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1、锅炉 FSSS功能逻辑图1 引言炉膛安全监控系统（Furnace Safeguard Supervisory System，简称FSSS），也称燃烧器管理系统（Burner Management System，简称BMS），是现代大型火力发电机组锅炉必须具备的一种监控系统。它能在锅炉正常工作和启动等各种运行方式下，连续密切地监视燃烧系统的大量参数与状态，不断进行逻辑判断和运算，通过各种联锁装置使燃烧设备严格按照既定的合理程序完成必要的操作，防止爆炸性的燃料和空气混合物在锅炉的任何部分积聚，以保证操作人员和锅炉燃烧系统的安全。设计FSSS，应保证其组成和功能的完整性、逻辑的合理性。2 FSSS的
2、设计组成FSSS的设计组成如图1所示。图1 FSSS设计组成框图1）主控柜：包括逻辑控制主机、附件及电源系统。工作时，监视FSSS各设备参数与状态，进行逻辑判断，发出运作指令。2）火检柜：安装火焰检测器信号放大处理部分元件。3）就地点火控制柜：是实现对锅炉点火设备进行顺序动作的逻辑控制部分。通过远程/就地操作方式的切换，可实现控制点火设备的自动点火，也可实现对点火设备的单步操作。它主要控制的就地点火设备包括高能点火装置、组合燃烧装置及油角快速关断阀等。4）冷却风机控制柜：安装一用一备冷却风机的电气控制元件，火检冷却风机的控制由其完成。5）炉膛压力开关柜：安装炉膛压力开关，向主控柜发出压力高低报
3、警信号。6）CRT终端显示系统：计算机、CRT触摸屏、通讯接口和电缆。 3 FSSS的基本功能FSSS的基本功能如图2所示。图2 FSSS基本功能图其基本功能分燃烧器控制系统和燃料安全系统两大部分，前者包括锅炉点火、油层投入和风粉系统设备启停；后者包括炉膛吹扫、炉膛火焰检测及主燃料跳闸。各子功能说明如下：3.1 锅炉点火目前中大容量锅炉点火方式大致有以下三种，设计时应根据各燃烧器特点采取不同控制方案。1）采用高能点火装置直接点燃轻油燃烧器，以轻油作为低负荷时的助燃燃料。每一只轻油燃烧器配置一只高能点火装置，煤粉燃烧器依靠轻油燃烧着火。2）将具有高能点火装置的轻油点火器设置在每一只重油燃烧器和煤
4、粉燃烧器的侧面，轻油点火器由高能点火装置来点燃，其火焰以一定角度与主燃烧器喷射轴线相交，以保证可靠地点燃主燃料（重油、煤粉）。3）采用高能点火装置点燃轻油点火器，再由轻油点火器点燃其相应的重油燃烧器，重油燃烧器点燃相邻的燃烧器中煤粉，即煤粉着火能量是由重油燃烧器提供。3.2 油层投入油层投入即油燃烧器的控制是燃烧控制系统中的基本功能，设计时应保证油燃烧器具有以下几个功能：1）锅炉启动到机组带20%30%额定负荷的全过程提供必要的燃料。2）在锅炉主要辅机发生故障、机组减负荷运行、机组发生甩负荷停机不停炉、电网故障、主开关跳闸及机组带厂用电运行时，油燃烧器起稳定燃烧、维持低负荷运行作用。3）点燃煤
5、粉燃烧器。煤粉着火需要一定的能量，投用一定数量的油燃烧器，使锅炉达到20%额定负荷以上，可以保证煤粉稳定着火燃烧。3.3 风粉系统设备启停3.3.1 磨煤机和给煤机的启动由于磨煤机和给煤机是为煤粉燃烧器提供燃料的，设计时联锁说明如下：1）如果磨煤机尚未启动，将不允许给煤机启动。2）中速磨煤机装有石子煤斗，磨煤机排出的煤矸石、铁块等均落入石子煤斗。因此磨煤机启动前必须将石子煤斗的进口门开启。3）通过“磨煤机点火能量充分”条件来联锁磨煤机的启动，是指炉内热负荷达到一定值，保证煤的充分干燥和煤粉着火，设计时通过设置汽包压力大于规定值、空气预热器进口烟温达到一定值或空气预热器出口热风温度达到一定值。4
6、）为使进入炉膛的煤粉可靠着火，给煤机启动时必须保证点火油枪处在运行之中。若已有一台以上给煤机在运行，说明炉内已有煤粉燃烧器投运。5）为防止炉膛压力波动过大，在任意一台给煤机正处于启动过程时（即煤粉燃烧器正在点火），不允许其他给煤机同时启动。3.3.2 煤粉燃烧器自动点/熄火控制燃烧器点/熄火控制系统是一个逻辑顺序控制系统，设计时应保证以下功能：1）锅炉、燃烧器、燃料系统、监测系统、控制系统的状态正常是点火允许的条件，缺一不可。2）点火前后炉膛吹扫，以排除炉膛和烟道内容易引起爆燃的物质。3）在炉膛吹扫时启动回转式空气预热器、引风机、送风机，并使吹扫风由所有二次风口喷入炉膛，以减少炉膛内的气流“死
7、区”。4）点火过程中异常情况作出正确处理。3.3.3 风门挡板控制炉膛安全监控系统根据燃烧器投入或切除状态，自动开启或关闭各风门挡板，并可根据燃料量进行比例控制、差压控制，以获得锅炉最佳的燃烧工况，设计应按以下说明进行：1）二次风挡板由炉膛一次风箱的差压进行控制的，差压的设定值随锅炉负荷大小而改变。2）如果二次风口内有点火油枪，则按以下原则进行控制：A.当油枪投运时，该层的二次风挡板开度按油压大小进行比例控制。B.当油枪停运时，仍为差压控制。C.当煤粉燃烧器设备设置有燃料风时，燃料风门挡板开度按给粉机转速或给煤机转速进行比例控制。D.对于三次风挡板，一般采用手动控制。3.4 炉膛吹扫对炉膛进行
8、吹扫以清除所有积存在炉膛内的可燃气和可燃物，防止炉膛爆燃，炉膛吹扫设计时通常应满足的逻辑如图3所示。图3 炉膛吹扫逻辑图炉膛吹扫条件为：1）所有燃料全部切断，即所有油喷嘴阀、暖炉油层跳闸阀关闭，所有磨煤机、给煤机和一次风机停运。2）所有燃烧器风门应处于吹扫位置，即所有一次风挡板、二次风门关闭，所有二次风（辅助风）挡板在调节位置。3）至少有一台引风机和一台送风机在运行，且风量大于25%额定负荷风量。4）无锅炉跳闸指令。5）回转式空气预热器均投入运行。6）所有层3/4检测器无火焰。7）锅炉汽包水位正常。8）所有系统电源正常。设计时应有以下功能：当炉膛吹扫条件满足时，控制盘上“吹扫准备好”和“可按吹
9、扫启动”灯亮。运行人员按下“吹扫启动” 按钮，“正在吹扫”灯亮，而“可按吹扫启动”灯灭，吹扫完成信号送出。复置MFT记忆，MFT灯灭，吹扫顺序结束。3.5 炉膛火焰检测炉膛火焰检测是FSSS的基本功能，对于炉膛灭火保护来说炉膛火焰检测至关重要，设计时应注意“有火”“无火”及“全炉膛灭火”的逻辑判断及火焰显示。1）“层”火焰信号的检测对于四角切圆燃烧的煤粉炉，判断如下：A.同一层有2个探头发出“有火焰”信号时，认为本层有火焰。B.同一层有3个探头发出“无火焰”信号时，认为本层无火焰。2）全炉膛灭火检测设计时应注意全炉膛灭火检测采用投票方式进行，判断不仅依赖于煤粉层火焰的工况，还依赖于油层火焰的工
10、况，只有在煤粉层同时投灭火票时，才证实全炉膛灭火。3）火焰显示设计时监视界面应有开关量和模拟量（棒状）火焰显示炉膛火焰，一系列指示灯和棒状图形清晰地显示炉膛和各层燃烧器火焰的“有”和“无”，帮助运行人员判断燃烧情况，以决定下一步的操作。3.6 主燃料跳闸（MFT）对于MFT的设计，应具有以下功能：当有MFT条件之一成立，FSSS能迅速切断所有燃料，并将危机报警信号发至各个系统；同时显示出跳闸的第一原因，并将主燃料跳闸（MFT）状态维持到锅炉的下次启动。3.6.1 主燃料跳闸主燃料跳闸设计时逻辑须满足的条件，如图4所示。图4 主燃料跳闸逻辑图MFT动作时，不应联锁风机跳闸，以保持足够风量便于进行
11、MFT跳闸后的吹扫工作。3.6.2 MFT首出记忆设计MFT首出记忆逻辑，如图5所示。图5 MFT首出记忆逻辑图以上逻辑可保证记忆第一动作信号，后续信号不被记忆、也不显示。炉膛吹扫完成后，MFT记忆元件状态为“0”输出，MFT灯灭，锅炉处于运行状态中。当锅炉联锁跳闸、炉膛压力高、炉膛压力低、全炉膛灭火或运行人员手动危机跳闸时，其中任一信号首先出现，则MFT记忆元件翻转输出“1”，跳闸原因指示灯亮。点亮的第一动作原因指示灯在下次启动吹扫指令发出时熄灭，即MFT状态维持到下次清扫完成时为止。4 结束语大容量锅炉需要控制的燃烧设备数量较多，有点火装置、油燃烧器、煤粉燃烧器、辅助风挡板、燃料风挡板等，
12、不仅类型复杂，操作过程也复杂。对一般不能伸进和退出的点火装置以及燃烧器的火焰监视器装置等要有冷却措施，为此还设置了冷却风机。火焰监视器是判断燃烧器点火、熄火成功与否，及对火焰进行监视的重要装置。由此可见，即使投入或切除一组燃烧器，也需要有相当多的操作步骤和监视判断项目，在锅炉启动或发生事故工况下燃烧器的操作更加繁杂，所以大容量锅炉的燃烧器必须采用自动顺序控制。国内机组过去缺少这种燃烧安全监控系统，使国产锅炉的运行性能受到严重影响，锅炉的安全运行也受到威胁，因此设计合理的炉膛安全监控系统势在必行。参考文献：1中国动力工程学会.火力发电设备技术手册M.2火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统技术规范书（G-RK-95-52）S.3叶江明,等.电厂锅炉原理及设备M.北京:中国电力出版社,20041
