淺談爐膛安全監控系統在火電廠的應用

楊坤

摘 ? 要：在當前火電廠運營過程中，爐膛安全監控系統作為大型火電機組最為核心的系統之一，其主要作用為監測和保護鍋爐運行安全。近年來我國機組單機容量不斷增加，在鍋爐容量不斷加大的情況下，控制的設備類型和操作過程更具復雜性，電廠生產運行過程中影響安全的因素也越來越多，在此情況下，火電廠需要重視爐膛安全監控系統的應用，以此來保證發電機組鍋爐的安全、穩定運營。

關鍵詞：火電廠 ?爐膛安全監控系統 ?鍋爐吹掃 ?火焰檢測 ?主燃料跳閘

中圖分類號：TP29 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）02（a）-0202-02

在現代火電廠大型鍋爐中，爐膛安全監控系統作為不可或缺的重要組成部分。由于火電廠鍋爐運行環境復雜，為了保證鍋爐運行的穩定性，在鍋爐啟停及正常運行狀態下，爐膛安全系統針對燃燒系統進行邏輯判斷和運算，以此來保證燃燒系統中各設備運行的安全性和穩定性，有效的防范各種安全事故的發生。

1 ?爐膛安全監控系統簡述

爐膛安全監控系統簡稱為FSSS，其具備燃燒器管理和燃燒安全聯鎖功能，主要是針對鍋爐運行、啟停等狀態下對燃燒系統相關參數和運行狀態的監視及邏輯判斷、運算，確保燃燒設備中相關設備能夠按照合理程序來完成具體的操作，保證鍋爐爐膛及燃燒器系統運行的安全，有效的防范鍋爐爐膛爆炸事故發生。作為火力發電廠重要的自動化設備，爐膛安全監控系統主要由操作顯示、輸入和輸出接口、檢測元件、驅動裝置及邏輯控制部分共同組成。其中顯示設備是實現人機對話的重要聯絡工具，通過輸入接口實現輸入信號的電平轉換，控制信號的功率轉換則由輸出接口來完成。檢測元件主要是針對爐內燃燒情況和燃燒空氣系統狀態等進行監測，具體的檢測元件包括壓力開關、溫度開關、流量開關、行程開關和火焰檢測器等。驅動裝置主要是針對爐膛的燃料和空氣進行控制和隔離，以閥門電動裝置和轉運機械驅動裝置為主。邏輯控制部分作為爐膛安全監控系統的核心所在，具備完成邏輯綜合、判斷和運算等功能。即現場所有人選將為、運行狀態及被控對象狀態等都需要由邏輯控制來進行具體驗證，在滿足相應條件下才能送到驅動裝置，實現對被控對象的有效控制。

2 ?爐膛安全監控系統在火電廠中的應用

2.1 鍋爐吹掃

火電廠在實際運營過程中，鍋爐停爐后及點火前，需要連續一定的時間來對爐膛進行吹掃，確保鍋爐爐膛內部、空預器及省煤器內積極的可燃物能夠被吹掃干凈，在實際吹掃時，需要將爐膛的煤粉及燃油切斷，并維持相應的風量，通常情況下將吹掃時間設定為5min。在實際吹掃計時時期內，對于吹掃條件中有任何一條達不到要求時，則系統會邏輯判斷吹掃失敗，則會再次重新倒計時進行吹掃。

2.2 鍋爐點火

當完成爐膛吹掃工作后，主燃料跳閘復位，當爐膛點火先決條件滿足的情況下，則可以進行點火。通常情況下火電廠鍋爐點火條件具體包括：鍋爐跳閘信號解除、燃油跳閘閥打開、燃油壓力正常、燃油溫度正常、霧化蒸汽壓力正常、火焰檢測器冷卻風系統壓力正常、燃燒器在水平位置、空氣量小于40%（且大于30%）。當允許點火信號發出后，鍋爐進入到正式點火狀態，這種情況下爐膛安全監控系統則開始點火控制。

2.3 火焰檢測

在火焰檢測中，利用火焰檢測裝置根據火焰信號特性來完成火焰檢測工作。具體可以將火焰信號分為強度信號和頻率信號，這其中火焰亮度通過強度信號來體現，火焰閃動則利用頻率信號來表面。在具體處理強度信號時，只需要比較實時火焰強度與強度閾值，火焰強度高于強度閾值時，則表明火焰強度條件成立。當鍋爐為四角布置及切圓燒燒時，檢測器也要四角布量，通常是一個角布置一只。一般在監視爐膛火焰時都以層為單位，由4個檢測器來接受火焰信號，只需要兩個檢測器顯示有火焰，即輸出本層有火焰的座號。當4個檢測器有故障出現時，則會發出故障信號，進行聲光報警，閉鎖層火焰信號。

火焰脈動頻率與燃料有直接的關系，燃料固有特性決定了不同燃料燃燒時火焰脈動頻率的差異。因此在多種燃料共同燃料時可以對各種燃料的燃燒狀態進行檢測。如在爐膛內當煤粉與油同時燃燒狀態下，在對油槍火焰鑒別時，利用檢測器探頭對準油槍火焰，雖然也會攝取到爐膛背景火焰，但使用高通濾波器則可以濾出煤火焰的低頻分量，這時得到的信號即為油火焰信號。同時在頻率檢測回路中，當交流電壓信號進入后，利用半波整流將其變成零基方法信號，并送入到高通濾波器中，通過現場試驗來對頻率調定值進行確定，使油火焰電平信號頻率分量通過，以此來完成油槍火焰狀態和背景火焰狀態的區別。

在強度檢測中主要是檢測火焰直流分量，火焰直流分量越大則表明火焰強度越高，具體檢測火焰直流分量時會通過強度檢測電路來進行，設定強度檢測電路信號強度設定值的上限和下限，具體設定值需要通過現場試驗來進行確定。另外，還可以將強度信號作為模擬量顯示信號，以此來指示火焰強度。為了能夠提高對火炬的識別，需要對頻率信號進行分析。由于火焰檢測器能夠提供增益調整方式，同時還具備頻段選擇功能，通過選擇不同頻率來與火焰識別的需要相適應。通過將頻段選擇與增益設定值進行配合，從而獲得較好的識別效果。另外，頻段靠近還具備自動頻段，具體需要由信號處理器根據頻率信號的不同來實現頻段的自動調整。

2.4 主燃料跳閘保護

在主燃料跳閘時，主要是通過熱控邏輯來對燃料和爐膛情況進行監視，并發送跳閘信號，實現燃料的切斷。具體需要根據哪個條件超過了定值則會切斷哪個燃料，跳閘后會對跳閘原因進行指示，為操作人員能夠正常判斷并采取有效的補救措施。一旦當設備出現故障或是主要運行參數異常時則會引發主燃料跳閘保護，有效的防止設備出現損壞。在實際主燃料跳閘保護條件出現時，MFT軟件會發送相應信號來停掉相關設備，同時繼電器也會向這些設備送出一個硬接線信號，確保設備停掉，這處通過軟硬件互相冗余的設計，有效的提高保護動作的可靠性，為鍋爐的安全運行提供了重要保障。

2.5 防止FSSS拒動、誤動

目前火力電廠發電機組中分散控制系統應用十分廣泛，基于其分散控制、分散危險及集中操作管理的設計理念，將分散控制系統有效的融入到爐膛監控安全系統中來，有效的提高爐膛監控安全系統的可靠性。但在實際生產實踐過程中，還存在許多因素導致爐膛監控安全系統出現拒動或是誤動，因此需要采取有效措施來減少誤動發生和拒動發生的可能性，全面提高爐膛監控安全系統的可靠性。

2.5.1 保持良好的外部環境條件

在實際運營過程中，需要基于分散控制系統運行檢修的規范要求，確保其具備良好的密封性，外部環境溫度和濕度要與要求相符，同時還要對機柜濾網進行定期清洗和更換，及時對電纜空洞進行封堵，使外部環境能夠滿足防塵要求。

2.5.2 加強FSSS運行維護管理

對于爐膛安全監控系統，可以將其所有設備的作業來整體來進行管控。在實際運行過程中，需要定期檢查清理火焰探頭，定期吹掃爐膛負壓取樣管路，定期統計分析爐膛安全監控系統中DCS卡件投運情況，適時根據長周期運行模件的重要程度進行更換，同時還要定期對電源回路、控制回路等進行檢查，確保接線螺絲、現場導線、電源熔斷器、DI通道熔斷器及冗余系統等都處于良好的狀態下運行。在維修期間需要針對冗余設備開展切換試驗，保證備用設備處于良好的狀態。

2.5.3 不得擅自取消、退出爐膛安全監控系統保護或改動保護定值

針對于爐膛安全監控系統，需要做好定期檢查、檢驗和維護工作，嚴格遵照具體的制度開展各項工作。一旦爐膛安全監控系統發生故障，則需要迅速對其進行處理，對于鍋爐內一些重要保護裝置在實際機組運行中嚴禁隨意通出，當故障發生時被迫退出時，需要制定可靠的安全保障措施，并在8h內要確保其恢復正常運行。由于爐膛安全監控系統以分散控制系統作為主體，整個系統較為復雜，故障具有較大的離散性，因此從DCS系統硬、軟件，到測量元件、電纜、及執行機構，以及外部環境，還有人為的因素，系統中任一環節出現問題，均會導致爐膛監控安全系統部分功能失效或引發系統故障、鍋爐滅火甚至機組跳閘。而拒動更危險，可能造成人身傷害、損壞主設備損壞。因此必須從“人、機、料、法、環”各方面加強對爐膛安全監控系統及其熱控設備的全方位管理，以防止拒動、減少誤動。

3 ?結語

在現代火電廠中，爐膛安全監控系統對于電廠安全運行具有極為重要的作用。由于當前火電廠運行情況十分復雜，存在過多的運行參數，因此利用爐膛安全監控系統可以針對鍋爐啟動、運行和停止等各種狀態下燃燒系統進行邏輯判斷和邏輯運算，以此來保證燃燒系統運行的可靠性，避免各類安全事故發生。而且隨著科學技術的發展，爐膛安全監控系統必將會越加完善，其在火力發電廠中也會發揮更為重要的作用，打造一個更為安全的環境，為火力發電廠安全、穩定的運營奠定良好的基礎。

參考文獻

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