炉膛安全监控系统概述

第七章炉膛安全监控系统FSSS1§7-1概述炉膛安全监控系统的英文名称为FurnaceSafeguardSupervisorySystem(简称为FSSS)，也可称作燃烧器管理系统(BurnerManagementSystem，简称BMS)。炉膛安全监控系统是现代大型机组自动化不可缺少的组成部分，它对炉膛的正常燃烧，锅炉的安全运行起着决定性的作用。炉膛安全监控系统有两项重要作用，分别是锅炉安全保护作用和锅炉安全管理作用，分别由燃料安全系统(FuelSafeguardSystem，简称FSS)和燃烧器控制系统(BurnerControlSystem，简称BCS)完成。2

锅炉安全保护作用主要包括:在锅炉运行的各个阶段，对参数、状态进行连续地监视；不断地按照安全规定的顺序对它们进行判断、逻辑运算；遇到危险工况，能自动地启动有关设备进行紧急跳闸，切断燃料，使锅炉紧急停炉，保护主、辅设备不受损坏或处理未遂性事故。3锅炉安全操作管理作用主要包括:制粉系统和燃烧器的管理即控制点火器和油枪，提供给粉(煤)机的自启动和停止，提供制粉系统监视和远方操作，防止危险情况发生和人为操作的误判断，误操作。分别监视油层、煤层和全炉膛火焰。当吹扫、燃烧器点火和带负荷运行时，决定风箱挡板位置，以便获得所需要的炉膛空气分布。同时还供状态信号到协调控制系统、全厂监测计算机系统及全厂报警系统等。4

FSSS不仅能自动地完成各种操作和保护动作，还能避免运行人员在手动操作时的误动作，并能执行手动来不及的快动作。FSSS和CCS(协调控制系统)是保障锅炉运行的两大支柱，FSSS和CCS相互有一定关系和制约，而FSSS的安全联锁功能是最高等级的。5§7-2炉膛爆燃的原因及防止一、炉膛爆炸的原因炉膛爆炸的主要原因在于炉膛或烟道中积聚了一定数量未经燃烧的燃料与空气的可燃混合物，当遇有点火源时，如锅炉启动点火、锅炉熄火后重新点火或炉膛内燃料本身所积存的热能等，会使可燃混合物突然点燃。由于火焰传播速度极快，积存的可燃混合物近于同时点燃，生成烟气后容积突然增大，一时来不及由炉膛排出，因而使炉膛压力骤增，这种现象称为爆燃(俗称“打炮”)。严重的爆燃即为爆炸。若炉膛压力过高，超过炉膛结构所能承受的压力，将使炉墙向外崩塌，称为“外爆”。6

炉膛除了外爆，有时还会发生内爆。当炉膛压力过低，炉膛内外差压超过炉墙所能承受的压力时，炉墙就会向内坍塌，这种现象称为炉膛内爆。发生炉膛内爆的主要原因有两个：一是炉膛在瞬间突然熄火，造成炉膛负压过大；二是引风机出力较大，造成较大的负压力，这通常是由于控制系统失灵或运行人员误操作造成的。7二、炉膛爆炸的防止炉膛爆燃大多发生在点火和暖炉期间，炉膛熄火和锅炉低负荷运行时也经常会发生炉膛爆燃。为此，应根据不同的运行工况采取不同的防范措施。防止炉膛爆燃的原则性措施一般为：(1)在主燃料与空气混合物进口处有足够的点火能源，点火器的火焰要稳定，要有恰当的位置和一定的能量，能将进入炉膛的燃料迅速点燃。(2)当进入炉膛的燃料未点燃时，应尽快采取措施缩短未点燃的时间，以减少可燃混合物在炉膛的积存数量。(3)对于已进入炉膛的可燃混合物应尽快冲淡，使之不在可燃范围内，并不断地将它吹扫出去。(4)当进入炉膛的燃料只有部分燃烧时，应继续冲淡，使之成为不可燃的混合物。8一般说来，点火时最危险的情况为点火器已点着，但能量太小，不足以将主燃烧器点燃。此时火焰检测器显示为“有火焰”(点火器火焰)，而实际上主燃烧器并未点燃，此期间进入炉膛的燃料未点燃而积存在炉膛内，待主燃烧器点燃后又将存积的燃料一起点燃，形成爆燃。因此应尽可能缩短主燃烧器的点火时间，若在10s内未点燃主燃烧器就应切断燃料，重新吹扫，然后再重新点火。点火期间所用的燃烧器数量应尽可能少些，每只燃烧器的燃烧率不应太低，这样使火焰稳定、操作简化，又可减少误操作。但为了使炉膛均匀加热，在暖炉期间应有足够的燃烧器投人工作，使整个炉膛充满火焰。9不论在何种情情况下，当某某一燃烧器火火焰熄火，应应立即切断该该燃烧器或一一组燃烧器的的燃料，若全全炉膛火焰熄熄火，则应切切断全部燃料料，实行紧急急停炉。为了防止炉膛膛内爆，在燃燃烧控制系统统设计中应注注意以下几点点：(1)锅炉炉甩负荷时，，炉膛的送风风量应维持在在甩负荷前的的数值；(2)机组组甩负荷后，，应尽可能地地减少炉膛中中燃烧产物的的流量；(3)若能能在5～10s的期限内内(不是立即即地)消除炉炉膛中的燃料料，则机组甩甩负荷后炉膛膛压力偏离正正常值的幅度度就能缩小。。10§1-3炉炉膛安全全监控系统构构成一、系统的基基本组成通常一套完整整的炉膛安全全监控系统的的硬件设备可可以分为四个个部分，即控控制台、逻辑辑控制系统、、驱动装置和和检测敏感元元件。图.炉炉膛安全监控控系统组成示示意图11(一)控制台台炉膛安全监控控系统的控制制台包括：运运行人员控制制盘(BTG盘)、操作作员CRT与与键盘、就地地控制盘、系系统模拟盘等等。1．运行人员员控制盘(BTG盘)炉膛安全监控控系统的运行行人员指令主主要通过运行行人员控制盘盘实现，运行行人员控制盘盘包括所有的的指令器件和和反馈器件。。(1)指令器器件。它们是是将有关设备备投入运行所所必要的操作作开关和按钮钮等，主要用用来操作燃料料燃烧设备，，如锅炉启动动时的燃烧器器点火和停炉炉时的燃烧器器熄火等操作作。12(2)反馈器器件。它主要要是一些反映映设备运行状状态的指示灯灯，用来监视视燃烧设备的的状态，向运运行人员提供供一些如阀门门和挡板的开开或关、电动动机的启或停停、燃烧器运运行工况、异异常工况报警警等状态信息息，以便及时时、准确地判判断发生故障障的设备，及及时处理。运行人员控制制盘上设有逻逻辑系统的控控制开关，如如“清扫开始始”、“清扫扫完成”、““开启油跳闸闸阀”、“点点火器启动””等。此外，，盘上还可选选用“首出””指示器、数数据采集、CRT显示等等。当机组发发生紧急停炉炉时，盘上能能显示首次跳跳闸原因。13运行人员控制制盘安装在主主控制室中，，通过电缆与与位于继电器器室内的逻辑辑控制柜相连连。在正常运运行时，系统统的所有命令令均可由运行行人员控制盘盘发出，运行行人员通过控控制盘、逻辑辑控制系统、、燃烧器控制制系统与燃料料安全系统中中的敏感元件件和驱动装置置取得联系。。2．CRT与与键盘炉膛安全监控控系统的绝大大部分运行人人员指令和状状态信息，都都可通过计算算机的CRT与键盘予以以实现。143．就地控制制盘就地控制通常常限制在最低低限度，主要要用于维修、、测试和校验验现场设备，，如给煤机就就地盘、磨煤煤机液力和润润滑油系统就就地盘等。在在正常运行时时，就地控制制盘上所有控控制开关均放放置在遥控位位置，使被控控设备均处在在逻辑系统的的控制之下。。4．系统模拟拟盘系统模拟盘位位于炉膛安全全监控系统的的逻辑柜内，，可对各层燃燃烧设备及总总体功能进行行模拟操作试试验，检查相相应的逻辑功功能是否正常常，它是系统统调试和寻找找故障的有力力工具。在进进行模拟试验验前，应停运运有关的燃烧烧设备。在各各模拟板上装装有现场设备备的状态指示示灯。15(二)逻辑控控制系统逻辑控制系统统比较复杂，，是整个炉膛膛安全监控系系统的核心，，所有运行人人员的指令都都是通过逻辑辑系统实现的的，所有驱动动装置和敏感感元件的状态态都通过逻辑辑系统进行连连续的监测。。该系统根据据运行人员发发出的操作命命令和控制对对象传出的检检测信号进行行综合判断和和逻辑运算，，只有在逻辑辑系统验证满满足一定的安安全许可条件件后，才将运运算结果送到到驱动装置上上，用以操作作相应的控制制对象(如燃燃烧系统的燃燃料阀门、风风门挡板等)。逻辑控制制对象完成操操作动作后，，经检测，再再由逻辑控制制系统发出返返回信号送至至控制台，告告知运行人员员设备的操作作运行状况。。当出现危及及设备和机组组安全运行的的情况，逻辑辑系统会自动动发出停掉有有关设备运行行的操作指令令。16炉膛安全监控控系统与其它它控制系统有有联系，它可可以改变机组组协调控制系系统(CCS)的命令。。如当CCS对引送风量量调节指令超超过安全许可可范围时，炉炉膛安全监控控系统可以修修正这些指令令，炉膛安全全监控系统与与其它控制系系统有联系，，它可以改变变机组协调控控制系统(CCS)的命命令。如当CCS对引送送风量调节指指令超过安全全许可范围时时，炉膛安全全监控系统可可以修正这些些指令，使一一次风挡板和和二次风挡板板维持现状不不变。逻辑系统采用用分层控制的的方式，即对对每一个层分分别进行控制制。这样每一一个层的故障障不会影响整整个机组的运运行，从而大大大提高了整整体可靠性和和可用率。17(三)驱动装装置驱动装置用于于控制和隔离离进入炉膛的的燃料(油、、煤)和空气气的执行机构构，燃烧系统统的驱动装置置包括：(1)电动阀阀门、气动阀阀门、挡板的的驱动机构。。如暖炉油跳跳闸阀、热风风门等。(2)马达启启动器。如给给煤机、磨煤煤机、风机等等电动机的启启动器。(3)油枪伸伸缩机构等。。它们可分别控控制各辅机、、设备的状态态。运行人员员通过逻辑系系统监控这些些装置。由于炉膛安全全监控系统是是逻辑控制系系统，它给这这些驱动装置置的指令，不不是开，就是是关，不是投投入，就是退退出。因此某某些燃烧控制制任务是由CCS承担的的，如一次风风和二次风调调节挡板开度度大小的控制制。18(四)敏感感元件敏感元件是是用来监测测炉内燃烧烧和燃料空空气系统状状态的装置置，包括反反映驱动器器位置信息息的元件(如限位开开关等)，，反映诸如如燃料压力力、温度、、流量和火火焰出现与与否等各种种参数及状状态的器件件，如：(1)压力力开关。用用于反映炉炉膛压力、、燃油和空空气压力等等，当超过过允许值时时发出报警警或跳闸等等信号。(2)温度度开关。用用于反映空空气、燃料料的温度，，如磨煤机机出口温度度、燃油温温度等。(3)流量量开关。用用于反映空空气、燃料料的流量，，或用差压压表示，如如某一管道道、空气预预热器、风风机的进出出口差压。。19(4)火焰焰检测器。。用于燃烧烧器的火焰焰判别或炉炉膛火球监监视。(5)限位位开关。用用于限止阀阀门和挡板板的行程，，以保证运运行在规定定的安全限限度之内，，或提供一一个证实信信号，证实实某设备是是开还是关关。敏感元件常常与一些反反馈元件(如控制盘盘上的指示示灯、光字字牌等)相相连。20二、逻辑控控制系统的的类型目前国内投投运的炉膛膛安全监控控系统的类类型很多，，、常见的的有美国燃燃烧工程(CE)公公司的炉膛膛安全监控控系统(FSSS)，美国福福尼(Forney)公司的的AFS-1000型燃烧器器管理系统统(BMS)，日本本三菱公司司的自动燃燃烧器控制制系统(DABS)，美国贝贝利(Bailey)公司N-90、、INFI-90分分散控制系系统的燃烧烧器管理系系统(BMS)，还还有引进机机组随主机机配套提供供的其他型型式的炉膛膛安全监控控系统，以以及国内生生产的炉膛膛安全监控控系统等。。由于逻辑辑控制系统统是任何炉炉膛安全监监控系统最最主要、最最关键的控控制设备，，因此不同同类型系统统的差异也也主要体现现在其逻辑辑控制系统统上。21炉膛安全监监控系统中中的逻辑控控制系统有有继电器式式、逻辑组组件式、以以微处理器器为中心的的计算机式式和可编程程控制器式式等几种类类型。1．继电器器式即逻辑控制制系统由继继电器组成成。电磁式式继电器的的抗干扰能能力强，结结构简单，，能提供足足够的动力力去指挥驱驱动器，但但其系统装装置体积太太大。过去去国内有采采用这种类类型的系统统用于燃烧烧器自动控控制。222．逻辑组组件式采用专用固固定接线顺顺序控制器器的系统被被称为逻辑辑组件式控控制系统。。它是继电电器式逻辑辑控制系统统的换代产产品，避免免了电磁式式继电器体体积大、数数量多、控控制柜庞大大的弊端。。由于这种种系统所控控制的对象象操作规律律是固定不不变的，所所以可对某某些功能控控制实行固固定接线方方式，这使使得装置简简单可靠，，可做成积积木式组件件。但是，，如果在运运行调试中中发现部分分功能设计计不能满足足使用要求求而需改进进时，则必必须改动逻逻辑功能卡卡或改动逻逻辑接线，，将耗费一一定的工作作量。233．微计算算机式即采用单板板计算机构构成的微机机型控制系系统。它是是在固态硬硬接线控制制系统的基基础上发展展而成的。。如荆门、、锦州、淮淮北、焦作作、黄埔等等电厂配置置的美国Forney公司的的AFS——1000型燃烧器器管理系统统等。它是是一个以微微处理机为为基础的多多回路系统统，具有多多功能的数数字／模拟拟控制回路路，整个系系统可分为为若干个子子系统，每每个子系统统的控制均均由一台单单板计算机机完成。AFS-1000具具有80年年代初的技技术水平，，硬件通用用化程度较较高，共有有30多种种卡件，可可以灵活地地构成各种种规模的系系统。该系系统的软件件丰富，共共有70多多种应用软软件模块，，可以实现现各种控制制功能，其其性能／价价格比较高高。244．可编程控控制器(PLC)式是利用可编程程控制器(PLC)构成成的控制系统统。近年来PLC发展较较快，它在炉炉膛安全监控控系统的应用用也日益广泛泛，一种应用用方式是利用用单独的PLC控制单个个燃烧器，然然后将各PLC挂接到上上位计算机上上，进行综合合控制。另一一种应用方式式是由几个PLC采用冗冗余的组态方方式配置成一一个环形控制制系统，控制制所有的燃烧烧器，以提高高炉膛安全监监控系统的可可靠性。如日日本三菱公司司的自动燃烧烧器控制系统统(DABS)就属于前前者，美国CE公司FSSS的近期期产品则属于于后者。2580年代开始始，以微处理理器为基础的的分散控制系系统迅猛发展展，它将局部部的功能系统统(如炉膛安安全监控系统统、协调控制制系统、数据据采集系统等等)视为某些些结点，用通通信环路将诸诸多结点联系系起来，炉膛膛安全监控系系统作为其中中一个结点通通过环路接口口模件与通信信环路相连，，使机组的控控制系统更完完善、更可靠靠、更整体化化。如国内很很多电厂采用用贝利公司的的N—90、、INFI——90分散散控制系统统对大型火电电机组进行综综合控制。目前，以微处处理器为基础础是控制系统统的发展方向向。采用微处处理器的控制制装置具有速速度快、可靠靠性高、控制制系统构成简简单、功能强强、程序可变变等优点。26三、炉膛安全全监控系统的的功能炉膛安全监控控系统在锅炉炉启(停)阶阶段，按运行行要求启(停停)油燃烧器器和煤燃烧器器。在机组事事故情况下，，炉膛安全监监控系统与CCS配合完完成主燃料跳跳闸(MFT)、机组快快速甩负荷(FastCutBack，简称FCB)及主要要辅机局部故故障自动减负负荷(RunBack，，简称RB)等功能。即即当机组发生生严重故障而而需主燃料跳跳闸时，由炉炉膛安全监控控系统发出MFT指令，，并指出跳闸闸原因，由MCS完成相相应的调节任任务，实行紧紧急停炉。当当电网、发电电机或汽轮机机故障而需机机组快速甩负负荷FCB时时，炉膛安全全监控系统迅迅速将一层油油投入，并将将与该油层不不相邻的煤层层磨煤机全部部切除，使锅锅炉带最低稳稳定负荷运行行，实现停机机不停炉。当当锅炉辅机故故障而发生自自动减负荷RB时，炉膛膛安全监控系系统将与MCS配合按要要求迅速切除除部分磨煤机机，使机组负负荷降低到预预先规定的负负荷目标值。。27炉膛安全监控控系统不实现现调节功能，，不直接参与与燃料量和送送风量的调节节，仅完成锅锅炉及其辅机机的启停监视视和逻辑控制制功能，但是是它能行使超超越运行人员员和过程控制制系统的作用用，可靠地保保证锅炉安全全运行。锅炉炉的调节功能能是由CCS完成的，炉炉膛安全监控控系统与CCS相互之间间有着一定联联系与制约，，其中炉膛安安全监控系统统的安全联锁锁功能的等级级是最高的。。例如在锅炉炉启动后，只只要出现风量量低于启动允允许的最低值值(如25％％)情况，炉炉膛安全监控控系统会自动动发出主燃料料跳闸信号将将锅炉停掉。。同样，如果果运行人员违违反安全规程程操作，设备备也将自动停停掉。又如点点火油枪过早早撤出，也会会引起有关主主燃料自动切切除。炉膛安安全监控系统统的具体安全全联锁条件要要根据各个机机组的燃烧系系统结构、特特性和燃料种种类等因素决决定。28炉膛安全监控控系统包括下下述主要安全全功能：1．炉膛点火火前的清扫炉膛点火前清清扫的目的是是为了在启动动前把炉膛及及管道内积聚聚的没有燃烧烧的燃料和气气体清除掉，，避免锅炉爆爆炸事故的发发生。对于大大容量锅炉来来说，从炉膛膛内可燃混合合物积存到发发生爆燃往往往发生在一二二秒时间内，，运行人员不不可能对这种种情况作出及及时的反应，，同时随着锅锅炉容量增加加，设备日益益复杂，要监监控的项目多多，特别是在在启停过程中中操作十分频频繁，即使最最熟练的运行行人员，误操操作也难免发发生。因此这这个任务应依依靠炉膛安全全监控系统来来完成。292．油油点火火控制制油点火火控制制包括括锅炉炉正常常启动动、停停运和和燃烧烧器燃燃烧不不稳定定时点点火器器投入入运行行时的的控制制。锅锅炉正正常启启动时时，只只有当当炉膛膛清扫扫完成成且满满足一一定的的许可可条件件，暖暖炉油油才能能投入入运行行。典典型的的许可可条件件为：：炉膛膛清扫扫完成成；暖暖炉油油的主主油管管跳闸闸阀打打开，，主油油管油油温正正常，，主油油管跳跳闸阀阀处油油压正正常；；雾化化蒸汽汽压力力满足足要求求；手手动油油阀打打开等等。当当上述述许可可条件件满足足，则则通过过主控控室CRT键盘盘或BTG盘或或就地地盘等等接口口设备备发出出启动动命令令起动动暖炉炉油枪枪，点点火顺顺序是是自动动进行行的。。303．煤煤粉燃燃烧器器投入入控制制当锅炉炉已经经用油油暖炉炉，且且满足足一定定的许许可条条件时时，可可以通通过接接口设设备启启动磨磨煤机机引入入主燃燃料，，使煤煤粉燃燃烧器器投入入运行行。煤煤粉燃燃烧器器投入入运行行的基基本许许可条条件是是“磨磨煤机机已准准备好好”和和“毗毗邻层层的点点火支支持能能量充充足””。““磨煤煤机已已准备备好””这一一条件件中又又包含含着润润滑油油压、、一次次风压压、密密封空空气压压力等等皆满满足要要求的的许可可条件件。““毗邻邻层的的点火火支持持能量量充足足”这这一许许可条条件最最为重重要，，只有有具备备足够够的点点火支支持能能量，，才能能保证证主燃燃料进进人炉炉膛即即被点点燃。。314．连连续运运行的的监视视在正常常运行行的情情况下下，炉炉膛安安全监监控系系统能能对炉炉膛燃燃烧情情况进进行连连续的的监测测(包包括火火焰检检测)，当当有异异常情情况时时，炉炉膛安安全监监控系系统将将发出出音响响警报报，提提醒运运行人人员立立即进进行正正确的的操作作，以以避免免可能能引起起的跳跳闸事事故；；在运运行人人员来来不及及处理理某些些异常常情况况的时时候，，炉膛膛安全全监控控系统统将自自动启启动跳跳闸。。325．紧紧急停停炉(主燃燃料跳跳闸MFT)在锅炉炉安全全受到到严重重威胁胁的紧紧急情情况下下，如如汽轮轮机甩甩负荷荷、锅锅炉熄熄火、、失去去送风风机和和引风风机，，汽包包水位位过低低或过过高时时，若若运行行人虽虽来不不及进进行及及时的的操作作处理理，炉炉膛安安全监监控系系统将将实现现“主主燃料料跳闸闸”(即MFT)，，将正正在燃燃烧的的所有有燃烧烧器的的燃料料全部部切断断或以以层为为单位位跳掉掉磨煤煤机、、给煤煤机等等设备备。任任何时时候当当锅炉炉有关关设备备安全全情况况遭受受危险险时，，运行行人员员可以以直接接启动动MFT或或跳掉掉个别别设备备，而而不需需要等等待炉炉膛安安全监监控系系统响响应。。336．磨磨煤机机组、、燃烧烧器、、点火火器停停运磨煤机机组、、燃烧烧器、、点火火器的的停运运控制制包括括正常常停运运和紧紧急停停运。。炉膛膛安全全监控控系统统提供供了这这两种种停运运方式式的逻逻辑。。当正正常停停运指指令发发出或或紧急急停运运条件件满足足时，，炉膛膛安全