FSSS讲义

编号：

利港电厂4x600MW机组DCS

FSSS系统逻辑功能讲义

作者：刘 军

目录

第一章 炉膛安全监控系统概述m

第一节FSSS 系统的主要功能m

第二节 形成炉膛爆燃的原因和防止措施

第二章 FSSS功能组成

第一节泄漏试验

第二节炉膛吹扫

第三节燃料安全灭火(MFT 及OFT)

第四节油燃烧器管理

第五节制粉系统的管理

第二章 杂项

第一章 炉膛安全监控系统概述

炉膛安全监控系统 (Furnace Safeguard Supervisory System), 简称 FSSS, 是现代大型火电机组必须具备的一种监控系统,其主要功能之一是实现炉膛安全监控。它能在锅炉正常工作和启停等各种运行方式下,连续、密切地监视燃烧系统的大量参数和状态,不断地进行逻辑判断和运算,必要时发出动作指令,使燃烧系统中的有关设备按照既定的、合理的程序完成必要的动作 , 以保证锅炉燃烧系统的安全。有些控制系统厂家也称之为燃烧器管理系统（Burner Management System）,简称BMS。实际上它是把燃烧系统的安全运行规程用一个逻辑控制系统来实现。采用FSSS系统不仅能完成各种操作和保护动作,还能避免运行人员在手动操作时的误操作,并能及时执行手操来不及的快速动作,如紧急切断和跳闸等。

第一节FSSS 系统的主要功能

FSSS 系统的主要功能由四部分构成 :

一 , 安全监控功能。对炉膛火焰、炉膛负压、分离器水位、省煤器进口流量等参数及有关设 备的状态进行连续的监控 , 在有危及锅炉安全的状态 , 例如锅炉熄火、分离器水位过高、炉膛压力过高或过低、两台送风机全部跳或两台引风机全部跳等状态出现时 , 使主燃料跳闸 (Main Fuel Trip)，简称 MFT, 及燃油跳闸 (Oil Fuel Trip), 简称 OFT, 以及使相关设备跳闸 , 如磨煤机跳闸, 快速切断进入炉膛的燃料 , 以防止爆炸性燃料和空气混合物在锅炉的任何部分的积聚,确保锅炉的安全;无论什么时候, 当锅炉有关设备安全遭受危险时,运行人员都可直接启动MFT，而不需由FSSS联锁逻辑来启动跳闸。

二 , 炉膛吹扫。在锅炉点火前或停炉后, 用合适的风量 , 扫清炉膛及烟道中可能积聚的可燃物质,以避免锅炉爆燃或爆炸事故的发生。一般采用30%的额定风量, 吹扫5分钟。进行吹扫时 , 必须满足规定的吹扫许可条件, 如油母管跳闸阀关闭、所有的一次风机停运、所有的油枪油阀关闭、所有的磨煤机停运、所有的给煤机停运、炉膛无火焰、吹扫通道上所有的挡板打开等。这实际上是对燃料供应设备、火焰检测器指示、风门档板的一次全面检查。当这些条件满足后可启 动5分钟的吹扫 , 这些条件结合起来将能保证有足够的空气流量将可能积聚在炉膛和锅炉任何部分的燃料和空气混合物清除掉。

三 , 燃油及油枪管理。实现燃油泄漏试验、油枪的投入 (点火)与切除等功能。在满足一定的许可条件后 , 油枪才可投入运行,典型的许可条件有： MFT 己复位、燃油压力正常、燃油温度正常等。点火顺序可自动进行 , 点火顺序将包括对油枪油阀、雾化阀、高能点火器等设备的控制

四, 主燃料 (煤粉) 的投入及磨组的管理。实现煤燃烧器的切投, 对于直吹式制粉系统还将实现给煤机、磨煤机等设备的启停管理功能。煤粉的投入必须满足一定的许可条件, 这些条件主要有: 足够的点火能量 , 一次风压正常、润滑油压正常等。

第二节 形成炉膛爆燃的原因和防止措施

一、形成炉膛爆燃的原因

为了更好地理解 FSSS 的设计思想 , 有必要对形成炉膛爆燃的原因进行分析。

1, 炉膛爆燃过程的理论分析

所谓炉膛爆燃指的是在锅炉的炉膛、烟道和通风管道中积存的可燃混合物突然同时被点燃,而使烟气侧的压力急剧升高的现象。炉膛爆燃可造成炉墙结构破坏,这种现象称为外爆。由于烟气侧压力过低, 造成炉膛结构的破坏, 这种现象称为内爆。

在正常工况下, 进入炉膛的燃料立即被点燃 , 燃烧后生成的烟气也随时被排出,炉膛和烟道内没有可燃混合物的积存, 不会发生爆燃。但是如果运行人员操作不当,设备或控制系统设计不合理,或者 设备或控制系统出现故障, 就有可能发生爆燃。从原理上讲, 只有符 合下列三种情况才有可能发生爆燃:

(l)炉膛或烟道内有燃料和助燃空气积存。

(2)积存的燃料和助燃空气混合物是爆炸性的。

(3)具有足够的点火能源。

这三个条件缺少任一个都不可能引起爆燃。所谓爆炸性混合物,也就是可点燃的混合物,在锅炉运行中, 不可能没有可燃混合物,也不可能没有点火能源,因此防止爆燃主要是设法防止可燃混合物在炉 膛或烟道中的积存。

只有燃料和空气按照一定的比例混合时才能形成可燃性混合物,混合物中,所含燃料浓度过大或过小都不能点燃。可燃的混合物中具体的燃料浓度范围随燃料种类的不同而变,而且与温度有关。温度高可燃混合物中燃料浓度的变化范因扩大。图 1-l 给出了天然气和氧混合物的可燃性浓度范围,在20 ℃时可燃浓度范围比在 700 ℃时要小得多。 当炉膛温度较低时

(如冷态锅炉刚刚点火时),一定要有更适当的燃料浓度才能点燃。如果由于没有足够的点火能源或浓度比不当，送入炉膛的燃料未能着火，或者使正在燃烧的火焰中断，燃料和空气混合物就会在炉膛或烟道中积聚，如这种情况延续的时间越长,燃料和空气混合物在炉膛或烟道中积聚得就越多，如这种混合物的浓度在可燃范围内,在遇到点火点火源时就有可能突然点燃,

发生爆燃。当可燃混合物点燃时,火焰的传播速度很快，积存的可燃混合物等于等于同时点燃,

生成大量的高温烟气, 一时来不及从炉膛出口排出,因而使炉膛压力骤增。

2, 导致炉膛内可燃混合物积存的几种危险情况 :

(1), 燃料、空气或点火能量中断 , 造成炉膛内瞬时失去火焰,从而形成可燃物的积聚,而在火焰恢复时将形成爆燃 (打炮)。

(2) , 在多个燃烧器运行时,一个或几个燃烧器突然失去火焰 , 从而积存起可燃的混合物。

(3), 全炉膛熄火。造成可燃的混合物的积聚。

(4), 燃料漏进停用的炉膛。

二、炉膛爆燃的防止

1, 防止炉膛爆燃的原则性措施

前面己经提到,防止炉膛爆燃的最积极的方法是防止可燃混合物的积聚。经验表明大多数炉膛爆燃发生在生火和暖炉期间,在低负荷运行或在停炉过程中也发生过。对于不同的运行情况,应采取不同的防止办法。从原则来看, 为防止爆燃应做到以下几点： (l), 在主燃料进入炉膛与空气混合处,有足够的点火能源。点火火焰要稳定 , 具有一定的能量而且位置恰当,确保能将主燃料点燃。

(2) , 当有未点燃的燃料进入炉膛时, 这段时间应尽可能地缩短,使积存的可燃物的容积占炉膛容积的比例尽量小。

(3), 对于己进入炉膛的可燃混合物应尽用一定的风量吹扫 , 快速冲淡 , 使之不在可燃范围 , 并由吹扫风量排出炉膛。

2, 生火暖炉时的防爆

生火期间炉膛温度较低,这时还没有预热空气,这期间要启动的设备和进行的操作很多,

很容易发生误操作。

点火器的火焰是炉膛的第一个火焰,在点燃点火器之前,应保证炉膛与烟道内没有积存的可燃混合物,因此生火前应用空气吹扫炉膛和烟道,将任何积存的燃料吹扫出去, 同时还要防止有燃料流入炉膛和烟道。为了达到吹扫目的,吹扫时要有一定的换气量和一定的空气流速,

一般要求换气量不少于炉膛容积四倍的空气量, 而空气流量不小于额定负荷时空气流量的

25%, 以免被吹起的燃料再沉积下来。

点火暖炉期间的燃烧器数应尽可能少,使每只燃烧器的燃烧率不致太低,这样有利于火验稳定。但是为使炉膛均匀加热,也应有足够的燃烧器在工作, 使整个炉膛截面充满火焰。

点火时最危险的情况是点火器己点着,但能量过小,不足以把主燃烧器点燃而火焰检测器又检测到了火焰 ( 点火器火焰 ), 而实际上主燃烧器并未点燃。一个能量不大的点火器也可能点燃主燃烧器 , 但点火延迟时间若过长的话,在这段时间送入的未点燃的燃料就可能积存下来,可能引起爆燃。可见点火器的能量和位置应特别注意,应尽量缩短主燃烧器的试点时间。一般认为在10秒钟内未点燃就应切断燃料,重新吹扫。

燃用煤粉的锅炉在点火初期常有压力跳动,这种压力跳动实际上是小能量的爆燃,实测发现, 炉膛压力跳动同送入磨煤机的煤量有关, 增大给煤机的给煤量将使送入炉膛的煤粉量增大 , 使点火时的放热量增大,短时间内炉膛压力会升高；增大送入磨煤机的空气量也会使送入炉膛的粉量增大, 会有短时间内的压力升高。因此为了点火工况的稳定,避免炉膛压力出现大幅跳动,最初送入燃烧器的燃料量及空气量应由小逐渐变大,这在燃烧气体或液体燃料时是容易做到的, 但对于燃用煤粉的锅炉,由于空气 / 煤粉混合物的流量过低时会引起煤粉在煤粉管道中积存,为防止煤粉积存,可增加送粉空气量, 但又会使煤粉浓度过低, 影响着火,

因此点火初期,要求在保证一定气粉混合物浓度和流量的前提下, 使给煤量和进风量由小逐渐增大。

3, 火焰中断时的防爆

如油燃烧器，无论在什么情况下,如果燃烧器的火焰熄灭,就应立即切断燃料,否则进入的燃料将积存在炉膛中,这段时间越长,进入的燃料就越多,可能形成严重爆燃。煤层当同时失去两个角火焰时，立即磨跳闸，切断燃料；如全部火焰熄灭,应立即切断全部燃料。

此外, 还应看到在火焰熄灭后 , 只将燃料切断是不够的, 因为还有其他无法控制的因素使燃料继续进入炉膛,例如, 油枪在燃料关断阀门与燃烧器之间有一段管段,燃料阀关断后,这段管段中积存的燃料仍然可能进入炉膛。因此在设计时应使燃料阀与与燃烧器之间的管道尽 可能地短些。在切断燃料后, 应尽快进行吹扫σ