原因（FirstOut）判断逻辑。除了对燃烧器控制和管理，FSSS另一个重要的组成部分是燃料安全系统，即FSS。FSS要防止由于炉膛内燃料和空气的混合物产生的不安全工况。必要时切除燃料系统，并避免锅炉受压部件过热。在实现方法上，FSS可以采用通用型处理部件，也可以采用安全可靠性更高的故障安全型控制器和IO模件。其中通用型处理模件构成的FSS系统是最常见的方法。在能源过程控制应用中，美卓自动化的DNA系统还可以根据故障安全型控制器相关的国际标准（如IEC61508等）设计成安全性控制系统。使DCS系统在冗余的控制器均故障的情况下，仍有有效地措施来确保安全停炉。在这种特殊应用中，由于控制器和I/O模件都是DCS的相同硬件，FSS的安全型控制系统也是DCS系统的一部分，可与DCS实行无缝连接。本专题说明以一台锅炉为例，重点描述用通用型处理器和I/O模件构成的燃料安全系统的功能和实现方法。2FSS的监控和保护功能FSS应通过下列监控和保护功能实现保护动作：监控锅炉和汽轮发电机组的运行工况，并在检测到危害人员和设备安全的工况时发出主燃料跳闸（MFT）信号和锅炉跳闸（BT）信号。当发生RUNBack工况时，应停运一部分已投运的锅炉燃料设备和有关辅机，快速切断进入锅炉的燃料量。MFT发生后，应维持锅炉进风量，以便清除炉膛内、烟道尾部和烟道中的可燃气。在5分钟吹扫完成及有关许可条件满足之前，应阻止燃料重新进入炉膛。为了实现这些功能，控制系统应能够：快速响应跳闸输入信号直接切断所有燃料来源运行人员能直接进行燃料跳闸自动记忆和显示“跳闸原因”不许有跳闸的旁路在收到MFT信号和锅炉跳闸信号时，燃烧器控制系统应按指令协同FSS快速切断至炉膛的燃料和点火能量。提供SOE所需要的接点信号应提供某参数逼近其预定危险值时的预先报警功能，以及时的告诉运行人员。3、用通用型控制器实现FSS的具体功能：用通用型控制器构成的控制系统实现FSS的功能可以概括为：涉及到炉膛安全的重要输入信号采取三取二的方式（2oo3），以提高其可靠性。DCS输入信号采取三取二的表决方式（2oo3），以进一步提高其可靠性。设计两套MFT/BT动作回路控制相关设备，一套由控制器逻辑实现（软逻辑回路），接受DCS的DO接点输出；另一套接受来自主控台的一对跳闸按钮的接点输出，并由继电器组合逻辑实现（硬逻辑回路）。其中一对按钮的两对接点两两串联后分别接至两只跳闸出口继电器的跳闸闭合线圈，在不同的开关量输出卡件上提供两路独立的跳闸输出，输出接点分别接至两只跳闸出口继电器的跳闸闭合线圈。任何信号触发时，两套回路同时动作，在炉膛吹扫型号复位前，两套回路均自保持。MFT动作信号和动作继电器均采用三取二方式（2oo3），以提高可靠性。硬逻辑回路对所控制设备输出两路信号，断开启动回路，闭合停止回路。手动MFT动作硬逻辑回路，同时触发软逻辑回路。手动MFT还具有独立DCS的应急停炉功能。采用两路独立的直流电源供电。对两路直流供电电源进行长期监视，在一路电源故障时自动切换到另一路，以保证任何一路电源的故障均不会导致系统的任一部分失电。FSS的逻辑控制功能则分成四个子系统来完成-主燃料跳闸（MFT）-锅炉跳闸（BT）-锅炉吹扫-油燃料系统泄漏实验燃料系统的安全运行是由FSS逻辑的完整性来保证的。3.1主燃料跳闸为了避免锅炉炉膛产生的不安全工况，应提供油枪跳闸、给煤机跳闸等多层次的燃料跳闸。在MFT时，应快速切断所有进入炉膛的燃料。以下条件任一发生（保护投入），即产生主燃料跳闸：l床温900度l总风量25%lO2过低l失去全部燃料l炉膛温度低于允许投煤的温度，且床枪、风道燃烧器和床上燃烧器枪均未投入l炉膛温度低于床枪投入的温度，且风道燃烧器未投入l风道燃烧器连续两次点火失败l汽机跳闸l发电机跳闸l锅炉跳闸l手动MFT（主控制台“MFT动作”和“确认”按钮触发）l由锅炉特点决定的其它跳闸要求当发生MFT时，控制逻辑自动执行下列操作：lLCD液晶显示显示并打印跳闸首出原因l燃油母管快关阀关闭l所有点火器切除并退出l所有油枪燃料阀关闭、油枪退出l所有给煤机跳闸并关闭石灰石给料系统l切除外置床-（关闭锥形阀和硫化风阀）l汽机跳闸l发电机跳闸l投入过热器保护（蒸汽吹扫程序）l切除电除尘器lMCS得到下列指令：关闭过热器喷水调节阀和截止阀关闭再热器喷水阀和截止阀闭锁吹灰系统的运行，投入运行的吹灰器应退出在无保护条件、吹灰完成或满足热态启动条件后，经手动确认复位MFT，保护记忆复归，上次跳闸首出原因记忆复归。燃料油跳闸（OFT）下列任何一个条件成立产生OFT信号，OFT信号迅速切断所有油枪的燃料；燃油母管快关阀故障关闭：燃油母管快关阀在达赖后又在任何时刻被关闭燃料油压力低：所有油系统阀门打开时，燃料油压力低所有油系统阀门关闭：任何一个又发在打开后又被关闭。运行人员跳闸：运行人员在主控制台上按下油系统隔绝阀“关闭”开关。MFT：任何时候MFT的继电器动作当发生OFT时，自动进行下列操作：1、燃油母管快关阀迅速关闭2、各油枪油阀关闭并退出点火枪3、燃烧油回油阀打开3.2锅炉跳闸（BT）当发生下列情况时（不限于这些条件），控制逻辑发出BT指令，切除所有进入炉膛的风系统（一次风、二次风和三次风），引风机保持运行；有引风机引起的锅炉跳闸则引风机出口挡板应打开适当开度以保持锅炉的平衡通风：l手动BT（主控台“BT动作”和“确认”按钮触发）l全部引风机跳闸l全部一次风跳闸l全部二次风跳闸l全部高压硫化风机跳闸（任意J阀风量低低值）l硫化风量不满足回料密封槽的要求l汽包水位达到跳闸值l给水丧失l无蒸汽通路l炉膛温度过高l旋风分离器筒出口温度过高l炉膛压力过低l炉膛压力过高lDCS电源失电当发生BT时，控制逻辑自动执行下列操作：l主燃料跳闸l关闭所有的进入炉膛的空气（引风机保持运行）l关闭减温水阀、定排和联排阀l投入过热器保护l当给水不能满足时，启动紧急给水系统lLCD报警显示并打印lBT跳闸输出继电器跳闸后有首出跳闸原因记忆功能，首出跳闸原因显示在BT首出画面在无保护条件后，精手动确认复位BT，锅炉保护记忆复位，上次跳闸首出原因记忆复归。3.3锅炉吹扫锅炉吹扫是指通过连续和足够空气循环，排出炉膛和热交换器内的可燃气体。在燃料送入炉膛之前，炉膛必须经过吹扫，包括：l冷态或热态启动前的炉膛吹扫l风道点火器出现连续两次点火不成功的情况也必须重新对炉膛进行吹扫l发生MFT后，应将炉膛和烟道内的可燃混合物吹扫掉，以便允许重新投燃料点火在下列炉膛吹扫许可条件全部满足时即可启动吹扫：l全部燃料失去，包括：1、燃料快关阀和全部油枪燃料阀关闭2、全部风道燃烧器、给煤机跳闸3、床上油枪进油关断阀关状态4、锅炉点火油进油关断阀关状态l送风机入口至炉膛、烟道尾部及烟囱的通道应敞开，包括：1、过热器和再热器烟风挡板开度均=50%2、二次风挡板开3、石灰石输送系统进料阀关状态4、播煤风机合闸状态或播煤风机旁路电动门开状态l任意一台一次风机运行l任意一台二次风机运行l任意一台引风机运行l任两台高压流化风机运行l至少应有30%的风量（风量大于20%延时及分量小于40%延时）l无MFT跳闸条件存在l两台除尘器均跳闸l全部火检器未检测到火焰l汽包水位正常切给水泵处于“备用”状态l当全部吹扫条件满足后，激活吹扫计时器。l整个吹扫过程均应满足吹扫的许可条件，直至第一支油枪投入点火。在风量为25-40%BMCR风量情况下，炉膛吹扫完成对炉膛进行等同于其容积5倍的空气交换，炉膛吹扫至少5分钟。因此待吹扫条件全部满足启动吹扫后，即进行300秒吹扫计时，300秒计时完成后发出“吹扫完成”信号。在计时过程中若任一吹扫条件失去，均使吹扫中断，吹扫累计时间置零。一旦所有许可条件重新成了，运行人员方可重新启动吹扫程序。锅炉吹扫至少需考虑锅炉本体和一次风道及相关的风箱两部分，一次风道吹扫和锅炉本体吹扫同时进行，一次风道的吹扫时间为5分钟。炉膛吹扫的区域分为几个部分：炉膛每个一次风道及其交叉管道，根据最初的旋风分离器的出口温度得到一个可变化的（炉膛吹扫）计时时间值，而非定值：风道点火器（作为一次风管道系统的一部分）：要求吹扫5分钟，并允许在5分钟吹扫完成后启动：床上枪作为炉膛的一部分，根据最初的旋风分离器的出口温度得到一个可变化的（炉膛吹扫）计时时间值，计时完成后方可启动。3.4燃料油系统泄漏试验在5分钟炉膛吹扫运行时，油系统泄漏试验子系统开始进行燃料油系统的泄漏试验。泄漏试验的目的是证实油系统的各部分是严密的，例如，油系统的安全关断阀和各油枪关断阀之间是密闭的，如有泄漏应指出泄漏的原因。在以下条件全满足时，即可进行风道燃烧器油泄漏试验：lMFTl炉膛吹扫条件满足l锅炉点火油进油关断阀关状态l床上燃烧器全部进油阀关l无正在炉膛吹扫信号油系统泄漏试验包括下列内容：l在吹扫期间，对油系统的各部分加压l有检测所有泄漏情况的仪表和逻辑l向运行人员提供泄漏试验过程和结果的响应信息和/或报警l泄漏试验的成功完成是炉膛吹扫完成成功的一个条件。油泄漏试验程序：（1）打开供油阀充压，待油母管压力正常后关闭该阀，同时在LCD上指示“油泄漏试验在进行中”。（2）如果供油阀后压力在90分钟之内保持正常范围内，则在LCD上指示“油泄漏试验成功”。否则