淺談爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)在火電廠的應(yīng)用

楊坤

摘 ? 要：在當(dāng)前火電廠運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)作為大型火電機(jī)組最為核心的系統(tǒng)之一，其主要作用為監(jiān)測(cè)和保護(hù)鍋爐運(yùn)行安全。近年來(lái)我國(guó)機(jī)組單機(jī)容量不斷增加，在鍋爐容量不斷加大的情況下，控制的設(shè)備類型和操作過(guò)程更具復(fù)雜性，電廠生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中影響安全的因素也越來(lái)越多，在此情況下，火電廠需要重視爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，以此來(lái)保證發(fā)電機(jī)組鍋爐的安全、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。

關(guān)鍵詞：火電廠 ?爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng) ?鍋爐吹掃 ?火焰檢測(cè) ?主燃料跳閘

中圖分類號(hào)：TP29 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（a）-0202-02

在現(xiàn)代火電廠大型鍋爐中，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)作為不可或缺的重要組成部分。由于火電廠鍋爐運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，為了保證鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性，在鍋爐啟停及正常運(yùn)行狀態(tài)下，爐膛安全系統(tǒng)針對(duì)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行邏輯判斷和運(yùn)算，以此來(lái)保證燃燒系統(tǒng)中各設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，有效的防范各種安全事故的發(fā)生。

1 ?爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)述

爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)稱為FSSS，其具備燃燒器管理和燃燒安全聯(lián)鎖功能，主要是針對(duì)鍋爐運(yùn)行、啟停等狀態(tài)下對(duì)燃燒系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視及邏輯判斷、運(yùn)算，確保燃燒設(shè)備中相關(guān)設(shè)備能夠按照合理程序來(lái)完成具體的操作，保證鍋爐爐膛及燃燒器系統(tǒng)運(yùn)行的安全，有效的防范鍋爐爐膛爆炸事故發(fā)生。作為火力發(fā)電廠重要的自動(dòng)化設(shè)備，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)主要由操作顯示、輸入和輸出接口、檢測(cè)元件、驅(qū)動(dòng)裝置及邏輯控制部分共同組成。其中顯示設(shè)備是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的重要聯(lián)絡(luò)工具，通過(guò)輸入接口實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換，控制信號(hào)的功率轉(zhuǎn)換則由輸出接口來(lái)完成。檢測(cè)元件主要是針對(duì)爐內(nèi)燃燒情況和燃燒空氣系統(tǒng)狀態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，具體的檢測(cè)元件包括壓力開(kāi)關(guān)、溫度開(kāi)關(guān)、流量開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)和火焰檢測(cè)器等。驅(qū)動(dòng)裝置主要是針對(duì)爐膛的燃料和空氣進(jìn)行控制和隔離，以閥門(mén)電動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置為主。邏輯控制部分作為爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的核心所在，具備完成邏輯綜合、判斷和運(yùn)算等功能。即現(xiàn)場(chǎng)所有人選將為、運(yùn)行狀態(tài)及被控對(duì)象狀態(tài)等都需要由邏輯控制來(lái)進(jìn)行具體驗(yàn)證，在滿足相應(yīng)條件下才能送到驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的有效控制。

2 ?爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)在火電廠中的應(yīng)用

2.1 鍋爐吹掃

火電廠在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，鍋爐停爐后及點(diǎn)火前，需要連續(xù)一定的時(shí)間來(lái)對(duì)爐膛進(jìn)行吹掃，確保鍋爐爐膛內(nèi)部、空預(yù)器及省煤器內(nèi)積極的可燃物能夠被吹掃干凈，在實(shí)際吹掃時(shí)，需要將爐膛的煤粉及燃油切斷，并維持相應(yīng)的風(fēng)量，通常情況下將吹掃時(shí)間設(shè)定為5min。在實(shí)際吹掃計(jì)時(shí)時(shí)期內(nèi)，對(duì)于吹掃條件中有任何一條達(dá)不到要求時(shí)，則系統(tǒng)會(huì)邏輯判斷吹掃失敗，則會(huì)再次重新倒計(jì)時(shí)進(jìn)行吹掃。

2.2 鍋爐點(diǎn)火

當(dāng)完成爐膛吹掃工作后，主燃料跳閘復(fù)位，當(dāng)爐膛點(diǎn)火先決條件滿足的情況下，則可以進(jìn)行點(diǎn)火。通常情況下火電廠鍋爐點(diǎn)火條件具體包括：鍋爐跳閘信號(hào)解除、燃油跳閘閥打開(kāi)、燃油壓力正常、燃油溫度正常、霧化蒸汽壓力正常、火焰檢測(cè)器冷卻風(fēng)系統(tǒng)壓力正常、燃燒器在水平位置、空氣量小于40%（且大于30%）。當(dāng)允許點(diǎn)火信號(hào)發(fā)出后，鍋爐進(jìn)入到正式點(diǎn)火狀態(tài)，這種情況下?tīng)t膛安全監(jiān)控系統(tǒng)則開(kāi)始點(diǎn)火控制。

2.3 火焰檢測(cè)

在火焰檢測(cè)中，利用火焰檢測(cè)裝置根據(jù)火焰信號(hào)特性來(lái)完成火焰檢測(cè)工作。具體可以將火焰信號(hào)分為強(qiáng)度信號(hào)和頻率信號(hào)，這其中火焰亮度通過(guò)強(qiáng)度信號(hào)來(lái)體現(xiàn)，火焰閃動(dòng)則利用頻率信號(hào)來(lái)表面。在具體處理強(qiáng)度信號(hào)時(shí)，只需要比較實(shí)時(shí)火焰強(qiáng)度與強(qiáng)度閾值，火焰強(qiáng)度高于強(qiáng)度閾值時(shí)，則表明火焰強(qiáng)度條件成立。當(dāng)鍋爐為四角布置及切圓燒燒時(shí)，檢測(cè)器也要四角布量，通常是一個(gè)角布置一只。一般在監(jiān)視爐膛火焰時(shí)都以層為單位，由4個(gè)檢測(cè)器來(lái)接受火焰信號(hào)，只需要兩個(gè)檢測(cè)器顯示有火焰，即輸出本層有火焰的座號(hào)。當(dāng)4個(gè)檢測(cè)器有故障出現(xiàn)時(shí)，則會(huì)發(fā)出故障信號(hào)，進(jìn)行聲光報(bào)警，閉鎖層火焰信號(hào)。

火焰脈動(dòng)頻率與燃料有直接的關(guān)系，燃料固有特性決定了不同燃料燃燒時(shí)火焰脈動(dòng)頻率的差異。因此在多種燃料共同燃料時(shí)可以對(duì)各種燃料的燃燒狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。如在爐膛內(nèi)當(dāng)煤粉與油同時(shí)燃燒狀態(tài)下，在對(duì)油槍火焰鑒別時(shí)，利用檢測(cè)器探頭對(duì)準(zhǔn)油槍火焰，雖然也會(huì)攝取到爐膛背景火焰，但使用高通濾波器則可以濾出煤火焰的低頻分量，這時(shí)得到的信號(hào)即為油火焰信號(hào)。同時(shí)在頻率檢測(cè)回路中，當(dāng)交流電壓信號(hào)進(jìn)入后，利用半波整流將其變成零基方法信號(hào)，并送入到高通濾波器中，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)對(duì)頻率調(diào)定值進(jìn)行確定，使油火焰電平信號(hào)頻率分量通過(guò)，以此來(lái)完成油槍火焰狀態(tài)和背景火焰狀態(tài)的區(qū)別。

在強(qiáng)度檢測(cè)中主要是檢測(cè)火焰直流分量，火焰直流分量越大則表明火焰強(qiáng)度越高，具體檢測(cè)火焰直流分量時(shí)會(huì)通過(guò)強(qiáng)度檢測(cè)電路來(lái)進(jìn)行，設(shè)定強(qiáng)度檢測(cè)電路信號(hào)強(qiáng)度設(shè)定值的上限和下限，具體設(shè)定值需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行確定。另外，還可以將強(qiáng)度信號(hào)作為模擬量顯示信號(hào)，以此來(lái)指示火焰強(qiáng)度。為了能夠提高對(duì)火炬的識(shí)別，需要對(duì)頻率信號(hào)進(jìn)行分析。由于火焰檢測(cè)器能夠提供增益調(diào)整方式，同時(shí)還具備頻段選擇功能，通過(guò)選擇不同頻率來(lái)與火焰識(shí)別的需要相適應(yīng)。通過(guò)將頻段選擇與增益設(shè)定值進(jìn)行配合，從而獲得較好的識(shí)別效果。另外，頻段靠近還具備自動(dòng)頻段，具體需要由信號(hào)處理器根據(jù)頻率信號(hào)的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)頻段的自動(dòng)調(diào)整。

2.4 主燃料跳閘保護(hù)

在主燃料跳閘時(shí)，主要是通過(guò)熱控邏輯來(lái)對(duì)燃料和爐膛情況進(jìn)行監(jiān)視，并發(fā)送跳閘信號(hào)，實(shí)現(xiàn)燃料的切斷。具體需要根據(jù)哪個(gè)條件超過(guò)了定值則會(huì)切斷哪個(gè)燃料，跳閘后會(huì)對(duì)跳閘原因進(jìn)行指示，為操作人員能夠正常判斷并采取有效的補(bǔ)救措施。一旦當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或是主要運(yùn)行參數(shù)異常時(shí)則會(huì)引發(fā)主燃料跳閘保護(hù)，有效的防止設(shè)備出現(xiàn)損壞。在實(shí)際主燃料跳閘保護(hù)條件出現(xiàn)時(shí)，MFT軟件會(huì)發(fā)送相應(yīng)信號(hào)來(lái)停掉相關(guān)設(shè)備，同時(shí)繼電器也會(huì)向這些設(shè)備送出一個(gè)硬接線信號(hào)，確保設(shè)備停掉，這處通過(guò)軟硬件互相冗余的設(shè)計(jì)，有效的提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性，為鍋爐的安全運(yùn)行提供了重要保障。

2.5 防止FSSS拒動(dòng)、誤動(dòng)

目前火力電廠發(fā)電機(jī)組中分散控制系統(tǒng)應(yīng)用十分廣泛，基于其分散控制、分散危險(xiǎn)及集中操作管理的設(shè)計(jì)理念，將分散控制系統(tǒng)有效的融入到爐膛監(jiān)控安全系統(tǒng)中來(lái)，有效的提高爐膛監(jiān)控安全系統(tǒng)的可靠性。但在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，還存在許多因素導(dǎo)致?tīng)t膛監(jiān)控安全系統(tǒng)出現(xiàn)拒動(dòng)或是誤動(dòng)，因此需要采取有效措施來(lái)減少誤動(dòng)發(fā)生和拒動(dòng)發(fā)生的可能性，全面提高爐膛監(jiān)控安全系統(tǒng)的可靠性。

2.5.1 保持良好的外部環(huán)境條件

在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，需要基于分散控制系統(tǒng)運(yùn)行檢修的規(guī)范要求，確保其具備良好的密封性，外部環(huán)境溫度和濕度要與要求相符，同時(shí)還要對(duì)機(jī)柜濾網(wǎng)進(jìn)行定期清洗和更換，及時(shí)對(duì)電纜空洞進(jìn)行封堵，使外部環(huán)境能夠滿足防塵要求。

2.5.2 加強(qiáng)FSSS運(yùn)行維護(hù)管理

對(duì)于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)，可以將其所有設(shè)備的作業(yè)來(lái)整體來(lái)進(jìn)行管控。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，需要定期檢查清理火焰探頭，定期吹掃爐膛負(fù)壓取樣管路，定期統(tǒng)計(jì)分析爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)中DCS卡件投運(yùn)情況，適時(shí)根據(jù)長(zhǎng)周期運(yùn)行模件的重要程度進(jìn)行更換，同時(shí)還要定期對(duì)電源回路、控制回路等進(jìn)行檢查，確保接線螺絲、現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)線、電源熔斷器、DI通道熔斷器及冗余系統(tǒng)等都處于良好的狀態(tài)下運(yùn)行。在維修期間需要針對(duì)冗余設(shè)備開(kāi)展切換試驗(yàn)，保證備用設(shè)備處于良好的狀態(tài)。

2.5.3 不得擅自取消、退出爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)或改動(dòng)保護(hù)定值

針對(duì)于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)，需要做好定期檢查、檢驗(yàn)和維護(hù)工作，嚴(yán)格遵照具體的制度開(kāi)展各項(xiàng)工作。一旦爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障，則需要迅速對(duì)其進(jìn)行處理，對(duì)于鍋爐內(nèi)一些重要保護(hù)裝置在實(shí)際機(jī)組運(yùn)行中嚴(yán)禁隨意通出，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)被迫退出時(shí)，需要制定可靠的安全保障措施，并在8h內(nèi)要確保其恢復(fù)正常運(yùn)行。由于爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)以分散控制系統(tǒng)作為主體，整個(gè)系統(tǒng)較為復(fù)雜，故障具有較大的離散性，因此從DCS系統(tǒng)硬、軟件，到測(cè)量元件、電纜、及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以及外部環(huán)境，還有人為的因素，系統(tǒng)中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，均會(huì)導(dǎo)致?tīng)t膛監(jiān)控安全系統(tǒng)部分功能失效或引發(fā)系統(tǒng)故障、鍋爐滅火甚至機(jī)組跳閘。而拒動(dòng)更危險(xiǎn)，可能造成人身傷害、損壞主設(shè)備損壞。因此必須從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”各方面加強(qiáng)對(duì)爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)及其熱控設(shè)備的全方位管理，以防止拒動(dòng)、減少誤動(dòng)。

3 ?結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代火電廠中，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于電廠安全運(yùn)行具有極為重要的作用。由于當(dāng)前火電廠運(yùn)行情況十分復(fù)雜，存在過(guò)多的運(yùn)行參數(shù)，因此利用爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)可以針對(duì)鍋爐啟動(dòng)、運(yùn)行和停止等各種狀態(tài)下燃燒系統(tǒng)進(jìn)行邏輯判斷和邏輯運(yùn)算，以此來(lái)保證燃燒系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，避免各類安全事故發(fā)生。而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)必將會(huì)越加完善，其在火力發(fā)電廠中也會(huì)發(fā)揮更為重要的作用，打造一個(gè)更為安全的環(huán)境，為火力發(fā)電廠安全、穩(wěn)定的運(yùn)營(yíng)奠定良好的基礎(chǔ)。

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