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1、长沙电力学院,火电站运行机器,FSSS（炉膛安全监控系统）,概述 目前大容量、高参数机组运行的安全重要性日益提高，需要控制的与燃烧有关的设备越来越多。有点火装置、油燃烧器、煤粉燃烧器、辅助分档板、燃料分档板等，这些设备不仅类型复杂，而且操作方式多样化，操作过程也比较复杂。例如：点火油枪的推入、雾化蒸汽阀开启、进油阀开启、点火器的投入与断开等。在锅炉启停工况和事故工况时，燃烧器的操作更烦琐，如果操作不当很容易造成意外事故。,1、从20世纪60年代起，在国外火电机组上就开始使用一系列火焰检测装置和炉膛安全监控系统，并制定了有关的标准。其中，美国国家燃烧保护系统协会制定的标准得到了最广泛的应用。 2
2、、它为防止锅炉炉膛爆燃，对炉膛爆燃原因、术语、定义、设备要求、设计、安装、调试、维护、操作程序、系统连锁和报警等都作了详细阐述，并经常对该规定进行修改和补充。它以成为美国国内外锅炉制造商和用户共同遵循的法规，其他各国也广泛采用和遵循该标准，已经成为了设计FSSS的主要依据。,从20世纪70年代起，炉膛安全监控系统开始在我国火电机组上使用，从国外引进的大型火电机组都配套有锅炉安全运行必不可少的重要监控手段。原水电部在1993年明文规定：“今后凡新投产机组必须安装火焰检测和安全防暴装置，现有机组在条件许可情况下也必须设法加装”。原电力工业部电力规划设计总院于1993年9月颁发了DLGJ116-19
3、93锅炉炉膛安全监控系统设计技术规定，为我国火电机组FSSS的设计提供了依据。目前，炉膛安全监控系统已经作为火电机组自动保护和自动控制系统的一个重要组成部分。,炉膛安全监控系统是指对锅炉燃烧器进行自动投切控制，以满足机组启停以及增减负荷的要求；对锅炉的运行状态进行监视，并确保锅炉安全的一个控制保护系统。 该系统主要包括两部分内容:燃烧器控制系统(BCS-Burner Control System),完成锅炉燃烧器的自动投切控制;锅炉安全保护系统(FSS-Furnace Safeguard System),在锅炉正常工作和启停等各种运行工况下,连续监视燃烧系统的大量参数和状态,进行逻辑判断和运算
4、,必要是发出动作指令,通过各种顺序控制和连锁装置,使燃烧系统中的有关设备严格按照一定的逻辑顺序进行操作以保证锅炉燃烧系统的安全.,FSSS不实现连续调节功能,不直接参与负荷和送风量等参数的调节,仅完成锅炉及其辅机的启停监视和逻辑控制功能,但FSSS能行使超越运行人员和过程控制系统的作用,可靠地保证锅炉安全运行。 锅炉的连续调节是由MCS完成的,FSSS与MCS之间有一定联系和制约,其中FSSS的安全连锁功能的等级最高.,例如,在锅炉启动后,只要出现风量低于启动允许的最低值(例如25%MCR)情况,FSSS会自动发出MFT信号停锅炉.同样,如果运行人员违反安全操作规程,FSSS也将自动停设备,如
5、点火油枪过早撤出,会引起有关主燃料自动切除.FSSS的具体连锁条件由各台机组燃烧系统的结构、特性和燃料种类等因素决定.,燃料安全系统（FSS）,燃烧器控制系统（BCS）,锅炉急速减负荷（RB）,机组甩负荷不停炉（FCB）,探头冷却风控制,油泄漏实验,主燃料跳闸,油层控制,炉膛吹扫,煤层控制,辅助风挡板控制,磨煤机油系统控制,FSSS基本功能,密封风机控制,FSSS的优点,1、提高机组运行经济性 2、防止可燃混合物的积存，防止炉膛灭火 3、适应大机组调频调峰的需要,FSSS的组成,目前,炉膛安全监控系统通常由四个部分组成:控制台、逻辑控制系统、执行机构和检测元件。,锅炉炉膛爆燃及防止,主要介绍发
6、生炉膛内爆和外爆主要与哪些因素有关，哪些因素引起可燃混合物的积存和炉膛灭火，防止炉膛爆燃方法,一、炉膛爆燃基本概念 二、炉膛爆燃数学模型分析 三、产生炉膛爆燃的典型工况 四、炉膛爆燃的防止 五、炉膛内爆,一、炉膛爆燃基本概念,大型锅炉炉膛和制粉系统发生爆燃事故将造成设备严重损坏，危及人身安全。 FSSS最基本的功能就是在锅炉运行的各个阶段，防止炉膛爆燃事故的发生。 炉膛爆燃指的是在锅炉炉膛、烟道里积存的可燃性混合物瞬间被引燃，由于炉膛的空间有限，使炉膛内烟气侧压力迅猛升高，造成炉膛损坏，炉膛爆燃也称为外爆。 锅炉正常运行时，进入炉膛的燃料立即着火，燃烧产生的烟气经烟道排入大气。当炉膛内温度足够
7、高、燃料与空气比例适当、燃烧时间充分时，炉膛及烟道里没有积存的可燃性物质，锅炉不会发生炉膛爆燃事故。 当燃烧设备或燃烧控制系统出现故障，且运行人员处理操作不当时，就可能发生炉膛爆燃事故。,发生炉膛爆燃的三个充分必要的条件是： 1、有燃料和助燃空气的存在 2、燃料和空气的混合物达到爆燃浓度 3、有足够的点火能量,二、炉膛爆燃数学模型分析,1、炉膛爆燃数学模型 当积存的可燃混合物点燃时，火焰的传播速度很快，积存的可燃混合物同时点燃，生成的烟气容积突然增大，一时来不及由炉膛出口排出，因而使炉膛压力突增。,为简易说明问题，假设外爆过程是一定容绝热过程（即炉墙没有向外崩塌） 分析：利用理想气体方程式 原
8、理：热量平衡,由上式可知，影响爆燃后压力升高的主要因素,三、产生炉膛爆燃的典型工况,导致炉膛爆燃的因素是综合的，它与锅炉机组及其辅机的结构设计、制造质量、安全和运行管理水平等都有一定的关系。在实际运行中，通常有以下几种典型工况容易造成炉膛的爆燃： （1）锅炉运行中，燃料、风或点火能源突然中断，使锅炉瞬间熄火，从而形成可燃混合物的积聚，尔后引起喷火或炉膛爆燃。 （2）点火或运行中的燃烧器，一个或几个突然失去火焰，就可能使这些燃烧器堆积可燃混合物，重新着火时引起爆燃。,（3）锅炉运行中燃烧器全部熄火，使燃料/空气可燃混合物积聚，重新点火或出现其他点火能源时，即可引起炉膛爆燃。 （4）锅炉停运期间，
9、由于燃料关断设备失去控制或泄露，燃料进入闲置的炉膛形成堆积，锅炉重新启动前未经吹扫或吹扫不完全，积存的燃料突然点燃而引起爆燃。,（5）重复不成功的点火，而未及时吹扫，造成大量可燃物的积聚，当具备点火能量时发生爆燃。 （6）异常工况下，封闭的炉膛内某些部分可能形成的死区，死区内积有可燃物，当着或条件具备时，这些可燃物就可能被点燃产生爆燃。,四、炉膛爆燃的防止,大量的实践证明，大多数炉膛爆燃发生在点火或暖炉期间，在低负荷运行或在停炉熄火过程中也发生过，对于不同的运行工况控制系统应该采取不同的防止爆燃的方法。 1、点火暖炉期间 2、火焰中断时,1、点火暖炉期间,（1）炉膛吹扫。点火器的火焰是炉膛的第
10、一个火焰。在点火器点火前应保证炉膛与烟道内没有积存可燃混合物。因此，大型锅炉FSSS均设计了炉膛吹扫逻辑，在点火前用空气吹扫炉膛和烟道 。 （2）锅炉点火。点火时最危险的情况为点火器已点着，但能量过小，不足以把燃烧器点燃，这时火焰检测器可能检测到火焰，而实际上燃烧器并未点燃。一个能量不大的点火器也可能点燃燃烧器，但点火延迟时间过长、点火次数过多都可能导致燃料在炉膛中积存，待燃烧器点燃后有会把积存的燃料一起点燃，形成爆燃。,2、火焰中断时,锅炉正常运行时，如果风煤比调整得当，且炉膛温度较高（大于750）一般不会发生灭火、放炮。 在锅炉启、停过程及低负荷或变动负荷运行中，运行参数变动较大，常因进入
11、炉内的燃料量与风量动态控制不当而发生燃烧不稳，导致锅炉火焰中断，此时若未能及时采取紧急保护措施，继续让燃料进入炉膛，有可能造成炉膛爆燃。 通常，引起锅炉火焰中断有以下几种情况：,（1）锅炉低负荷运行时，由于风煤配合不当，引起燃烧不稳而熄火。 （2）在低负荷运行时，炉膛温度较低，下粉不均，风煤配合不当，引起燃烧不稳而熄火。 （3）煤质突变，引起风煤不平衡，导致燃烧不稳熄火。 （4）由于锅炉燃烧设备或控制系统故障，引起燃烧突变、燃烧不稳而熄火。 （5）由于锅炉结焦，炉膛掉大焦、负压摆动、冲击火焰而熄火。,不论在什么情况下，如果燃烧器的火焰熄火，就应立即切断燃料，否则进入的燃料将积存在炉膛中，这段时
12、间越长，进入的燃料就越多，形成严重破坏性爆燃的可能性越大。 在FSSS中设计了燃烧器火焰保护和全炉膛火焰保护。在高负荷时，发生火焰中断后，控制系统在火焰熄火后只切断燃料是不够的，因此还尤其他无法控制的因素使燃料继续进入炉膛。 例如，在燃料阀门与燃烧器之间有一段管道，燃料切断后管道中积存的仍将继续进入炉膛。如果火焰熄灭是由于空气不足引起的，则切断燃料后空气仍将继续流入，又可能使积存的燃料成为可燃混合物。因此在设计时应使燃料阀与燃烧器之间的管道尽可能短些 对于直吹式制粉系统，管道及磨煤机内存煤数量相当大。MFT发生时，一般在切断燃料的同时进行炉膛吹扫，如果送、引风机因故不能运行时，控制系统自动进入
13、自然通风状态。,五、炉膛内爆,锅炉炉膛除了外爆，有时还会发生内爆。内爆是指，当炉膛压力过低，炉膛内外压差超过炉墙所能承受的压力时，炉墙向内坍塌的现象。 发生炉膛内爆的原因主要是： 1、是由于炉膛内燃烧不稳或熄火，使烟气侧压力剧然降低，产生炉膛内外压差过大； 2、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故障或运行人员操作失误造成的。,假设炉膛内烟气为理想气体，理想气体方程式为 pV=MRT P: 介质的绝对压力 V：炉膛及烟道的体积 M：介质的质量 R：气体常数 T：介质的绝对温度 由于V是固定的，R近似为常数，故P与MT的乘积成正比，对于一个给定的锅炉系统，其压力可用下式来描述
14、,在稳态运行中，P在近似于大气压力下保持为常数，并且与质量M和温度T取得平衡，锅炉的炉膛温度取决于热量输入与热量输出之间的热平衡，所以通过控制锅炉排烟量，维持炉膛压力一定，这样就可使系统中的质量得到平衡。 炉膛灭火后，停止输入燃料后这一平衡不复存在，在燃料切断后的任意给定时间内存留在炉膛中或烟道中的烟气平均温度将迅速下降，炉膛中的压力也开始下降。,如果系统中保留的质量在数量方面保持不变时，则炉膛中绝对压力将随着绝对温度下降成比例的下降。因此，维持炉膛压力不变的关键是保持存留的质量与温度的乘积不变。 炉膛熄灭后温度T下降，又引起P下降，这个下降幅值超过炉膛结构所能承受的压力时，炉膛就会内爆。 炉
15、膛内爆一般发生在燃料中断之后, 炉膛吹扫,一、逻辑符号 1、门电路：与、或、非 与门： 或门： 非门：,2、存贮器 逻辑表达式,3、时间延时器 （1）延时接通,（2）延时断开,二、炉膛吹扫 a、点火前炉膛吹扫 b、跳闸后炉膛吹扫 1、吹扫目的：防止炉膛爆燃 2、吹扫条件： a、所有进入炉膛的燃料都被切断 b、炉膛内不存在火焰及不存在引起火焰的各种因素 c、吹扫时间一般为5min d、吹扫后能使锅炉立即点火的条件,3、吹扫条件,4、跳闸后炉膛吹扫,锅炉跳闸后，炉膛在一瞬间熄火，炉膛内势必积聚了大量的可燃混合物，必须通以足够的风量，将这些可燃混合物带走，这一防爆措施被称为“跳闸后炉膛吹扫”。 跳闸
16、后吹扫准备条件： 1、所有暖炉油喷嘴阀关 2、暖炉油跳闸阀关 3、所有磨煤机停 4、所有给煤机停 5、所有火焰检测显示无火 6、风量30%,1、5分钟之内，任一暖炉油层投运，不管炉膛压力 是否波动都不会跳送引风机,2、5分钟后，暖炉油层停运，炉膛压力波动跳送引风机,主燃料跳闸,当锅炉设备发生异常情况 （例如送风机、引风机跳闸、汽包压力超过危险界限、锅炉水循环不正常、炉膛风压异常高、锅炉熄灭、再热蒸汽中断等） 或汽轮机由于某种原因脱扣， 或厂用母线发生故障时， 应该立即切断供给锅炉的全部燃料并使汽轮机脱扣，发电机跳闸，使整个机组停止运行，等查明原因，消除故障后，机组再重新启动，这种处理故障的方法称为“主燃料跳闸（MFT）”保护。,主燃料跳闸的功能： 1、显示和记忆首次跳闸原因，并闭锁其他的跳闸原因 2、监视预先确定的各种运行条件是否满足，一旦出现可能危及机组安全运行的危险工况，就快速切断进入炉膛的燃料以避免发生事故或者限制事故进一步扩大。,MFT的触发条件,
