鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）功能解析

摘 要：基于某廠實際運行情況，介紹鍋爐FSSS系統的構成和主要邏輯功能，分析FSSS系統相關的個別細節問題，提出FSSS系統調試期間須重點關注的要點，并提出解決辦法。

關鍵詞：爐膛安全監控系統（FSSS）；爐膛吹掃；燃油泄漏試驗；主燃料跳閘（MFT）

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.031

0 引言

鍋爐爐膛安全監控系統Furnace Safeguard Supervisory Systems（FSSS），是大型火電機組自動保護和自動控制系統的一個重要組成部分，其主要功能是保護鍋爐爐膛安全，在防止運行人員操作事故及設備故障引起爐膛爆炸等方面起著重要作用。

隨著DCS系統的改進和不斷發展，現在DCS的軟硬件可靠性已經完全滿足FSSS系統控制的需要，目前FSSS的所有功能在設計時都包含在DCS系統中。FSSS設計有獨立的跳閘繼電器機柜，包含后備硬手操MFT按鈕及硬跳閘繼電器，具有完善的故障容錯診斷功能，避免出現保護拒動。

1 FSSS系統構成

1.1 FSSS系統的主要功能

FSSS系統控制邏輯分為公用控制邏輯、燃油及燃煤控制邏輯三大部分。

公用控制邏輯部分包含鍋爐保護的全部內容，即油泄漏試驗、爐膛吹掃、主燃料跳閘（MFT）、油燃料跳閘（OFT）、首出原因記憶、點火允許條件和RB等。

公用控制邏輯還包括有FSSS公用設備（如火檢冷卻風機、密封風機）的控制。

燃油控制包括各油燃燒器單角、對角投切及層投、切控制。

燃煤控制包括各個磨煤機、給煤機及其輔助設備的投切、保護和控制。

1.2 FSSS系統的主要邏輯構成

1.2.1 爐膛吹掃

鍋爐點火前和停爐后必須對爐膛進行連續吹掃。吹掃開始和吹掃過程中必須滿足吹掃條件（分為一次和二次吹掃條件），以便有效地清除爐膛及煙道內聚積的可燃物。吹掃時必須切斷進入爐膛的所有燃料源，并最少有25%～30%額定空氣量的通風量，吹掃時間不少于5min。在吹掃過程中FSSS邏輯連續監視吹掃允許條件，如果一次吹掃允許條件不滿足就會導致吹掃中斷，同時計時器復位；如果二次吹掃條件不滿足吹掃計時器復位，但不中斷吹掃，滿足條件后自動吹掃。

1.2.2 燃油泄漏試驗

在點火前檢查進行油泄漏試驗，檢查燃油系統是否有泄漏，試驗分三個步驟：

（1）充油試驗：打開進油閥和回油閥對油母管充油。從回油閥關閉后開始計時，若在一定時間內油母管壓力建立則關閉進油閥，進行下一步；若油壓未建立則充油失敗。

（2）油角閥及母管泄漏試驗：充油成功后關閉進油閥計時開始，如果一定時間內油母管壓力一直保持在規定值，則回油閥、油角閥及油母管沒有泄漏，油角閥及母管泄漏試驗成功。

（3）進油閥泄漏試驗：油角閥及母管泄漏試驗成功后開回油閥，將母管油壓泄壓后關回油閥，延時5s穩壓，開始進油閥泄漏試驗，在一定時間內如果進油閥后的壓力低于規定值，則進油閥沒有泄漏，試驗成功；否則表明進油閥有泄漏，試驗失敗。

1.2.3 主燃料跳閘（MASTER FUEL TRIP，簡稱MFT）

MFT是爐膛安全監控系統最主要的功能，它連續地監視預先確定的安全運行條件是否滿足，一旦出現可能危及鍋爐安全運行的情況，就快速切斷進人爐膛的所有燃料以達到保護鍋爐的目的，在以下任一條件出現時，將引起MFT動作（以直流爐為例）：

（1）引風機全停；（2）送風機全停；（3）空預器全停；（4）爐膛壓力高高；（5）爐膛壓力低低；（6）手動MFT；（7）火檢冷卻風喪失；（8）一次風機全停且任一煤層投運；（9）燃料投入且給水泵全停；（10）燃料投入且給水流量低；（11）總風量<25%BMCR；（12）汽機跳閘；（13）主蒸汽壓力高高；（14）再熱器保護；（15）全燃料喪失；（16）全爐膛滅火；（17）三次點火失敗；（18）點火延遲；（19）脫硫跳閘。

發生MFT，畫面中顯示最先引起MFT動作的原因。MFT動作將造成以下設備動作：

MFT跳閘繼電器動作；關閉主給水電動閥；關閉過熱減溫噴水總閥和一、二級過熱減溫噴水閥（硬聯鎖）；關閉再熱減溫噴水總閥（硬聯鎖）；關閉進油閥（硬聯鎖）；關閉回油閥（硬聯鎖）；送信號至就地點火柜（硬聯鎖）；停所有給煤機（硬聯鎖）；停所有磨煤機，關閉磨入口冷、熱風門和磨出口門（硬聯鎖）；跳一次風機（硬聯鎖）；MFT動作后爐膛壓力低三值跳所有引風機；MFT動作后爐膛壓力高三值跳所有送風機；開主蒸汽疏水閥；跳吹灰（硬聯鎖）；送信號至METS（硬聯鎖）；送信號至ETS（硬聯鎖）；送信號至電除塵（硬聯鎖）；送信號至脫硫（硬聯鎖）；送信號至各DPU（硬聯鎖）。

1.2.4 油燃料跳閘（OIL FUEL TRIP，簡稱OFT）

油燃料跳閘是為了防止在OFT情況下燃料流入爐膛，生成爆燃物。OFT條件為：

（1）任意油角閥開時母管油壓力低低；（2）任意油角閥開時進油閥未開；（3）任意油角閥開時回油閥未開；（4）鍋爐房儀用壓縮空氣壓力低低；（5）MFT；（6）手動OFT。

當發生OFT時，所有的油槍、油角閥、進油閥、回油閥全部關閉。

1.2.5 燃油控制（油槍組點火、退出程控）

鍋爐經過爐膛吹掃，并且所有“油燃燒器啟動允許條件”滿足后，鍋爐才能點火啟動。油槍只能依靠自己所屬的高能點火器點火。在DCS操作油燃燒器時，可分為油層控制、對角控制和單角控制。

爐膛點火允許條件為（與）：

（1）MFT已復位；（2）OFT已復位；（3）鍋爐總風量正常或任一油層或任一煤層已投運；（4）火檢冷卻風壓正常。

油燃燒器啟動允許條件為（與）：

（1）爐膛點火允許條件滿足；（2）燃油母管壓力正常；（3）進油閥全開；（4）回油閥全開；（5）吹掃蒸汽壓力不低；（6）無油燃燒器在啟動過程中。

1.2.6 爐膛火焰檢測

鍋爐運行中，常因進入爐內的燃料量與風量控制不當而發生燃燒不穩乃至鍋爐突然熄火。若未及時采取緊急措施，繼續讓燃料進人爐膛，就有可能瞬間爆燃，出現嚴重的鍋爐滅火放炮事故。火電機組均使用單個燃燒器的火焰檢測裝置，同時檢測火焰的強度和脈動頻率。

1.2.7 制粉系統控制

鍋爐滿足“煤層點火允許條件”時，可按預定程序啟停制粉系統各設備，或磨組按預定程序自動啟停。磨煤機、給煤機為鍋爐的重要輔機，設計有磨煤機、給煤機的啟動允許和保護邏輯。

當機組在運行中出現某些影響正常運行的特殊工況時，如RB工況，需要快速降負荷，使鍋爐從全負荷或高負荷運行迅速回到較低負荷，相應的控制邏輯迅速跳停一定臺數的磨煤機，只保留較少臺數繼續運行，同時投入一層油槍，配合MCS的調節功能快速穩定地使鍋爐轉移到目標負荷。

2 FSSS系統設計要點

（1）系統應有獨立于DCS系統的硬跳閘回路，在DCS出故障時緊急情況下可由運行人員通過手動停爐按鈕，控制由跳閘繼電器（專用雙路電源供電）發出觸點信號給設備電氣回路使其跳閘，切斷進入爐膛的燃料。建議該回路采用繼電器失電跳閘的方式。

（2）對于汽包爐，汽包水位保護應采用獨立測量的三取中邏輯判斷。

（3）重要保護信號，如送、引風機跳閘、爐膛壓力高、低等信號，應通過硬接線直接接入FSSS機柜I/O卡件，不能通過DCS通訊網絡由別的機柜DPU再傳送到FSSS控制柜中，避免網絡故障時MFT保護拒動。

（4）MFT、OFT、制粉系統等重要控制系統要有完善的跳閘首出功能，在出現跳閘時能幫助運行人員快速判斷跳閘原因。

（5）保護回路中不應設置可投、切保護的任何接口。

（6）油槍的控制邏輯要有油角閥和吹掃閥的互鎖邏輯，防止油閥和吹掃閥同時打開，避免燃油進入吹掃蒸汽管道。

（7）油燃燒器之間要有閉鎖邏輯，任一油燃燒器啟動過程及啟動完成后，一定時間內不允許啟動其他油燃燒器。

（8）對于汽輪機跳閘引起MFT的邏輯，只有在機組負荷>30%的條件下發生汽輪機跳閘，才觸發MFT動作。這樣在并網前做汽機打閘試驗時無需退出該保護。

（9）MFT跳閘柜跳給煤機的指令線要根據廠家圖紙，確認是要與“啟動指令”線串聯，還是與“停止指令”線并聯接至就地控制回路。

（10）MFT柜關進油閥的指令線，要與熱控電源柜電源線和DCS側“開進油閥”指令線串聯接至就地閥門。

3 FSSS系統調試要點

（1）在機組調試前的邏輯檢查階段，必須仔細檢查系統的所有邏輯和功能，并對照25項反措里提到的鍋爐防爆要求，如果設計與規程相違背，要及時以工程聯系單等方式提出書面的邏輯修改意見。

（2）鍋爐首次點火前要進行MFT硬跳閘回路功能試驗，試驗前所有保護條件的熱控或電氣信號均要從就地一次元件進行傳動。

（3）火檢探頭安裝完畢后必須從就地和機柜進行核對，采用光源照射探頭的方式，檢查安裝位置和控制、保護邏輯里的標示是否對應，避免發生安裝位置錯誤。

（4）在機組啟動前檢查FSSS控制邏輯，調試期間熱控試驗或運行工藝可能會將FSSS的保護定值或邏輯進行修改，之后如果由于疏忽未將保護定值恢復，則有可能造成保護誤動或拒動的嚴重后果。

（5）鍋爐啟動前檢查所有的保護功能是否已投入。

4 結語

鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）在火電機組控制過程中占有極其重要的地位，其安全性不容忽視。在設計和調試過程中，一定要詳細了解各項保護的作用，檢查控制邏輯的正確性和合理性，全面考慮各種特殊情況，合理設計好每一個細節，否則，隨時可能發生損壞設備或誤跳機組的安全事故。

作者簡介：單鈺春（1982-），男，甘肅蘭州人，本科，工程師，從事火電廠熱工自動化調試、研究。