1  引言

    爐膛安全監視系統（Furnace Safety Supervisory System, 簡(jiǎn)稱(chēng)為FSSS）是大型煤粉鍋爐自動(dòng)化監控系統的重要組成部分，對保證鍋爐的安全、經(jīng)濟運行發(fā)揮著(zhù)重要作用。對不同的爐型和煤粉燃燒方式，FSSS邏輯大同小異，但是由于燃燒方式的不同，其全爐膛滅火邏輯有著(zhù)明顯的區別。

電站煤粉鍋爐常見(jiàn)的燃燒方式有四種：四角切圓燃燒、六角切圓燃燒、對沖燃燒和“W”型火焰燃燒。本文通過(guò)討論某100MW機組煤粉鍋爐FSSS功能在DCS平臺上的實(shí)現，來(lái)探討六角切園燃燒煤粉爐FSSS功能設計，著(zhù)重論述全爐膛滅火邏輯。

2  系統實(shí)現的功能

2.1  系統介紹

    鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）是分散控制系統（DCS）的一個(gè)子系統，主要實(shí)現鍋爐主保護和燃燒管理兩大功能。鍋爐主保護包括主燃料跳閘（MFT）和油燃料跳閘（OFT）兩項保護功能。在該項目中，鍋爐燃燒器采用六角噴燃布置，分二個(gè)油層、三個(gè)煤層。DCS系統控制12支油槍、6支點(diǎn)火槍?zhuān)瑢?shí)現爐膛吹掃、點(diǎn)火程控、油槍的順序投/切功能。FSSS現場(chǎng)設備包括18套IDD-Ⅱ火檢、火檢柜1個(gè)、就地點(diǎn)火柜6個(gè)、就地火檢探頭接線(xiàn)盒6個(gè)、火檢冷卻風(fēng)機2臺、壓力開(kāi)關(guān)2只。就地點(diǎn)火設備包括點(diǎn)火槍及其推進(jìn)裝置6套、油槍及推進(jìn)裝置12套、油角閥12個(gè)、高能點(diǎn)火器6個(gè)、燃油總閥1個(gè)、電磁流量計1個(gè)。

        FSSS上層控制系統采用北京和利時(shí)系統工程股份有限公司的MACS分散控制系統實(shí)現。DCS系統整體結構設計如圖1所示。

圖1  DCS系統圖

        FSSS功能集中在＃12、＃13站。＃12站完成點(diǎn)火系統的兩級自動(dòng)控制和保護功能，＃13站實(shí)現對制粉系統的控制、調節和保護。

    高一級的自動(dòng)化水平是整個(gè)點(diǎn)火過(guò)程和保護全部按程序自動(dòng)進(jìn)行，即從運行人員啟動(dòng)吹掃后到點(diǎn)燃一個(gè)預先選定的燃燒器組實(shí)現自動(dòng)化。次一級的自動(dòng)化水平設計使運行人員能按分階段順序控制方式啟動(dòng)燃燒。例如：先啟動(dòng)爐膛吹掃程序，然后進(jìn)行油系統的泄露試驗，再啟動(dòng)油槍點(diǎn)火程序等等。點(diǎn)火系統保留就地手動(dòng)操作方式，操作臺上保留MFT雙按鈕。各控制站間涉及FSSS的信號全部采用硬接線(xiàn)實(shí)現互連，避免采用站間引用方式。

2.2  FSSS邏輯功能介紹

    在這臺六角燃燒鍋爐上，FSSS系統實(shí)現的功能包括：火焰監視、程控點(diǎn)火、程控爐膛吹掃、油泄漏試驗、冷卻風(fēng)機控制、MFT跳閘和MFT首出指示、OFT跳閘和OFT首出指示。

圖2  油火焰處理邏輯

    作為FSSS系統的基礎，必須對火焰信號進(jìn)行有效的監視和判別。IDD-Ⅱ火檢放大器不僅提供了火焰有無(wú)的開(kāi)關(guān)量信號，還為每路火檢提供一個(gè)狀態(tài)信號，以幫助判斷火檢探頭及火檢放大器本身是否工作正常。因此，在軟件邏輯上對每一路火焰信號進(jìn)行按如圖2所示邏輯處理。

    在油角火檢狀態(tài)OK，且該油角火檢有火的情況下，經(jīng)油角閥開(kāi)或者本角給煤機已運行狀態(tài)確認后，才能判斷該油角有火。

圖3  煤火焰處理邏輯

    煤角有火除了該角煤火檢有火，且該角油火檢狀態(tài)OK外，只需要相應角給煤機的信號證實(shí)即可，如圖3所示。

    鍋爐主保護MFT系統的跳閘條件共12項，包括：失去探頭冷卻風(fēng)、失去全部火焰、手動(dòng)MFT、失去全部燃料、兩臺送風(fēng)機全停、兩臺引風(fēng)機全停、爐膛壓力低二值、爐膛壓力高二值、汽包水位低三值、汽包水位高三值、給水泵跳閘、發(fā)電機主保護跳閘。MFT后的系統響應有：

    •  推出滅火保護畫(huà)面；

    •  指出跳閘第一原因；

    •  閉鎖從動(dòng)跳閘條件；

    •  進(jìn)行聯(lián)鎖和順控動(dòng)作；

    •  顯示事故前后爐膛負壓及汽包水位（汽包爐）的變化趨勢；

    •  聲光報警；

    •  打印相關(guān)物理量。

    MFT跳閘條件中，除失去全部火焰外，其它信號的邏輯處理方式和常規的四角切園燃燒煤粉爐基本相同，在此不再贅述。

圖4  失去全部火焰邏輯

    對四角切園燃燒煤粉爐，一般對各層煤火檢和油火檢信號分別進(jìn)行四取三邏輯判斷，即該層四個(gè)火檢探頭中有三個(gè)無(wú)火，即認為該層火焰失去，如果各煤層和油層都判斷無(wú)火，則觸發(fā)失去全部火焰信號，MFT動(dòng)作。

    對六角噴燃的鍋爐來(lái)說(shuō)，無(wú)論是煤層還是油層，都存在每層6個(gè)探頭的問(wèn)題，傳統的四取三邏輯無(wú)法應用。經(jīng)過(guò)反復的分析論證，筆者采用了如圖4所示的邏輯。

    新的失去全部火焰邏輯以燃燒器的每個(gè)角為單位，每個(gè)角有三個(gè)火檢探頭，這三個(gè)火焰信號經(jīng)三取二邏輯輸出，如果三個(gè)信號中有兩個(gè)及以上信號顯示無(wú)火，則認為該角火焰不存在。同樣的邏輯應用于其它各角，以得到各角火焰狀態(tài)。如果六個(gè)角火焰信號三取二后均顯示無(wú)火，此時(shí)給粉證實(shí)信號也存在，則觸發(fā)失去全部火焰信號，送到MFT邏輯跳閘。

    此邏輯繞開(kāi)了六角燃燒情況下如何取舍判斷的復雜問(wèn)題，轉而采用了單角縱向的三取二邏輯，而三取二是在熱工控制領(lǐng)域有扎實(shí)理論研究和充分應用的判斷邏輯，其可靠性不言而喻，需要確認的是該判斷邏輯的可用性。該邏輯是否能真實(shí)反映爐內燃燒工況？是否能及時(shí)發(fā)現爐內無(wú)火并保護鍋爐？筆者在和鍋爐運行、檢修技術(shù)人員探討后，認為該邏輯應該是可行的，但需要試驗證實(shí)。

在現場(chǎng)調試階段，對該保護邏輯進(jìn)行了詳細的試驗，基本確認邏輯可行。機組投運后，經(jīng)過(guò)近2年的安全、可靠運行，再次對FSSS的保護邏輯進(jìn)行了充分的考驗，驗證了該套邏輯的可用性和可靠性。

3  結論

    該六角燃燒鍋爐采用DCS系統實(shí)現FSSS功能后，實(shí)現了程控點(diǎn)火，減輕了運行人員的勞動(dòng)強度，提高了鍋爐啟動(dòng)速度。點(diǎn)火程控設計有點(diǎn)火不成功自動(dòng)退出油槍關(guān)閉油角閥的功能，從而提高了點(diǎn)火成功率和安全可靠性。

    在火檢探頭調試完成后，鍋爐MFT主保護全部具備可投條件，首次對六角噴燃的爐膛實(shí)現失去全部火焰保護，為設備的安全穩定運行又提供了一道保障。

    試驗和運行經(jīng)驗表明，該機組FSSS系統的改造是成功的，并為以后的改造提供了經(jīng)驗和樣本。