爐膛安全監控系統在某電廠應用淺析

（大唐國際張家口發電廠，河北 張家口 075133）

摘 要：隨著我國機組單機容量越來越大，大容量鍋爐需要控制的設備類型和操作過程都比較復雜，相對影響電廠安全生產的因素日益增多。特別是近年來機組容量的及參數的升高、機組系統不斷復雜，控制方式相對增加，系統參數相應復雜化、細致化，如何保證發電機組高參數鍋爐的安全運行已經受到業界的普遍重視。因此，FSSS隨之應運而生，飛速發展。

關鍵詞：爐膛安全;可靠;監控系統

1 概述

機組運行中，尤其是在機組啟動及停機過程中，低于30%負荷運行或變負荷過程中，常因加入進入爐膛內部的煤粉量與風量控制不合理而發生燃燒不穩甚至是鍋爐滅火的事故發生。若未能及時判斷瀕臨滅火，又沒有采取適當措施穩定燃燒，而使煤粉繼續進入爐膛內，煤粉就有可能在不受控制的再點燃條件下瞬間爆燃，造成爐膛滅火放炮。鍋爐滅火放炮事故造成的直接和間接的經濟損失是巨大的，有時還會造成人員的傷亡。為了預防滅火放炮事故的發生和將可能出現的事故損害減小到最低限度，國內外火電機組采用并推廣了一系列火焰檢測裝置和爐膛安全監控系統。

2 某電廠FSSS的具體功能

爐膛安全監控系統是（FSSS）我廠鍋爐必不可少的組成部分，它作為大型火電廠機組自動保護和自動系統的一個重要組成部分，其主要功能包括鍋爐吹掃、鍋爐點火、火檢系統、主燃料跳閘保護、大聯鎖保護五項功能。

2.1 鍋爐吹掃

鍋爐停爐后和點火前必須對爐膛進行連續的一定時間的吹掃，以保證鍋爐爐膛內部和空預器及省煤器內積聚的可燃物被吹掃干凈。吹掃時必須切斷進入爐膛的煤粉及燃油，并維持不低于有25%～30%的風量的，吹掃時間一般設定為5min。我廠的吹掃條件為：任一送風機運行與任一吸風機運行與空預器運行與無一次風機運行與無燃料運行與風量大于25%。在吹掃計時時期內，若吹掃條件中任一條件不滿足，則邏輯判斷吹掃失敗，進行再次吹掃時需重新倒計時5min。

2.2 鍋爐點火

爐腔吹掃完成后，可讓主燃料跳閘復位，如果滿足爐膛點火先決條件，即可進行點火。一般來說，多數電廠鍋爐點火許可條件為以下8個：

（1）鍋爐跳閘信號解除;

（2）燃油跳閘閥打開;

（3）燃油壓力正常;

（4）燃油溫度正常;

（5）霧化蒸汽壓力正常;

（6）火焰檢測器冷卻風系統壓力正常;

（7）燃燒器在水平位置;

（8）空氣量小于40%（且大于30%）。

在“允許點火”信號發出之后，鍋爐就正式進入點火狀態，FSSS開始進行點火控制。

2.3 火焰檢測

火焰檢測裝置是依據火焰信號的特性來檢測火焰的。首先將火焰信號分成2路信號：強度信號和頻率信號。強度信號代表火焰的亮度，頻率信號代表火焰的閃動。對強度信號的處理比較簡單，只需將實時火焰強度與強度閾值進行比較，當火焰強度高于強度閾值時，判定火焰強度條件成立。對于四角布置、切圓燃燒的鍋爐來講，檢測器也是四角布量，一個角布置一只。一般來講，爐膛火焰監視都是以層為單位的，“層火焰”的概念通常設計為：（1）層火焰顯示。接受四個檢測器的火焰信號，進行四取二邏輯判斷，當四個檢測器中有兩個顯示有火焰時，則輸出“本層有火焰”信號。（2）層故障報警。四個檢測器中有任何一個出現故障，則發出“本層火焰檢測器故障”信號，進行聲光報警，并將層火焰信號閉鎖。

不同燃料燃燒時，其火焰的脈動頻率是不同的，如煤粉火焰脈動頻率大約為l0Hz左右，油火焰為30Hz左右，這是由燃料的固有特性所決定的。由于這種特性，在多種燃料同時燃燒時，就可以檢測到各種燃料的燃燒狀態。例如，媒粉和油同時燃燒，要鑒別油槍火焰，盡管檢測器探頭只對準油槍火焰，但爐膛背景火焰（煤粉燃燒形成的火球）不可避免地被攝取，但是這兩種火焰的脈動頻率有明顯的差異，油火焰的脈動頻率大于煤火焰的脈動頻率，采用高通濾波器就可將火焰信號中煤火焰的低頻分量濾去，然后得到的信號就完全是油火焰的信號。交流電壓信號進入頻率檢測回路后，首先經過半波整流變成“零基”方波信號，送入高通濾波器去。高通濾波器的頻率設定在3～100Hz范圍內可調，可以在現場進行試驗來確定頻率設定值。只要將頻率設定在30Hz左右，就可以保證只有油火焰電平信號頻率分量通過，這樣就可以區別油槍火焰狀態和背景火焰狀態。

強度檢測是對火焰的直流分量進行檢測，直流分量反映的是火焰強度（亮度），火焰強度越高，信號的直流分量就越大。我們就是通過強度檢測電路來對火焰的直流分量進行檢測的。強度檢測電路的信號強度設定值也分上限設定和下限設定。結合上例，把檢測器的探頭對準燃燒器，“置入”設定值略低于燃燒器燃燒時的火焰強度，那么只要燃燒器沒有火，雖然有背景火焰的強度分量攝入，但“置人”設定值大于置入信號強度分量，所以電路也不會有強度信號輸出;如果燃燒器點燃，火焰中的強度分量會變得大于“置入”值，這個電路就會輸出強度信號，顯示“有火焰”，說明燃燒器已點著。當然這些設定值要通過現場試驗來確定。此外，強度信號還可以用來作為模擬量顯示信號，達到火焰強度指示。

由于相鄰燃燒器火焰的頻率和主火焰有時非常接近，要對頻率信號進行頻譜分析，從而提高識別能力。火焰檢測器除提供增益調整方式外，還具有頻段選擇功能。共有8個頻段，可以選擇不同頻率以適應火焰識別的需要。頻段選擇與增益設定值配合，可獲得最終的識別效果。頻段選擇還具有一個自動頻段，由信號處理器根據頻率信號的不同自動調整頻段。

2.4 主燃料跳閘保護

主燃料跳閘即鍋爐安全滅火，鍋爐安全滅火通過熱控邏輯監視燃料及爐膛情況并產生跳閘信號來切斷油燃料或煤粉燃料，至于切斷哪個燃料需要看具體哪個條件超過了定值。跳閘后會給出首次跳閘原因的指示，這樣操作員就可以進行正確的判斷并采取必要的補救措施。

主燃料跳閘條件包括：兩臺送風機跳閘;兩臺吸風機跳閘;兩臺一次風機跳閘;兩臺給水泵跳閘;爐膛壓力高低1300pa;爐膛壓力高低1960pa;汽包水位高三值;汽包水位低三值;全爐膛滅火;失去全部燃料;手動停爐等條件就會觸發MFT而緊急停爐。

主燃料跳閘保護在主要設備出現故障及主要參數異常時，能有效防止重大設備損壞事故，如何保證其可靠運行是不得不考慮的問題。MFT的可靠性分析：MFT軟硬件設計成互相冗余的，當MFT條件出現時軟件會送出相應的信號來停掉相關的設備，同時MFT繼電器也會向這些設備中的絕大部分送出一個硬接線信號來停掉它們。例如，MFT發生時邏輯會通過相應地模塊輸出信號來關閉油母管進油閥，同時MFT接點也會送出信號來直接關閉該進油閥。這種軟硬件互相冗余可以很好的提高MFT動作的可靠性，為安全運行提供保證。

2.5 大聯鎖保護

在MFT信號產生后，由MFT繼電器將跳閘信號送到以下機構，從而實現鍋爐的全面跳閘：

（1）MFT繼電器送往制粉系統。

1）切除全部給煤機電機;

2）跳開磨煤機電機并關閉風門;

3）切掉兩臺一次風機變頻器;

4）切掉密封風機電機;

5）發出關閉一次風冷熱風門指令。

（2）MFT繼電器送往燃油系統。關閉燃油速斷閥門;關閉全部油槍角閥。

（3）MFT繼電器送往送風系統。

1）所有二次風擋板開至最大;

2）所有周界風及燃盡風擋板開至最大。

（4）MFT繼電器送往其他系統。送往熱工各報警及SOE系統。

大連鎖動作以后，靠冗余配置的熱控邏輯系統將以上設備可靠切除，提高了設備的可靠性，同時為事故的發現提供了判斷依據，有利于事故的分析處理和事后責任落實。

3 結論

本文對張家口電廠機組FSSS的功能進行簡單分析，通過五方面功能的分析得出了FSSS對電廠的重要性。由于目前電廠應用的FSSS系統多種多樣，設備特點也不盡相同，有些問題需進一步的深入研究。希望對以后的工作起到指導作用和參考應用價值。

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作者簡介：王立濤（1985-），男，河北藁城人，本科，工作單位：大唐國際張家口發電廠發電部，助理工程師。