炉膛安全监控系统在2OOMW机组中的应用

锅炉燃烧的基本要求是建立和保持稳定的燃烧火焰[1]。由于操作不当、燃料质量差、送引风系统异常等因素、使炉膛内燃烧不稳，很容易造成灭火，这时应快速切除燃料以免发生锅炉爆炸的恶性事故。炉膛安全监控系统（FSSS）就是执行相关保护功能的机构，是火力发电机组zui重要的保护装置之一。

一、设备概况及改造原因

镇海发电有限责任公司装有2台125MW燃油机组，4台2OOMW燃煤机组。4台2OOMW机组均配置东方锅炉厂制造的超高压一次中间再热、DG670/14n-8型自然循环汽包式锅炉。自1999年以来公司每年完成1台机组的分散控制系统（DCS）改造，到2003年4台2OOMW机组已全部改造完毕。改造后的DCS采用了北京和利时公司的分散控制系统—MACSM。

改造前，机组的FSSS采用阿城继电器厂的MHB-2型火检器，它在控制室中检屏和逻辑屏，火检屏对炉膛中的探头上所取得的电信号进行处理，然后送入逻辑屏，由逻辑屏中的C200H可编程控制器及模入/模出板、数字量输入/输出板完成控制逻辑，zui后由多个中间继电器来输出各种控制指令。由于设备元件老化，插件接触不良，频率检测板故障较多，造成灭火保护火检系统可靠性不高，多次出现火焰信号误发或不发现象，影响机组正常运行。因此，公司决定在机组进行DCS改造期间对FSSS进行改造，并将其纳入DCS。

为确保火焰检测的可靠性，将火焰检测处理器改为哈尔滨中能自动化设备的多CPU智能火焰检测器，型号为ZHJZ-Vl。同时，为提高设备的自动化水平，减少运行人员的劳动强度，系统增加了点火程控功能。取消逻辑屏，逻辑控制器采用与DCS相同的控制设备（北京和利时公司MACS系统），以独立的22号I/O站进入DCS，由DCS提供的组态软件进行组态以实现FSSS的控制策略。

二、FSSS实现的功能及组态说明

2.1炉膛吹扫联锁

为防止炉膛内聚集可燃性物体，锅炉在点火启动前或主燃料跳闸后，需进行自动吹扫。

吹扫必备的条件有:（1）至少1台送风机运行；（2）至少1台引风机运行;（3）给粉机全停;（4）甲、乙排粉机跳闸;（5）轻油截止阀关闭;（6）炉膛风量＞30%满负荷风量;（7）炉膛检测无火焰信号（每层均3/4无火）;（8）无锅炉跳闸指令；（9）油角阀均关；（10）冷却风机风压正常;（11）油系统泄漏试验完成或泄漏试验旁路;（12）二次风门全开。

满足以上所有条件时，按下吹扫按钮即可开始吹扫，5min吹扫完成后自动解除MFT闭锁，允许点火启动，否则将闭锁一切燃料进入炉膛。吹扫过程中，上述任一吹扫条件不能满足时，吹扫立即中断，重新满足后，再进行5min吹扫，直到完成一次成功的吹扫。

2.2全炉膛火焰监视

由火焰检测器采集炉膛各煤层和油层各个角的火焰信号，并转化为数字信号进入DCS22号I/O站。经过DCS组态实现以下逻辑：每层4个角有2个角有火则认为此层有火，每层4个角有3个角无火则认为此层无火；煤层和油层各个角的火焰信号经各层相应的给粉机运行或角油枪运行信号证实，才能认为此层此角投运。

2.3主燃料跳闸（MFT）联锁

在灭火保护总开关投入的状态下，当下列任一条件满足（且该分联锁开关投）时，即发生MFT：

（1）3个炉膛负压测点有2个测点测得的压力高于1471Pa;

（2）3个炉膛负压测点有2个测点测得的压力低于-1471Pa，且炉压低分联锁开关投入时;

（3）全炉膛失去火焰，并经任意层2台或2台以上给粉机运行信号证实;

（4）甲、乙引风机均跳闸或全停（延时3s）;

（5）甲、乙送风机均跳闸或全停（延时3s）;

（6）所有给粉机全停或给粉电源中断（延时1.9s）;

（7）采用手动MFT时；

（8）主汽门关闭;

（9）燃烧器所有一次风门关闭时;

（10）3个汽包水位信号中有2个高于+30Omm或低于-25Omm时延时1Os;

（11）空预器全停。

按操作员站CRT画面中的灭火保护总投入开关后，弹出以上每个条件的保护分联锁软开关，根据机组运行情况选择分联锁软开关的投切，zui后投入总开关。

MFT动作的结果有:（1）轻油截止阀自动关闭;（2）甲、乙给粉机总电源跳闸;（3）甲、乙排粉机跳闸;（4）磨煤机进口热风门自动关闭，冷风门自动开;（5）所有一次风分门自动关闭;（6）过热器减温水总电动门自动关闭;（7）机组通过协调系统自动减负荷至5MW;（8）再热器减温水总电动门自动关闭;（9）甲、乙一次风箱总门自动关闭;（10）所有二次风门自动开启。

2.4MFT首出原因的组态逻辑及记忆

当发生MFT后，DCS会在画面上显示引起MFT的首出原因并保持，直至按复归按钮为止。以下这些首出原因都为DCS中间量点。

（1）全炉膛灭火在有任意一层2台给粉机投运信号证实的情况下，当4层粉层及2层油层均3/4无火时，发出全炉膛灭火信号，MFT动作。

（2）失燃料。在任一粉层有2台以上给粉机运行或油层任一角有火焰信号的情况下，同时发生给粉机全停且燃料截止阀全关（或油角阀全关）时，FSSS发出失燃料信号，延时1.9s后MFT动作。

（3）炉膛压力高或炉膛压力低。当炉膛压力高于1471Pa时，就地负压开关动作，发出炉膛压力高信号，就地有3个测点（分别为炉膛压力高1、2、3）;当炉膛压力低于-1471Pa时，就地负压开关动作分别为炉膛压力低1、2、3。发出炉膛压力低信号，负压信号作为DI点进入DCS，经过三取二逻辑，产生炉膛压力高、低信号去动作MFT。

（4）甲、乙引风机全停。甲、乙引风机分闸的反馈信号作为DI点进入DCS，两者相与产生引风机全停信号，延时3s去MFT。

（5）甲、乙送风机全停。组态同引风机。

（6）汽包水位保护。汽包水位保护的实现，必须以投入汽包事故放水门联锁为前提。当汽包水位测量变送器测量值高于+30Omm时，发出汽包水位高Ⅲ值信号。当测量值低于-5Omm时，发出汽包水位低Ⅲ值信号。汽包水位测量变送器信号进行三取二运算，增加了测量信号好坏的判断逻辑。设定3个测量信号值之间的允许偏差，当偏差超出此范围时判定与其他2个信号偏差大的信号无效。3个信号间的偏差都超出范围时，判定当前测量信号无效，输出保持前一次正常的测量值，并发出声光报警。

（7）主汽门关闭。由汽机本体保护ETS柜来的主汽门关闭信号进入DCS，直接引起MFT动作。

（8）所有一次风门关闭。当所有燃烧器一次风门关闭的反馈信号进入DCS，直接引起MFT动作。

（9）空预器全停。锅炉大联锁投入时，当甲、乙侧空预器主、辅电机开关均为分闸的情况下，发出空预器全停信号，并且MFT动作。

（10）手动MFT。机组运行中需人为停炉时，可同时按下控制台上的2个"手动停炉"按钮，即可发生MFT，实现安全停炉。

2.5点火程控功能

炉膛每个角配置1个就地控制柜，每个角上的2层油枪推进器、点火器的控制都可在就地柜上实现，当就地控制柜上手动/自动开关在自动位置时，可通过DCS在集控室进行点火程控操作。在手动位置时，可就地进行手动点火操作。

油枪程控包括油系统母管控制和点火程控。油母管控制即是对油截止阀控制，油枪程控即是按照预定的程序对油枪、点火枪进行控制。

油枪启动条件为:（1）无MFT;（2）燃油压力正常;（3）火检冷却风压正常;（4）截止阀已开。

油枪采用单角控制方式，当点火条件具备时，运行人员启动油枪，点火系统自动投入。在启动试验周期中只要油火检检测到有火信号时，油枪继续运行;但当油火检未检测到有火时，系统将立即自动关闭喷油阀，并将油枪退出运行。当停止油角运行时，如果有邻层火焰支持或本角火焰支持则油枪经过清扫程序，否则直接关闭阀门跳过清扫程序。当有油枪运行时，如果燃油压力过低，系统将自动关闭燃油截止阀并将油枪自动退出。如果发生角油火检未检测到有火信号，燃油跳闸关闭或者MFT动作，则自动关闭燃油角阀并将油枪自动退出。

三、改造中采用的技术措施

（1）在MFT逻辑中，送风机或引风机在全停后增设3s延时，因此在切换送风机或引风机时可有效地防止误跳闸。

（2）由于探头电缆处于锅炉燃烧器旁，环境温度较高，易造成电缆绝缘烧损，为此使用高温电缆。

（3）因为把FSSS纳入了DCS，所以取消了原有的各种插件及中间继电器，直接从DCS的I/O站输出控制信号（数字量输出DO点），减少了许多中间环节，降低了故障率。

（4）DCS采用北京和利时公司的MACS，它的组态工具为全汉化软件，可提供SFC（顺序流程图）、FBD（功能块图）、LD（梯形图）、ST（结构文本）等方式进行控制组态，为用户提供了一个灵活、方便、全面的工程平台，可实现用户的各种控制算法，使用户修改逻辑非常方便，只需修改程序软件即可实现，无须更换硬件回路。

（5）实现点火程控后，不仅减轻了运行人员的劳动强度，而且降低了点火枪、油枪的损坏率。

四、应用及改进情况

DCS改造完成后，各机组的FSSS均能顺利投入闭环运行。2002午6月，5号机组汽轮机大轴发生了水冲击事件:当时5号机组发生MFT后不久，运行人员迅速点火，增加汽轮机调门开度，欲使机组重新增加负荷，由于燃料量的增加速度未及时跟上，结果主蒸汽中温度下降（低于460℃），含有水汽;另外，当时汽轮机内缸温度也较低，造成对大轴的水冲击，导致大轴振动、轴向位移大停机，迫使机组提前进入中修。

由此事件，镇海发电产生了在MFT联锁的基础上增加低温保护的设想，以防类似事件的再次发生。首先在5号机组停机时完成组态及部分接线工作，再经过试验、检查，于2003年2月投入闭环运行。

低温保护实现的功能为:在灭火保护开关投入的情况下，发生MFT后的3Omin内，如果甲、乙任意一侧的主汽温度或再热汽温度低于460℃时，则低汽温保护动作，使事故停机电磁阀动作，关闭高、中压自动主汽门，并发出声光报警信号。通过5号机组的应用，证实投入低汽温保护是可行的，因而公司在另外各台机组的停机期间相继增加了低汽温保护，并投入运行。由此可见，通过改造纳入DCS,FSSS的控制功能的拓展修改非常方便，且FSSS的可靠性比以往有了较大提高，至今没有发生拒动、误动现象;点火程控的投运减轻了运行人员的劳动强度;通过DCS的逻辑算法组态来实现其控制功能，不但减少了各种插件、中间继电器及控制电缆，而且减少了设备的故障率。