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1、1,第七章 炉膛安全监控系统FSSS,2,7-1 概 述 炉膛安全监控系统的英文名称为Furnace Safeguard Supervisory System(简称为FSSS)，也可称作燃烧器管理系统(Burner Management System，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(Fuel Safe guard System，简称FSS)和燃烧器控制系统(Burner Control System，简称BCS
2、)完成。,3,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。,4,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
3、测计算机系统及全厂报警系统等。,5,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。,6,7-2 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
4、，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”。,7,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。,8,二、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
5、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。,9,一般说来，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，
6、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。,10,不论在何种情况下，当某一燃烧器火焰熄火，应立即切断该燃烧器或一组燃烧器的燃料，若全炉膛火焰熄火，则应切断全部燃料，实行紧急停炉。 为了防止炉膛内爆，在燃烧控制系统设计中应注意以下几点： (1) 锅炉甩负荷时，炉
7、膛的送风量应维持在甩负荷前的数值； (2) 机组甩负荷后，应尽可能地减少炉膛中燃烧产物的流量； (3) 若能在510s的期限内(不是立即地)消除炉膛中的燃料，则机组甩负荷后炉膛压力偏离正常值的幅度就能缩小。,11,1-3 炉膛安全监控系统构成 一、系统的基本组成 通常一套完整的炉膛安全监控系统的硬件设备可以分为四个部分，即控制台、逻辑控制系统、驱动装置和检测敏感元件。,图. 炉膛安全监控系统组成示意图,12,(一)控制台 炉膛安全监控系统的控制台包括：运行人员控制盘(BTG盘)、操作员CRT与键盘、就地控制盘、系统模拟盘等。 1运行人员控制盘(BTG盘) 炉膛安全监控系统的运行人员指令主要通过
8、运行人员控制盘实现，运行人员控制盘包括所有的指令器件和反馈器件。 (1)指令器件。它们是将有关设备投入运行所必要的操作开关和按钮等，主要用来操作燃料燃烧设备，如锅炉启动时的燃烧器点火和停炉时的燃烧器熄火等操作。,13,(2)反馈器件。它主要是一些反映设备运行状态的指示灯，用来监视燃烧设备的状态，向运行人员提供一些如阀门和挡板的开或关、电动机的启或停、燃烧器运行工况、异常工况报警等状态信息，以便及时、准确地判断发生故障的设备，及时处理。 运行人员控制盘上设有逻辑系统的控制开关，如“清扫开始”、“清扫完成”、“开启油跳闸阀”、“点火器启动”等。此外，盘上还可选用“首出”指示器、数据采集、CRT显示
9、等。当机组发生紧急停炉时，盘上能显示首次跳闸原因。,14,运行人员控制盘安装在主控制室中，通过电缆与位于继电器室内的逻辑控制柜相连。在正常运行时，系统的所有命令均可由运行人员控制盘发出，运行人员通过控制盘、逻辑控制系统、燃烧器控制系统与燃料安全系统中的敏感元件和驱动装置取得联系。 2CRT与键盘 炉膛安全监控系统的绝大部分运行人员指令和状态信息，都可通过计算机的CRT与键盘予以实现。,15,3就地控制盘 就地控制通常限制在最低限度，主要用于维修、测试和校验现场设备，如给煤机就地盘、磨煤机液力和润滑油系统就地盘等。在正常运行时，就地控制盘上所有控制开关均放置在遥控位置，使被控设备均处在逻辑系统的
10、控制之下。 4系统模拟盘 系统模拟盘位于炉膛安全监控系统的逻辑柜内，可对各层燃烧设备及总体功能进行模拟操作试验，检查相应的逻辑功能是否正常，它是系统调试和寻找故障的有力工具。在进行模拟试验前，应停运有关的燃烧设备。在各模拟板上装有现场设备的状态指示灯。,16,(二)逻辑控制系统 逻辑控制系统比较复杂，是整个炉膛安全监控系统的核心，所有运行人员的指令都是通过逻辑系统实现的，所有驱动装置和敏感元件的状态都通过逻辑系统进行连续的监测。该系统根据运行人员发出的操作命令和控制对象传出的检测信号进行综合判断和逻辑运算，只有在逻辑系统验证满足一定的安全许可条件后，才将运算结果送到驱动装置上，用以操作相应的控
11、制对象(如燃烧系统的燃料阀门、风门挡板等)。逻辑控制对象完成操作动作后，经检测，再由逻辑控制系统发出返回信号送至控制台，告知运行人员设备的操作运行状况。当出现危及设备和机组安全运行的情况，逻辑系统会自动发出停掉有关设备运行的操作指令。,17,炉膛安全监控系统与其它控制系统有联系，它可以改变机组协调控制系统(CCS)的命令。如当CCS对引送风量调节指令超过安全许可范围时，炉膛安全监控系统可以修正这些指令，炉膛安全监控系统与其它控制系统有联系，它可以改变机组协调控制系统(CCS)的命令。如当CCS对引送风量调节指令超过安全许可范围时，炉膛安全监控系统可以修正这些指令，使一次风挡板和二次风挡板维持现
12、状不变。 逻辑系统采用分层控制的方式，即对每一个层分别进行控制。这样每一个层的故障不会影响整个机组的运行，从而大大提高了整体可靠性和可用率。,18,(三)驱动装置 驱动装置用于控制和隔离进入炉膛的燃料(油、煤)和空气的执行机构，燃烧系统的驱动装置包括： (1)电动阀门、气动阀门、挡板的驱动机构。如暖炉油跳闸阀、热风门等。 (2)马达启动器。如给煤机、磨煤机、风机等电动机的启动器。 (3)油枪伸缩机构等。 它们可分别控制各辅机、设备的状态。运行人员通过逻辑系统监控这些装置。 由于炉膛安全监控系统是逻辑控制系统，它给这些驱动装置的指令，不是开，就是关，不是投入，就是退出。因此某些燃烧控制任务是由C
13、CS承担的，如一次风和二次风调节挡板开度大小的控制。,19,(四)敏感元件 敏感元件是用来监测炉内燃烧和燃料空气系统状态的装置，包括反映驱动器位置信息的元件(如限位开关等)，反映诸如燃料压力、温度、流量和火焰出现与否等各种参数及状态的器件，如： (1)压力开关。用于反映炉膛压力、燃油和空气压力等，当超过允许值时发出报警或跳闸等信号。 (2)温度开关。用于反映空气、燃料的温度，如磨煤机出口温度、燃油温度等。 (3)流量开关。用于反映空气、燃料的流量，或用差压表示，如某一管道、空气预热器、风机的进出口差压。,20,(4)火焰检测器。用于燃烧器的火焰判别或炉膛火球监视。 (5)限位开关。用于限止阀门
14、和挡板的行程，以保证运行在规定的安全限度之内，或提供一个证实信号，证实某设备是开还是关。 敏感元件常与一些反馈元件(如控制盘上的指示灯、光字牌等)相连。,21,二、逻辑控制系统的类型 目前国内投运的炉膛安全监控系统的类型很多，、常见的有美国燃烧工程(CE)公司的炉膛安全监控系统(FSSS)，美国福尼(Forney)公司的AFS-1000型燃烧器管理系统(BMS)，日本三菱公司的自动燃烧器控制系统(DABS)，美国贝利(Bailey)公司N-90、INFI-90分散控制系统的燃烧器管理系统(BMS)，还有引进机组随主机配套提供的其他型式的炉膛安全监控系统，以及国内生产的炉膛安全监控系统等。由于逻
15、辑控制系统是任何炉膛安全监控系统最主要、最关键的控制设备，因此不同类型系统的差异也主要体现在其逻辑控制系统上。,22,炉膛安全监控系统中的逻辑控制系统有继电器式、逻辑组件式、以微处理器为中心的计算机式和可编程控制器式等几种类型。 1继电器式 即逻辑控制系统由继电器组成。电磁式继电器的抗干扰能力强，结构简单，能提供足够的动力去指挥驱动器，但其系统装置体积太大。过去国内有采用这种类型的系统用于燃烧器自动控制。,23,2逻辑组件式 采用专用固定接线顺序控制器的系统被称为逻辑组件式控制系统。它是继电器式逻辑控制系统的换代产品，避免了电磁式继电器体积大、数量多、控制柜庞大的弊端。由于这种系统所控制的对象
16、操作规律是固定不变的，所以可对某些功能控制实行固定接线方式，这使得装置简单可靠，可做成积木式组件。但是，如果在运行调试中发现部分功能设计不能满足使用要求而需改进时，则必须改动逻辑功能卡或改动逻辑接线，将耗费一定的工作量。,24,3微计算机式 即采用单板计算机构成的微机型控制系统。它是在固态硬接线控制系统的基础上发展而成的。如荆门、锦州、淮北、焦作、黄埔等电厂配置的美国Forney公司的AFS1000型燃烧器管理系统等。它是一个以微处理机为基础的多回路系统，具有多功能的数字模拟控制回路，整个系统可分为若干个子系统，每个子系统的控制均由一台单板计算机完成。AFS-1000具有80年代初的技术水平，硬件通用化程度较高，共有30多种卡件，可以灵活地构成各种规模的系统。该系统的软件丰富，共有70多种应用软件模块，可以实现各种控制功能，其性能价格比较高。,25,4可编程控制器(PLC)式 是利
