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1  引言

    爐膛安全監視系統（Furnace Safety Supervisory System, 簡稱為FSSS）是大型煤粉鍋爐自動化監控系統的重要組成部分，對保證鍋爐的安全、經濟運行發揮著重要作用。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明顯的區別。

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、對沖燃燒和“W”型火焰燃燒。本文通過討論某100MW機組煤粉鍋爐FSSS功能在DCS平臺上的實現，來探討六角切園燃燒煤粉爐FSSS功能設計，著重論述全爐膛滅火邏輯。

2  系統實現的功能

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）的一個子系統，主要實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，分二個油層、三個煤層。DCS系統控制12支油槍、6支點火槍，實現爐膛吹掃、點火程控、油槍的順序投/切功能。FSSS現場設備包括18套IDD-Ⅱ火檢、火檢柜1個、就地點火柜6個、就地火檢探頭接線盒6個、火檢冷卻風機2臺、壓力開關2只。就地點火設備包括點火槍及其推進裝置6套、油槍及推進裝置12套、油角閥12個、高能點火器6個、燃油總閥1個、電磁流量計1個。

        FSSS上層控制系統采用北京和利時系統工程股份有限公司的MACS分散控制系統實現。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站完成點火系統的兩級自動控制和保護功能，＃13站實現對制粉系統的控制、調節和保護。

    高一級的自動化水平是整個點火過程和保護全部按程序自動進行，即從運行人員啟動吹掃后到點燃一個預先選定的燃燒器組實現自動化。次一級的自動化水平設計使運行人員能按分階段順序控制方式啟動燃燒。例如：先啟動爐膛吹掃程序，然后進行油系統的泄露試驗，再啟動油槍點火程序等等。點火系統保留就地手動操作方式，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實現互連，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系統實現的功能包括：火焰監視、程控點火、程控爐膛吹掃、油泄漏試驗、冷卻風機控制、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的開關量信號，還為每路火檢提供一個狀態信號，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行按如圖2所示邏輯處理。

    在油角火檢狀態OK，且該油角火檢有火的情況下，經油角閥開或者本角給煤機已運行狀態確認后，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OK外，只需要相應角給煤機的信號證實即可，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、失去全部火焰、手動MFT、失去全部燃料、兩臺送風機全停、兩臺引風機全停、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、發電機主保護跳閘。MFT后的系統響應有：

    •  推出滅火保護畫面；

    •  指出跳閘第一原因；

    •  閉鎖從動跳閘條件；

    •  進行聯鎖和順控動作；

    •  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行四取三邏輯判斷，即該層四個火檢探頭中有三個無火，即認為該層火焰失去，如果各煤層和油層都判斷無火，則觸發失去全部火焰信號，MFT動作。

    對六角噴燃的鍋爐來說，無論是煤層還是油層，都存在每層6個探頭的問題，傳統的四取三邏輯無法應用。經過反復的分析論證，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角為單位，每個角有三個火檢探頭，這三個火焰信號經三取二邏輯輸出，如果三個信號中有兩個及以上信號顯示無火，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。如果六個角火焰信號三取二后均顯示無火，此時給粉證實信號也存在，則觸發失去全部火焰信號，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雜問題，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域有扎實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。該邏輯是否能真實反映爐內燃燒工況？是否能及時發現爐內無火并保護鍋爐？筆者在和鍋爐運行、檢修技術人員探討后，認為該邏輯應該是可行的，但需要試驗證實。

在現場調試階段，對該保護邏輯進行了詳細的試驗，基本確認邏輯可行。機組投運后，經過近2年的安全、可靠運行，再次對FSSS的保護邏輯進行了充分的考驗，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系統實現FSSS功能后，實現了程控點火，減輕了運行人員的勞動強度，提高了鍋爐啟動速度。點火程控設計有點火不成功自動退出油槍關閉油角閥的功能，從而提高了點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驗和樣本。