锅炉安全监控系统FSSS概述与应用

锅炉在正常启停和运行过程中，通过热工监测和自动调节等手段，使各个系统的运行参数维持在规定值或按一定规律变化。然而由于煤种变化、设备故障、运行人员操作不当或汽轮机突然甩负荷等原因，往往会造成运行参数超过规定的限值，甚至发生设备或人身事故。热工保护的任务就在于当某台设备或系统运行工况不正常时，如主蒸汽压力过高、汽包水位过高或过低等情况发生时，及时采取措施，防止事故的发生和扩大，便于设备尽快恢复正常运行。早期锅炉容量较小，锅炉发生的人身和设备事故也较少，用于锅炉安全保护的装置也很简单。随着锅炉容量的增加，设备日益复杂，要监控的项目很多，一旦出现问题，运行人员很难反应过来，特别是在启停过程中操作十分频繁，即使最熟练的运行人员也难免会发生误操作。因此对于大容量的锅炉必须具备一个周密可靠的安全监控系统，以确保锅炉安全运行，锅炉安全监控系统FSSS就应运而生。本节主要介绍FSSS的主要功能、系统组成，及涉及锅炉安全运行的几项重要保护功能。

一、炉膛安全监控系统FSSS

（一）FSSS的主要功能

炉膛安全监控系统简称为FSSS（FurnacesSafeguardSupervisorySystem），也称燃烧器管理系统，简称为BMS（BurnerManagementSystem）。它是现代大型火电机组必须具备的一种监控系统，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与状态，不断地进行逻辑判断和运算，必要时发出动作指令，通过种种连锁装置，使燃烧设备中的有关部件严格按照既定的合理程序完成必要的操作或处理未遂性事故，以保证锅炉燃烧系统的安全。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实现。采用了FSSS系统不仅能自动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动作，并能及时执行手动操作来不及的快动作。

FSSS系统的主要任务是保护，不实现调节功能，它不直接参与调节燃烧量、风量和水等，但是它能行使超越运行人员和过程控制系统的作用，可靠地保证锅炉安全运行。它具有独立的保护测点，如压力开关、流量开关等，直接通过逻辑，动作锅炉的保护装置，如切断燃料，发出MFT，MBT等。FSSS的安全连锁功能的等级是最高的。

FSSS系统的具体安全连锁条件要根据各个机组的燃烧系统物理特性和燃料种类决定。对于大部分大型燃煤机组来说，FSSS系统一般均包含下述主要安全功能。

1.炉膛点火前的清扫

点火前清扫的目的是为了在启动前把炉膛及烟道内积聚的没有燃烧的燃料和气体清除掉，以防锅炉爆燃。为此要有一个合适的风量并通过一定的时间，一般采用全负荷的30%风量，吹扫时间是5min。进行吹扫必须满足规定的清扫许可条件，如所有制粉系统和送粉系统停运，热风门全关，所有油阀全关，至少有一对送引风机在运行、至少一台空气预热器运行，二次风及辅助风挡板在调节位置，汽包水位正常，火焰监测器指示“无火焰”等。这也是对火焰监测系统和燃烧设备的一次全面检查。当满足所有许可条件时，炉膛吹扫5min，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。

2.暖炉油点火

当吹扫完成后，在满足一定的许可条件下，暖炉油才能投入运行，典型的许可条件为：①清扫完成；②主油管跳闸阀打开；③油压正常；④油温正常；⑤雾化蒸汽压力满足。当上述条件满足后，操作人员发出启动指令，启动暖炉油枪，点火顺序是自动进行的。

3.主燃料（煤粉）引入

当锅炉已经点火暖炉，在满足一定的许可条件下，启动煤燃烧器，即投入磨煤机运行或给粉机运行。许可条件主要有：

（1）汽包压力大于3.5MPa。

（2）二次风温合适。

（3）一次风压合适。

（4）必须有毗邻层的点火源支持能量。

条件（4）是最重要的，只有具有足够的点火支持能量，才能保证主燃料进入炉膛即被点燃。

4.连续运行的监视

所有以上提到的许可条件是FSSS控制启动的安全功能，我们可以看到除非这些条件全部得到满足，否则要进行锅炉点火是不可能的。在正常运行的情况下，FSSS逻辑系统通过装设在锅炉各个部位的敏感元件，如压力开关、限位开关和火焰检测器等提供的信号对炉膛燃烧情况进行连续的监测，无论什么时候，只要有异常情况出现，FSSS系统将发出音响报警，提醒运行人员立即进行正确的操作，以避免可能引起的跳闸事故。在某些情况下运行人员来不及反应，FSSS系统将自动启动跳闸。

5.紧急停炉

在紧急情况下，如汽轮机甩负荷、锅炉熄火等，运行人员来不及举行及时的操作，FSSS将以层为单位跳掉个别设备，如磨煤机、给煤机或给粉机等，或将正在燃烧的所有燃料全部切断。所有燃料全部切断这就是所谓的“主燃料跳闸”即MFT。无论什么时候，当锅炉有关设备安全情况遭受危险时，运行人员可以直接启动MFT或跳掉个别设备，而不需要等待FSSS系统启动跳闸。一些典型的跳闸条件为：失去送风机和引风机，汽包水位高，汽包水位低，炉膛压力高越限、炉膛压力低越限以及锅炉灭火等。

6.燃烧后的吹扫

在锅炉跳闸后和重新点火前，不管停炉和重新点火之间时间间隔多长，都必须再进行吹扫，以清除可能储存在炉内的可燃物。

（二）系统的组成

一个典型的FSSS系统必须有可靠的电源配置，操作方便灵活、可靠的操作界面，安全可靠的就地设备，以及能实现复杂、可靠性高的逻辑判断功能的主机框。框图见图3-11。

图3-11 FSSS系统结构图

从整个FSSS系统的组成来看，大体上分成三部分：①操作界面；②就地现场设备；③逻辑系统。

1.操作界面

操作界面是FSSS人机系统的重要接口。运行人员只有通过操作界面才能根据锅炉运行的要求启停设备。操作界面可分两种：一是集控室操作盘；二是就地操作盘。

（1）集控室操作盘。集控室操作盘位于集中控制室内，其主要功能是操作监视和控制。操作盘上主要包括：炉膛清扫启停燃烧系统所必要的开关按钮，特殊设备的运行状态反馈指示灯（如阀开、阀关、马达运行、马达停止、有火无火等）以及运行操作情况，如“清扫开始”、“清扫完成”或“清扫中断”。最重要的是操作盘上有两个手动紧急停炉按钮，当情况紧急时或FSSS逻辑系统出现故障时，运行人员通过此两按钮实现紧急停炉，确保锅炉的安全。此外控制屏还能显示首次跳闸原因。随着计算机分散控制系统的广泛应用，CRT屏幕显示及软手操已越来越多地应用于FSSS系统，取代了操作台操作，仅保留必要的后备硬手操。

（2）就地操作盘。就地控制通常限制在最低程度，主要用于维修、测试和校验现场设备。在正常运行时，所有现场设备控制选择开关处在遥控位置，使得设备在逻辑系统的自动控制下。

2.现场设备

现场设备可分为敏感元件和驱动装置两部分。

（1）敏感元件。敏感元件是用来监测炉内燃烧和燃料空气系统状态的装置，如炉内有无火焰、空气、燃油的压力、温度以及阀门、挡板开关情况等。

敏感元件包括压力开关、温度开关、流量（差压）开关、限位开关以及火焰检测器等。

1）压力开关用于反映燃料、空气、炉膛压力。例如当炉膛压力超过规定允许值时，使机组跳闸。

2）温度开关用于反映燃料、空气等的温度。例如：当油温达到定值时，主油管道上的温度开关动作，发出油温合适的信号，用于暖炉点火的一个允许条件。

3）流量开关用于指示燃料、系统的流量，或指示通过对流管束、风机的差压指示等。

4）火焰检测器用作燃烧器的火焰鉴别或炉膛火球监视。

5）限位开关用于限制阀门和挡板的行程，以保证运行在规定的安全限度内，或提供一个证实信号，证实阀门或挡板是开的，还是关的。

敏感元件通常与一些反馈装置，如控制盘上的指示灯、光字牌或CRT屏幕显示相连。还有的敏感元件用于重要的保护功能，如炉膛压力开关。显然，保持敏感元件良好工作状态极端重要，敏感元件的故障将导致事故发生或不必要的停炉跳闸。敏感元件投入使用前，应进行严格检查，保证满足运行要求。投入使用后，要定期进行校验。

（2）驱动装置。驱动装置用于控制进入炉膛的燃料（油、煤）和空气，主要包括如下：

1）电动和气动的阀门、挡板驱动机构。

2）给煤机、磨煤机、给粉机、风机的马达启动器。(www.xing528.com)

3）油枪、点火杆的气动或电动伸缩机构。

由于FSSS系统是开关量控制系统，因此给这些驱动装置的指令，不是“开”就是“关”，不是“投入”就是“退出”。它们的驱动装置有的采用交流电驱动，有的采用直流电驱动。它可以设计为给予能量跳闸和不给予能量跳闸，对于大型机组的安全装置，一般采用给予能量跳闸。这种类型的系统打开阀门时需要提供能量，关闭阀门时也需要提供能量，不提供能量时，阀门位置不变，从而防止因电源消失而跳闸，保证系统的可靠性。

由于FSSS的指令和安全连锁要靠这些驱动装置执行和实现，因此这些驱动装置的工作状态良好与否，将直接影响机组的安全运行。为此必须对所有现场设备进行定期检验和测试，并保持这些设备的清洁。设备停运后，要定期维护阀门和挡板。

3.逻辑系统

逻辑系统可以看作是FSSS的大脑，所有运行人员的指令都是通过逻辑系统实现的，每个驱动装置和敏感元件的状态都通过逻辑系统进行连续的监测，运行人员发出的指令只有通过逻辑系统经满足一定的安全许可条件后，才能送到驱动装置上。当出现危及设备和机组安全运行的情况，逻辑系统会自动停掉有关的设备。

FSSS系统与其他控制系统有联系，它可以改变模拟控制系统（CCS）的命令。如FSSS可以根据燃烧器的投运及负荷情况，修正CCS对辅助风挡板和燃料风挡板指令，使其处于开位置、关位置或调节位置。FSSS和CCS一起协调完成RB功能。FSSS和顺序控制系统SCS也有联系，FSSS根据自己的逻辑功能，通过SCS控制排粉机的启动允许和跳闸，或控制一次风机是否允许启动。还有的机组设计有后备跳闸功能，FSSS通过自身系统的判断，向SCS发出跳送引风机的指令。

逻辑系统可以采用电磁式继电器，以半导体器件和中小规模集成电路为主的固态电子元件或由主编程序控制器和微处理器组成的分散控制系统来实现的。随着机组容量的增大对控制要求的升高，电磁式继电器以及以半导体器件和中小规模集成电路为主的固态电子元件构成的逻辑系统已不能满足机组的要求。从目前来看，根据机组的要求和系统的性能价格比，200、125MW以下的小机组基本上采用可编程序控制器和微处理器，300MW及以上机组基本上采用分散控制系统和FORNEY公司的多回路微处理器。这些系统可靠性高，可以实现复杂的逻辑控制功能，电源配置合理可靠，有很好的人机接口功能，运行人员操作方便，并有指导功能，减少误操作。

（三）主燃料跳闸（MFT）、主锅炉跳闸MBT

主燃料跳闸（MFT）和主锅炉跳闸是FSSS的重要的安全功能，在出现任何危及锅炉安全运行的危险工况下，MFT动作将快速切断所有进入炉膛的燃料，即切断所有煤和油的输入，以保证锅炉安全，避免事故发生或限制事故进一步扩大。如在MFT发生后，炉膛压力继续升高或降低，则会产生MBT，跳闸所有送风机和引风机。

主燃料跳闸逻辑一般具有首次跳闸原因指示功能，它能对引起主燃料跳闸的初始原因进行记忆，并向运行人员显示出来，这样就方便了运行人员去查找故障的原因，及时采取正确的措施。

当满足下列任一条件时，就引起主燃料跳闸存储器置位，发出MFT信号。

（1）两台送风机全停。

（2）两台引风机全停。

（3）炉膛压力高越限。

（4）炉膛压力低越限。

（5）汽包水位高，延时后跳闸。

（6）汽包水位低，延时后跳闸。

（7）燃料丧失。

（8）汽轮机跳闸。

（9）炉膛火焰丧失。

（10）火检冷却风压力低。

（11）给水泵全停。

（12）手动MFT。

为了提高FSSS系统的可靠性，重要的保护都是采用三选二逻辑。如炉膛压力高、低越限、汽包水位高、低越限等。全炉膛灭火四角燃烧锅炉都是采用层火焰逻辑，每层4个火嘴有3个无火为层无火，全部层无火则全炉膛灭火。发出信号触发MFT。

MFT情况下，必须切断所有进入炉膛的燃料，具体动作对象如下：

（1）关闭全部一次风门。

（2）关闭总燃油阀和所有各支路阀。

（3）关闭过热器及再热器减温水门。

（4）送引风挡板控制从自动状态切为手动。

（5）停运全部一次风机、排粉机。

（6）停运全部给粉机。

（7）关闭汽轮机自动主汽门。

主锅炉跳闸的条件主要是：

（1）所有燃料跳闸后炉膛压力高高。

（2）MFT已跳闸，炉膛吹扫完成，而炉膛压力高高。

（3）所有燃料跳闸后炉膛压力低低。

（4）MFT已跳闸，炉膛吹扫完成，而炉膛压力低低。

（5）两台送风机跳闸。

（6）两台引风机跳闸。

（7）MBT手动按钮。

发生主锅炉跳闸后，主要有以下动作：

（1）跳送风机。

（2）跳引风机。

（3）MFT跳闸。