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1  引言

    爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)（Furnace Safety Supervisory System, 簡(jiǎn)稱為FSSS）是大型煤粉鍋爐自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)保證鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。對(duì)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明顯的區(qū)別。

電站煤粉鍋爐常見的燃燒方式有四種：四角切圓燃燒、六角切圓燃燒、對(duì)沖燃燒和“W”型火焰燃燒。本文通過討論某100MW機(jī)組煤粉鍋爐FSSS功能在DCS平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)，來探討六角切園燃燒煤粉爐FSSS功能設(shè)計(jì)，著重論述全爐膛滅火邏輯。

2  系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

2.1  系統(tǒng)介紹

    鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）是分散控制系統(tǒng)（DCS）的一個(gè)子系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)鍋爐主保護(hù)和燃燒管理兩大功能。鍋爐主保護(hù)包括主燃料跳閘（MFT）和油燃料跳閘（OFT）兩項(xiàng)保護(hù)功能。在該項(xiàng)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(tǒng)控制12支油槍、6支點(diǎn)火槍，實(shí)現(xiàn)爐膛吹掃、點(diǎn)火程控、油槍的順序投/切功能。FSSS現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備包括18套IDD-Ⅱ火檢、火檢柜1個(gè)、就地點(diǎn)火柜6個(gè)、就地火檢探頭接線盒6個(gè)、火檢冷卻風(fēng)機(jī)2臺(tái)、壓力開關(guān)2只。就地點(diǎn)火設(shè)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(jì)1個(gè)。

        FSSS上層控制系統(tǒng)采用北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司的MACS分散控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。DCS系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1  DCS系統(tǒng)圖

        FSSS功能集中在＃12、＃13站。＃12站完成點(diǎn)火系統(tǒng)的兩級(jí)自動(dòng)控制和保護(hù)功能，＃13站實(shí)現(xiàn)對(duì)制粉系統(tǒng)的控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)。

    高一級(jí)的自動(dòng)化水平是整個(gè)點(diǎn)火過程和保護(hù)全部按程序自動(dòng)進(jìn)行，即從運(yùn)行人員啟動(dòng)吹掃后到點(diǎn)燃一個(gè)預(yù)先選定的燃燒器組實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。次一級(jí)的自動(dòng)化水平設(shè)計(jì)使運(yùn)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(tǒng)的泄露試驗(yàn)，再啟動(dòng)油槍點(diǎn)火程序等等。點(diǎn)火系統(tǒng)保留就地手動(dòng)操作方式，操作臺(tái)上保留MFT雙按鈕。各控制站間涉及FSSS的信號(hào)全部采用硬接線實(shí)現(xiàn)互連，避免采用站間引用方式。

2.2  FSSS邏輯功能介紹

    在這臺(tái)六角燃燒鍋爐上，FSSS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能包括：火焰監(jiān)視、程控點(diǎn)火、程控爐膛吹掃、油泄漏試驗(yàn)、冷卻風(fēng)機(jī)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(tǒng)的基礎(chǔ)，必須對(duì)火焰信號(hào)進(jìn)行有效的監(jiān)視和判別。IDD-Ⅱ火檢放大器不僅提供了火焰有無的開關(guān)量信號(hào)，還為每路火檢提供一個(gè)狀態(tài)信號(hào)，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(duì)每一路火焰信號(hào)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)油角閥開或者本角給煤機(jī)已運(yùn)行狀態(tài)確認(rèn)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(yīng)角給煤機(jī)的信號(hào)證實(shí)即可，如圖3所示。

    鍋爐主保護(hù)MFT系統(tǒng)的跳閘條件共12項(xiàng)，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(tái)送風(fēng)機(jī)全停、兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)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(jī)主保護(hù)跳閘。MFT后的系統(tǒng)響應(yīng)有：

    •  推出滅火保護(hù)畫面；

    •  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(fù)壓及汽包水位（汽包爐）的變化趨勢(shì)；

    •  聲光報(bào)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(hào)的邏輯處理方式和常規(guī)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(duì)四角切園燃燒煤粉爐，一般對(duì)各層煤火檢和油火檢信號(hào)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)無火，即認(rèn)為該層火焰失去，如果各煤層和油層都判斷無火，則觸發(fā)失去全部火焰信號(hào)，MFT動(dòng)作。

    對(duì)六角噴燃的鍋爐來說，無論是煤層還是油層，都存在每層6個(gè)探頭的問題，傳統(tǒng)的四取三邏輯無法應(yīng)用。經(jīng)過反復(fù)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(hào)經(jīng)三取二邏輯輸出，如果三個(gè)信號(hào)中有兩個(gè)及以上信號(hào)顯示無火，則認(rèn)為該角火焰不存在。同樣的邏輯應(yīng)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(hào)三取二后均顯示無火，此時(shí)給粉證實(shí)信號(hào)也存在，則觸發(fā)失去全部火焰信號(hào)，送到MFT邏輯跳閘。

    此邏輯繞開了六角燃燒情況下如何取舍判斷的復(fù)雜問題，轉(zhuǎn)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(yīng)用的判斷邏輯，其可靠性不言而喻，需要確認(rèn)的是該判斷邏輯的可用性。該邏輯是否能真實(shí)反映爐內(nèi)燃燒工況？是否能及時(shí)發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)無火并保護(hù)鍋爐？筆者在和鍋爐運(yùn)行、檢修技術(shù)人員探討后，認(rèn)為該邏輯應(yīng)該是可行的，但需要試驗(yàn)證實(shí)。

在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段，對(duì)該保護(hù)邏輯進(jìn)行了詳細(xì)的試驗(yàn)，基本確認(rèn)邏輯可行。機(jī)組投運(yùn)后，經(jīng)過近2年的安全、可靠運(yùn)行，再次對(duì)FSSS的保護(hù)邏輯進(jìn)行了充分的考驗(yàn)，驗(yàn)證了該套邏輯的可用性和可靠性。

3  結(jié)論

    該六角燃燒鍋爐采用DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)FSSS功能后，實(shí)現(xiàn)了程控點(diǎn)火，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了鍋爐啟動(dòng)速度。點(diǎn)火程控設(shè)計(jì)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(diào)試完成后，鍋爐MFT主保護(hù)全部具備可投條件，首次對(duì)六角噴燃的爐膛實(shí)現(xiàn)失去全部火焰保護(hù)，為設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行又提供了一道保障。

    試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，該機(jī)組FSSS系統(tǒng)的改造是成功的，并為以后的改造提供了經(jīng)驗(yàn)和樣本。