爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)概述

1、第七章 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)FSSS17-1 概 述 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的英文名稱為Furnace Safeguard Supervisory System(簡稱為FSSS)，也可稱作燃燒器管理系統(tǒng)(Burner Management System，簡稱BMS)。爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代大型機組自動化不可缺少的組成部分，它對爐膛的正常燃燒，鍋爐的安全運行起著決定性的作用。 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)有兩項重要作用，分別是鍋爐安全保護作用和鍋爐安全管理作用，分別由燃料安全系統(tǒng)(Fuel Safe guard System，簡稱FSS)和燃燒器控制系統(tǒng)(Burner Control System，簡稱BCS)完成。

2、2 鍋爐安全保護作用主要包括: 在鍋爐運行的各個階段，對參數(shù)、狀態(tài)進行連續(xù)地監(jiān)視； 不斷地按照安全規(guī)定的順序?qū)λ鼈冞M行判斷、邏輯運算； 遇到危險工況，能自動地啟動有關設備進行緊急跳閘，切斷燃料，使鍋爐緊急停爐，保護主、輔設備不受損壞或處理未遂性事故。3 鍋爐安全操作管理作用主要包括: 制粉系統(tǒng)和燃燒器的管理即控制點火器和油槍，提供給粉(煤)機的自啟動和停止，提供制粉系統(tǒng)監(jiān)視和遠方操作，防止危險情況發(fā)生和人為操作的誤判斷，誤操作。 分別監(jiān)視油層、煤層和全爐膛火焰。當吹掃、燃燒器點火和帶負荷運行時，決定風箱擋板位置，以便獲得所需要的爐膛空氣分布。 同時還供狀態(tài)信號到協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、全廠監(jiān)測計算機系統(tǒng)

3、及全廠報警系統(tǒng)等。4 FSSS不僅能自動地完成各種操作和保護動作，還能避免運行人員在手動操作時的誤動作，并能執(zhí)行手動來不及的快動作。 FSSS和CCS(協(xié)調(diào)控制系統(tǒng))是保障鍋爐運行的兩大支柱，F(xiàn)SSS和CCS相互有一定關系和制約，而FSSS的安全聯(lián)鎖功能是最高等級的。 57-2 爐膛爆燃的原因及防止一、爐膛爆炸的原因 爐膛爆炸的主要原因在于爐膛或煙道中積聚了一定數(shù)量未經(jīng)燃燒的燃料與空氣的可燃混合物，當遇有點火源時，如鍋爐啟動點火、鍋爐熄火后重新點火或爐膛內(nèi)燃料本身所積存的熱能等，會使可燃混合物突然點燃。由于火焰?zhèn)鞑ニ俣葮O快，積存的可燃混合物近于同時點燃，生成煙氣后容積突然增大，一時來不及由爐膛

4、排出，因而使爐膛壓力驟增，這種現(xiàn)象稱為爆燃(俗稱“打炮”)。嚴重的爆燃即為爆炸。若爐膛壓力過高，超過爐膛結(jié)構(gòu)所能承受的壓力，將使爐墻向外崩塌，稱為“外爆”。 6 爐膛除了外爆，有時還會發(fā)生內(nèi)爆。當爐膛壓力過低，爐膛內(nèi)外差壓超過爐墻所能承受的壓力時，爐墻就會向內(nèi)坍塌，這種現(xiàn)象稱為爐膛內(nèi)爆。 發(fā)生爐膛內(nèi)爆的主要原因有兩個：一是爐膛在瞬間突然熄火，造成爐膛負壓過大；二是引風機出力較大，造成較大的負壓力，這通常是由于控制系統(tǒng)失靈或運行人員誤操作造成的。7二、爐膛爆炸的防止 爐膛爆燃大多發(fā)生在點火和暖爐期間，爐膛熄火和鍋爐低負荷運行時也經(jīng)常會發(fā)生爐膛爆燃。為此，應根據(jù)不同的運行工況采取不同的防范措施。防

5、止爐膛爆燃的原則性措施一般為： (1)在主燃料與空氣混合物進口處有足夠的點火能源，點火器的火焰要穩(wěn)定，要有恰當?shù)奈恢煤鸵欢ǖ哪芰?，能將進入爐膛的燃料迅速點燃。 (2)當進入爐膛的燃料未點燃時，應盡快采取措施縮短未點燃的時間，以減少可燃混合物在爐膛的積存數(shù)量。 (3)對于已進入爐膛的可燃混合物應盡快沖淡，使之不在可燃范圍內(nèi)，并不斷地將它吹掃出去。 (4)當進入爐膛的燃料只有部分燃燒時，應繼續(xù)沖淡，使之成為不可燃的混合物。8 一般說來，點火時最危險的情況為點火器已點著，但能量太小，不足以將主燃燒器點燃。此時火焰檢測器顯示為“有火焰”(點火器火焰)，而實際上主燃燒器并未點燃，此期間進入爐膛的燃料未點

6、燃而積存在爐膛內(nèi)，待主燃燒器點燃后又將存積的燃料一起點燃，形成爆燃。因此應盡可能縮短主燃燒器的點火時間，若在10s內(nèi)未點燃主燃燒器就應切斷燃料，重新吹掃，然后再重新點火。 點火期間所用的燃燒器數(shù)量應盡可能少些，每只燃燒器的燃燒率不應太低，這樣使火焰穩(wěn)定、操作簡化，又可減少誤操作。但為了使爐膛均勻加熱，在暖爐期間應有足夠的燃燒器投人工作，使整個爐膛充滿火焰。 9 不論在何種情況下，當某一燃燒器火焰熄火，應立即切斷該燃燒器或一組燃燒器的燃料，若全爐膛火焰熄火，則應切斷全部燃料，實行緊急停爐。 為了防止爐膛內(nèi)爆，在燃燒控制系統(tǒng)設計中應注意以下幾點： (1) 鍋爐甩負荷時，爐膛的送風量應維持在甩負荷前

7、的數(shù)值； (2) 機組甩負荷后，應盡可能地減少爐膛中燃燒產(chǎn)物的流量； (3) 若能在510s的期限內(nèi)(不是立即地)消除爐膛中的燃料，則機組甩負荷后爐膛壓力偏離正常值的幅度就能縮小。 101-3 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成一、系統(tǒng)的基本組成 通常一套完整的爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設備可以分為四個部分，即控制臺、邏輯控制系統(tǒng)、驅(qū)動裝置和檢測敏感元件。 圖. 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)組成示意圖 11 (一)控制臺 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的控制臺包括：運行人員控制盤(BTG盤)、操作員CRT與鍵盤、就地控制盤、系統(tǒng)模擬盤等。 1運行人員控制盤(BTG盤) 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的運行人員指令主要通過運行人員控制盤實現(xiàn)，運行人員控

8、制盤包括所有的指令器件和反饋器件。 (1)指令器件。它們是將有關設備投入運行所必要的操作開關和按鈕等，主要用來操作燃料燃燒設備，如鍋爐啟動時的燃燒器點火和停爐時的燃燒器熄火等操作。 12 (2)反饋器件。它主要是一些反映設備運行狀態(tài)的指示燈，用來監(jiān)視燃燒設備的狀態(tài)，向運行人員提供一些如閥門和擋板的開或關、電動機的啟或停、燃燒器運行工況、異常工況報警等狀態(tài)信息，以便及時、準確地判斷發(fā)生故障的設備，及時處理。 運行人員控制盤上設有邏輯系統(tǒng)的控制開關，如“清掃開始”、“清掃完成”、“開啟油跳閘閥”、“點火器啟動”等。此外，盤上還可選用“首出”指示器、數(shù)據(jù)采集、CRT顯示等。當機組發(fā)生緊急停爐時，盤上

9、能顯示首次跳閘原因。 13 運行人員控制盤安裝在主控制室中，通過電纜與位于繼電器室內(nèi)的邏輯控制柜相連。在正常運行時，系統(tǒng)的所有命令均可由運行人員控制盤發(fā)出，運行人員通過控制盤、邏輯控制系統(tǒng)、燃燒器控制系統(tǒng)與燃料安全系統(tǒng)中的敏感元件和驅(qū)動裝置取得聯(lián)系。 2CRT與鍵盤 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的絕大部分運行人員指令和狀態(tài)信息，都可通過計算機的CRT與鍵盤予以實現(xiàn)。14 3就地控制盤 就地控制通常限制在最低限度，主要用于維修、測試和校驗現(xiàn)場設備，如給煤機就地盤、磨煤機液力和潤滑油系統(tǒng)就地盤等。在正常運行時，就地控制盤上所有控制開關均放置在遙控位置，使被控設備均處在邏輯系統(tǒng)的控制之下。 4系統(tǒng)模擬盤 系統(tǒng)模

10、擬盤位于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的邏輯柜內(nèi)，可對各層燃燒設備及總體功能進行模擬操作試驗，檢查相應的邏輯功能是否正常，它是系統(tǒng)調(diào)試和尋找故障的有力工具。在進行模擬試驗前，應停運有關的燃燒設備。在各模擬板上裝有現(xiàn)場設備的狀態(tài)指示燈。 15(二)邏輯控制系統(tǒng) 邏輯控制系統(tǒng)比較復雜，是整個爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的核心，所有運行人員的指令都是通過邏輯系統(tǒng)實現(xiàn)的，所有驅(qū)動裝置和敏感元件的狀態(tài)都通過邏輯系統(tǒng)進行連續(xù)的監(jiān)測。該系統(tǒng)根據(jù)運行人員發(fā)出的操作命令和控制對象傳出的檢測信號進行綜合判斷和邏輯運算，只有在邏輯系統(tǒng)驗證滿足一定的安全許可條件后，才將運算結(jié)果送到驅(qū)動裝置上，用以操作相應的控制對象(如燃燒系統(tǒng)的燃料閥門、風門

11、擋板等)。邏輯控制對象完成操作動作后，經(jīng)檢測，再由邏輯控制系統(tǒng)發(fā)出返回信號送至控制臺，告知運行人員設備的操作運行狀況。當出現(xiàn)危及設備和機組安全運行的情況，邏輯系統(tǒng)會自動發(fā)出停掉有關設備運行的操作指令。16 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)與其它控制系統(tǒng)有聯(lián)系，它可以改變機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)的命令。如當CCS對引送風量調(diào)節(jié)指令超過安全許可范圍時，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)可以修正這些指令，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)與其它控制系統(tǒng)有聯(lián)系，它可以改變機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)的命令。如當CCS對引送風量調(diào)節(jié)指令超過安全許可范圍時，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)可以修正這些指令，使一次風擋板和二次風擋板維持現(xiàn)狀不變。 邏輯系統(tǒng)采用分層控制的方式

12、，即對每一個層分別進行控制。這樣每一個層的故障不會影響整個機組的運行，從而大大提高了整體可靠性和可用率。 17(三)驅(qū)動裝置 驅(qū)動裝置用于控制和隔離進入爐膛的燃料(油、煤)和空氣的執(zhí)行機構(gòu)，燃燒系統(tǒng)的驅(qū)動裝置包括： (1)電動閥門、氣動閥門、擋板的驅(qū)動機構(gòu)。如暖爐油跳閘閥、熱風門等。 (2)馬達啟動器。如給煤機、磨煤機、風機等電動機的啟動器。 (3)油槍伸縮機構(gòu)等。 它們可分別控制各輔機、設備的狀態(tài)。運行人員通過邏輯系統(tǒng)監(jiān)控這些裝置。 由于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)是邏輯控制系統(tǒng)，它給這些驅(qū)動裝置的指令，不是開，就是關，不是投入，就是退出。因此某些燃燒控制任務是由CCS承擔的，如一次風和二次風調(diào)節(jié)擋板開

13、度大小的控制。 18(四)敏感元件 敏感元件是用來監(jiān)測爐內(nèi)燃燒和燃料空氣系統(tǒng)狀態(tài)的裝置，包括反映驅(qū)動器位置信息的元件(如限位開關等)，反映諸如燃料壓力、溫度、流量和火焰出現(xiàn)與否等各種參數(shù)及狀態(tài)的器件，如： (1)壓力開關。用于反映爐膛壓力、燃油和空氣壓力等，當超過允許值時發(fā)出報警或跳閘等信號。 (2)溫度開關。用于反映空氣、燃料的溫度，如磨煤機出口溫度、燃油溫度等。 (3)流量開關。用于反映空氣、燃料的流量，或用差壓表示，如某一管道、空氣預熱器、風機的進出口差壓。19 (4)火焰檢測器。用于燃燒器的火焰判別或爐膛火球監(jiān)視。 (5)限位開關。用于限止閥門和擋板的行程，以保證運行在規(guī)定的安全限度之

14、內(nèi)，或提供一個證實信號，證實某設備是開還是關。 敏感元件常與一些反饋元件(如控制盤上的指示燈、光字牌等)相連。 20二、邏輯控制系統(tǒng)的類型 目前國內(nèi)投運的爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的類型很多，、常見的有美國燃燒工程(CE)公司的爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)，美國福尼(Forney)公司的AFS-1000型燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)，日本三菱公司的自動燃燒器控制系統(tǒng)(DABS)，美國貝利(Bailey)公司N-90、INFI-90分散控制系統(tǒng)的燃燒器管理系統(tǒng)(BMS)，還有引進機組隨主機配套提供的其他型式的爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)，以及國內(nèi)生產(chǎn)的爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)等。由于邏輯控制系統(tǒng)是任何爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)最主要、最關

15、鍵的控制設備，因此不同類型系統(tǒng)的差異也主要體現(xiàn)在其邏輯控制系統(tǒng)上。 21 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)中的邏輯控制系統(tǒng)有繼電器式、邏輯組件式、以微處理器為中心的計算機式和可編程控制器式等幾種類型。 1繼電器式 即邏輯控制系統(tǒng)由繼電器組成。電磁式繼電器的抗干擾能力強，結(jié)構(gòu)簡單，能提供足夠的動力去指揮驅(qū)動器，但其系統(tǒng)裝置體積太大。過去國內(nèi)有采用這種類型的系統(tǒng)用于燃燒器自動控制。22 2邏輯組件式 采用專用固定接線順序控制器的系統(tǒng)被稱為邏輯組件式控制系統(tǒng)。它是繼電器式邏輯控制系統(tǒng)的換代產(chǎn)品，避免了電磁式繼電器體積大、數(shù)量多、控制柜龐大的弊端。由于這種系統(tǒng)所控制的對象操作規(guī)律是固定不變的，所以可對某些功能控制實行

16、固定接線方式，這使得裝置簡單可靠，可做成積木式組件。但是，如果在運行調(diào)試中發(fā)現(xiàn)部分功能設計不能滿足使用要求而需改進時，則必須改動邏輯功能卡或改動邏輯接線，將耗費一定的工作量。23 3微計算機式 即采用單板計算機構(gòu)成的微機型控制系統(tǒng)。它是在固態(tài)硬接線控制系統(tǒng)的基礎上發(fā)展而成的。如荊門、錦州、淮北、焦作、黃埔等電廠配置的美國Forney公司的AFS1000型燃燒器管理系統(tǒng)等。它是一個以微處理機為基礎的多回路系統(tǒng)，具有多功能的數(shù)字模擬控制回路，整個系統(tǒng)可分為若干個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)的控制均由一臺單板計算機完成。AFS-1000具有80年代初的技術水平，硬件通用化程度較高，共有30多種卡件，可以靈活地

17、構(gòu)成各種規(guī)模的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的軟件豐富，共有70多種應用軟件模塊，可以實現(xiàn)各種控制功能，其性能價格比較高。 24 4可編程控制器(PLC)式 是利用可編程控制器(PLC)構(gòu)成的控制系統(tǒng)。近年來PLC發(fā)展較快，它在爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的應用也日益廣泛，一種應用方式是利用單獨的PLC控制單個燃燒器，然后將各PLC掛接到上位計算機上，進行綜合控制。另一種應用方式是由幾個PLC采用冗余的組態(tài)方式配置成一個環(huán)形控制系統(tǒng)，控制所有的燃燒器，以提高爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。如日本三菱公司的自動燃燒器控制系統(tǒng)(DABS)就屬于前者，美國CE公司FSSS的近期產(chǎn)品則屬于后者。 25 80年代開始，以微處理器為基礎的分

18、散控制系統(tǒng)迅猛發(fā)展，它將局部的功能系統(tǒng)(如爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等)視為某些結(jié)點，用通信環(huán)路將諸多結(jié)點聯(lián)系起來，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)作為其中一個結(jié)點通過環(huán)路接口模件與通信環(huán)路相連，使機組的控制系統(tǒng)更完善、更可靠、更整體化。如國內(nèi)很多電廠采用貝利公司的N90、INFI90分 散控制系統(tǒng)對大型火電機組進行綜合控制。 目前，以微處理器為基礎是控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。采用微處理器的控制裝置具有速度快、可靠性高、控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單、功能強、程序可變等優(yōu)點。 26 三、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的功能 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)在鍋爐啟(停)階段，按運行要求啟(停)油燃燒器和煤燃燒器。在機組事故情況下，爐膛安全監(jiān)

19、控系統(tǒng)與CCS配合完成主燃料跳閘(MFT)、機組快速甩負荷 (Fast Cut Back，簡稱FCB)及主要輔機局部故障自動減負荷(RunBack，簡稱RB)等功能。即當機組發(fā)生嚴重故障而需主燃料跳閘時，由爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出MFT指令，并指出跳閘原因，由MCS完成相應的調(diào)節(jié)任務，實行緊急停爐。當電網(wǎng)、發(fā)電機或汽輪機故障而需機組快速甩負荷FCB時，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)迅速將一層油投入，并將與該油層不相鄰的煤層磨煤機全部切除，使鍋爐帶最低穩(wěn)定負荷運行，實現(xiàn)停機不停爐。當鍋爐輔機故障而發(fā)生自動減負荷RB時，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)將與MCS配合按要求迅速切除部分磨煤機，使機組負荷降低到預先規(guī)定的負荷目標值。

20、27 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)不實現(xiàn)調(diào)節(jié)功能，不直接參與燃料量和送風量的調(diào)節(jié)，僅完成鍋爐及其輔機的啟停監(jiān)視和邏輯控制功能，但是它能行使超越運行人員和過程控制系統(tǒng)的作用，可靠地保證鍋爐安全運行。鍋爐的調(diào)節(jié)功能是由CCS完成的，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)與CCS相互之間有著一定聯(lián)系與制約，其中爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖功能的等級是最高的。例如在鍋爐啟動后，只要出現(xiàn)風量低于啟動允許的最低值(如25)情況，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)會自動發(fā)出主燃料跳閘信號將鍋爐停掉。同樣，如果運行人員違反安全規(guī)程操作，設備也將自動停掉。又如點火油槍過早撤出，也會引起有關主燃料自動切除。爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的具體安全聯(lián)鎖條件要根據(jù)各個機組的燃燒系統(tǒng)結(jié)

21、構(gòu)、特性和燃料種類等因素決定。 28 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)包括下述主要安全功能： 1爐膛點火前的清掃 爐膛點火前清掃的目的是為了在啟動前把爐膛及管道內(nèi)積聚的沒有燃燒的燃料和氣體清除掉，避免鍋爐爆炸事故的發(fā)生。對于大容量鍋爐來說，從爐膛內(nèi)可燃混合物積存到發(fā)生爆燃往往發(fā)生在一二秒時間內(nèi)，運行人員不可能對這種情況作出及時的反應，同時隨著鍋爐容量增加，設備日益復雜，要監(jiān)控的項目多，特別是在啟停過程中操作十分頻繁，即使最熟練的運行人員，誤操作也難免發(fā)生。因此這個任務應依靠爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)來完成。29 2油點火控制 油點火控制包括鍋爐正常啟動、停運和燃燒器燃燒不穩(wěn)定時點火器投入運行時的控制。鍋爐正常啟動時，只

22、有當爐膛清掃完成且滿足一定的許可條件，暖爐油才能投入運行。典型的許可條件為：爐膛清掃完成；暖爐油的主油管跳閘閥打開，主油管油溫正常，主油管跳閘閥處油壓正常；霧化蒸汽壓力滿足要求；手動油閥打開等。當上述許可條件滿足，則通過主控室CRT鍵盤或BTG盤或就地盤等接口設備發(fā)出啟動命令起動暖爐油槍，點火順序是自動進行的。 30 3煤粉燃燒器投入控制 當鍋爐已經(jīng)用油暖爐，且滿足一定的許可條件時，可以通過接口設備啟動磨煤機引入主燃料，使煤粉燃燒器投入運行。煤粉燃燒器投入運行的基本許可條件是“磨煤機已準備好”和“毗鄰層的點火支持能量充足”?！澳ッ簷C已準備好”這一條件中又包含著潤滑油壓、一次風壓、密封空氣壓力等

23、皆滿足要求的許可條件?！芭弻拥狞c火支持能量充足”這一許可條件最為重要，只有具備足夠的點火支持能量，才能保證主燃料進人爐膛即被點燃。31 4連續(xù)運行的監(jiān)視 在正常運行的情況下，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)能對爐膛燃燒情況進行連續(xù)的監(jiān)測(包括火焰檢測)，當有異常情況時，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)將發(fā)出音響警報，提醒運行人員立即進行正確的操作，以避免可能引起的跳閘事故；在運行人員來不及處理某些異常情況的時候，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)將自動啟動跳閘。32 5緊急停爐(主燃料跳閘MFT) 在鍋爐安全受到嚴重威脅的緊急情況下，如汽輪機甩負荷、鍋爐熄火、失去送風機和引風機，汽包水位過低或過高時，若運行人雖來不及進行及時的操作處理，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)將實現(xiàn)“主燃料跳閘”(即MFT)，將正在燃燒的所有燃燒器的燃料全部切斷或以層為單位跳掉磨煤機、給煤機等設備。任何時候當鍋爐有關設備安全情況遭受危險時，運行