炉膛安全监控系统.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第七章 炉膛安全监控系统FSSS,North China Electric Power University,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第七章 炉膛安全监控系统FSSS,North China Electric Power University,第七章 炉膛安全监控系统FSSS,1,第1页,7-1 概 述,炉膛安全监控系统英文名称为Furnace Safeguard Supervisory System(简称为FSSS)，也可称作燃烧器管理系统(Burner Management System，简称BMS)。炉膛安全监控系统是当代大型机组自动化不可缺乏组成部分，它对炉膛正常燃烧，锅炉安全运行起着决定性作用。,炉膛安全监控系统有两项主要作用，分别是锅炉安全保护作用和锅炉安全管理作用，分别由燃料安全系统(Fuel Safe guard System，简称FSS)和燃烧器控制系统(Burner,Control System，简称BCS)完成。,2,第2页,锅炉安全保护作用主要包含:,在锅炉运行各个阶段，对参数、状态进行连续地监视；,不停地按照安全要求次序对它们进行判断、逻辑运算；,碰到危险工况，能自动地开启相关设备进行紧急跳闸，切断燃料，使锅炉紧急停炉，保护主、辅设备不受损坏或处理未遂性事故。,3,第3页,锅炉安全操作管理作用主要包含:,制粉系统和燃烧器管理即控制点火器和油枪，提供给粉(煤)机自开启和停顿，提供制粉系统监视和远方操作，预防危险情况发生和人为操作误判断，误操作。,分别监视油层、煤层和全炉膛火焰。当吹扫、燃烧器点火和带负荷运行时，决定风箱挡板位置，方便取得所需要炉膛空气分布同时还供状态信号到协调控制系统、全厂监测计算机系统及全厂报警系统等。,4,第4页,FSSS不但能自动地完成各种操作和保护动作，还能防止运行人员在手动操作时误动作，并能执行手动来不及快动作。,FSSS和CCS(协调控制系统)是保障锅炉运行两大支柱，FSSS和CCS相互有一定关系和制约，而FSSS安全联锁功效是最高等级。,5,第5页,7-2 炉膛爆燃原因及预防,一、炉膛爆炸原因,炉膛爆炸主要原因在于炉膛或烟道中积聚了一定数量未经燃烧燃料与空气可燃混合物，当遇有点火源时，如锅炉开启点火、锅炉熄火后重新点火或炉膛内燃料本身所积存热能等，会使可燃混合物突然点燃。因为火焰传输速度极快，积存可燃混合物近于同时点燃，生成烟气后容积突然增大，一时来不及由炉膛排出，因而使炉膛压力骤增，这种现象称为爆燃(俗称“打炮”)。严重爆燃即为爆炸。若炉膛压力过高，超出炉膛结构所能承受压力，将使炉墙向外崩塌，称为“外爆”。,6,第6页,炉膛除了外爆，有时还会发生内爆。当炉膛压力过低，炉膛内外差压超出炉墙所能承受压力时，炉墙就会向内坍塌，这种现象称为炉膛内爆。,发生炉膛内爆主要原因有两个：一是炉膛在瞬间突然熄火，造成炉膛负压过大；二是引风机出力较大，造成较大负压力，这通常是因为控制系统失灵或运行人员误操作造成。,7,第7页,二、炉膛爆炸预防,炉膛爆燃大多发生在点火和暖炉期间，炉膛熄火和锅炉低负荷运行时也经常会发生炉膛爆燃。为此，应依据不一样运行工况采取不一样防范办法。预防炉膛爆燃标准性办法普通为：,(1)在主燃料与空气混合物进口处有足够点火能源，点火器火焰要稳定，要有恰当位置和一定能量，能将进入炉膛燃料快速点燃。,(2)当进入炉膛燃料未点燃时，应尽快采取办法缩短未点燃时间，以降低可燃混合物在炉膛积存数量。,(3)对于已进入炉膛可燃混合物应尽快冲淡，使之不在可燃范围内，并不停地将它吹扫出去。,(4)当进入炉膛燃料只有部分燃烧时，应继续冲淡，使之成为不可燃混合物。,8,第8页,普通说来，点火时最危险情况为点火器已点着，但能量太小，不足以将主燃烧器点燃。此时火焰检测器显示为“有火焰”(点火器火焰)，而实际上主燃烧器并未点燃，此期间进入炉膛燃料未点燃而积存在炉膛内，待主燃烧器点燃后又将存积燃料一起点燃，形成爆燃。所以应尽可能缩短主燃烧器点火时间，若在10s内未点燃主燃烧器就应切断燃料，重新吹扫，然后再重新点火。,点火期间所用燃烧器数量应尽可能少些，每只燃烧器燃烧率不应太低，这么使火焰稳定、操作简化，又可降低误操作。但为了使炉膛均匀加热，在暖炉期间应有足够燃烧器投人工作，使整个炉膛充满火焰。,9,第9页,不论在何种情况下，当某一燃烧器火焰熄火，应马上切断该燃烧器或一组燃烧器燃料，若全炉膛火焰熄火，则应切断全部燃料，实施紧急停炉。,为了预防炉膛内爆，在燃烧控制系统设计中应注意以下几点：,(1)锅炉甩负荷时，炉膛送风量应维持在甩负荷前数值；,(2)机组甩负荷后，应尽可能地降低炉膛中燃烧产物流量；,(3)若能在510s期限内(不是马上地)消除炉膛中燃料，则机组甩负荷后炉膛压力偏离正常值幅度就能缩小。,10,第10页,1-3 炉膛安全监控系统组成,一、系统基本组成,通常一套完整炉膛安全监控系统硬件设备能够分为四个部分，即控制台、逻辑控制系统、驱动装置和检测敏感元件。,图.炉膛安全监控系统组成示意图,11,第11页,(一)控制台,炉膛安全监控系统控制台包含：运行人员控制盘(BTG盘)、操作员CRT与键盘、就地控制盘、系统模拟盘等。,1运行人员控制盘(BTG盘),炉膛安全监控系统运行人员指令主要经过运行人员控制盘实现，运行人员控制盘包含全部指令器件和反馈器件。,(1)指令器件。它们是将相关设备投入运行所必要操作开关和按钮等，主要用来操作燃料燃烧设备，如锅炉开启时燃烧器点火和停炉时燃烧器熄火等操作。,12,第12页,(2)反馈器件。它主要是一些反应设备运行状态指示灯，用来监视燃烧设备状态，向运行人员提供一些如阀门和挡板开或关、电动机启或停、燃烧器运行工况、异常工况报警等状态信息，方便及时、准确地判断发生故障设备，及时处理。,运行人员控制盘上设有逻辑系统控制开关，如“清扫开始”、“清扫完成”、“开启油跳闸阀”、“点火器开启”等。另外，盘上还可选取“首出”指示器、数据采集、CRT显示等。当机组发生紧急停炉时，盘上能显示首次跳闸原因。,13,第13页,运行人员控制盘安装在主控制室中，经过电缆与位于继电器室内逻辑控制柜相连。在正常运行时，系统全部命令均可由运行人员控制盘发出，运行人员经过控制盘、逻辑控制系统、燃烧器控制系统与燃料安全系统中敏感元件和驱动装置取得联络。,2CRT与键盘,炉膛安全监控系统绝大部分运行人员指令和状态信息，都可经过计算机CRT与键盘给予实现。,14,第14页,3就地控制盘,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，如给煤机就地盘、磨煤机液力和润滑油系统就地盘等。在正常运行时，就地控制盘上全部控制开关均放置在遥控位置，使被控设备均处于逻辑系统控制之下。,4系统模拟盘,系统模拟盘位于炉膛安全监控系统逻辑柜内，可对各层燃烧设备及总体功效进行模拟操作试验，检验对应逻辑功效是否正常，它是系统调试和寻找故障有力工具。在进行模拟试验前，应停运相关燃烧设备。在各模拟板上装有现场设备状态指示灯。,15,第15页,(二)逻辑控制系统,逻辑控制系统比较复杂，是整个炉膛安全监控系统关键，全部运行人员指令都是经过逻辑系统实现，全部驱动装置和敏感元件状态都经过逻辑系统进行连续监测。该系统依据运行人员发出操作命令和控制对象传出检测信号进行综合判断和逻辑运算，只有在逻辑系统验证满足一定安全许可条件后，才将运算结果送到驱动装置上，用以操作对应控制对象(如燃烧系统燃料阀门、风门挡板等)。逻辑控制对象完成操作动作后，经检测，再由逻辑控制系统发出返回信号送至控制台，通知运行人员设备操作运行情况。当出现危及设备和机组安全运行情况，逻辑系统会自动发出停掉相关设备运行操作指令。,16,第16页,炉膛安全监控系统与其它控制系统有联络，它能够改变机组协调控制系统(CCS)命令。如当CCS对引送风量调整指令超出安全许可范围时，炉膛安全监控系统能够修正这些指令，炉膛安全监控系统与其它控制系统有联络，它能够改变机组协调控制系统(CCS)命令。如当CCS对引送风量调整指令超出安全许可范围时，炉膛安全监控系统能够修正这些指令，使一次风挡板和二次风挡板维持现实状况不变。,逻辑系统采取分层控制方式，即对每一个层分别进行控制。这么每一个层故障不会影响整个机组运行，从而大大提升了整体可靠性和可用率。,17,第17页,(三)驱动装置,驱动装置用于控制和隔离进入炉膛燃料(油、煤)和空气执行机构，燃烧系统驱动装置包含：,(1)电动阀门、气动阀门、挡板驱动机构。如暖炉油跳闸阀、热风门等。,(2)马达开启器。如给煤机、磨煤机、风机等电动机开启器。,(3)油枪伸缩机构等。,它们可分别控制各辅机、设备状态。运行人员经过逻辑系统监控这些装置。,因为炉膛安全监控系统是逻辑控制系统，它给这些驱动装置指令，不是开，就是关，不是投入，就是退出。所以一些燃烧控制任务是由CCS负担，如一次风和二次风调整挡板开度大小控制。,18,第18页,(四)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装置，包含反应驱动器位置信息元件(如限位开关等)，反应诸如燃料压力、温度、流量和火焰出现是否等各种参数及状态器件，如：,(1)压力开关。用于反应炉膛压力、燃油和空气压力等，当超出允许值时发出报警或跳闸等信号。,(2)温度开关。用于反应空气、燃料温度，如磨煤机出口温度、燃油温度等。,(3)流量开关。用于反应空气、燃料流量，或用差压表示，如某一管道、空气预热器、风机进出口差压。,19,第19页,(4)火焰检测器。用于燃烧器火焰判别或炉膛火球监视。,(5)限位开关。用于限止阀门和挡板行程，以确保运行在要求安全程度之内，或提供一个证实信号，证实某设备是开还是关。,敏感元件常与一些反馈元件(如控制盘上指示灯、光字牌等)相连。,20,第20页,二、逻辑控制系统类型,当前国内投运炉膛安全监控系统类型很多，、常见有美国燃烧工程(CE)企业炉膛安全监控系统(FSSS)，美国福尼(Forney)企业AFS-1000型燃烧器管理系统(BMS)，日本三菱企业自动燃烧器控制系统(DABS)，美国贝利(Bailey)企业N-90、INFI-90分散控制系统燃烧器管理系统(BMS)，还有引进机组随主机配套提供其它型式炉膛安全监控系统，以及国内生产炉膛安全监控系统等。因为逻辑控制系统是任何炉膛安全监控系统最主要、最关键控制设备，所以不一样类型系统差异也主要表达在其逻辑控制系统上。,21,第21页,炉膛安全监控系统中逻辑控制系统有继电器式、逻辑组件式、以微处理器为中心计算机式和可编程控制器式等几个类型。,1继电器式,即逻辑控制系统由继电器组成。电磁式继电器抗干扰能力强，结构简单，能提供足够动力去指挥驱动器，但其系统装置体积太大。过去国内有采取这种类型系统用于燃烧器自动控制。,22,第22页,2逻辑组件式,采取专用固定接线次序控制器系统被称为逻辑组件式控制系统。它是继电器式逻辑控制系统换代产品，防止了电磁式继电器体积大、数量多、控制柜庞大弊端。因为这种系统所控制对象操作规律是固定不变，所以可对一些功效控制实施固定接线方式，这使得装置简单可靠，可做成积木式组件。不过，假如在运行调试中发觉部分功效设计不能满足使用要求而需改进时，则必须改动逻辑功效卡或改动逻辑接线，将花费一定工作量。,23,第23页,3微计算机式,即采取单板计算机组成微机型控制系统。它是在固态硬接线控制系统基础上发展而成。如荆门、锦州、淮北、焦作、黄埔等电厂配置美国Forney企业AFS1000型燃烧器管理系统等。它是一个以微处理机为基础多回路系统，含有多功效数字模拟控制回路，整个系统可分为若干个子系统，每个子系统控制均由一台单板计算机完成。AFS-1000含有80年代初技术水平，硬件通用化程度较高，共有30各种卡件，能够灵活地组成各种规模系统。该系统软件丰富，共有70各种应用软件模块，能够实现各种控制功效，其性能价格比较高。,24,第24页,4可编程控制器(PLC)式,是利用可编程控制器(PLC)组成控制系统。近年来PLC发展较快，它在炉膛安全监控系统应用也日益广泛，一个应用方式是利用单独PLC控制单个燃烧器，然后将各PLC挂接到上位计算机上，进行综合控制。另一个应用方式是由几个PLC采取冗余组态方式配置成一个环形控制系统，控制全部燃烧器，以提升炉膛安全监控系统可靠性。如日本三菱企业自动燃烧器控制系统(DABS)就属于前者，美国CE企业FSSS近期产品则属于后者。,25,第25页,80年代开始，以微处理器为基础分散控制系统迅猛发展，它将局部功效系统(如炉膛安全监控系统、协调控制系统、数据采集系统等)视为一些结点，用通信环路将很多结点联络起来，炉膛安全监控系统作为其中一个结点经过环路接口模件与通信环路相连，使机组控制系统更完善、更可靠、更整体化。如国内很多电厂采取贝利企业N90、INFI90分 散控制系统对大型火电机组进行综合控制。,当前，以微处理器为基础是控制系统发展方向。采取微处理器控制装置含有速度快、可靠性高、控制系统组成简单、功效强、程序可变等优点。,26,第26页,三、炉膛安全监控系统功效,炉膛安全监控系统在锅炉启(停)阶段，按运行要求启(停)油燃烧器和煤燃烧器。在机组事故情况下，炉膛安全监控系统与CCS配合完成主燃料跳闸(MFT)、机组快速甩负荷 (Fast Cut Back，简称FCB)及主要辅机局部故障自动减负荷(RunBack，简称RB)等功效。即当机组发生严重故障而需主燃料跳闸时，由炉膛安全监控系统发出MFT指令，并指出跳闸原因，由MCS完成对应调整任务，实施紧急停炉。当电网、发电机或汽轮机故障而需机组快速甩负荷FCB时，炉膛安全监控系统快速将一层油投入，并将与该油层不相邻煤层磨煤机全部切除，使锅炉带最低稳定负荷运行，实现停机不停炉。当锅炉辅机故障而发生自动减负荷RB时，炉膛安全监控系统将与MCS配合按要求快速切除部分磨煤机，使机组负荷降低到预先要求负荷目标值。,27,第27页,炉膛安全监控系统不实现调整功效，不直接参加燃料量和送风量调整，仅完成锅炉及其辅机启停监视和逻辑控制功效，不过它能行使超越运行人员和过程控制系统作用，可靠地确保锅炉安全运行。锅炉调整功效是由CCS完成，炉膛安全监控系统与CCS相互之间有着一定联络与制约，其中炉膛安全监控系统安全联锁功效等级是最高。比如在锅炉开启后，只要出现风量低于开启允许最低值(如25)情况，炉膛安全监控系统会自动发出主燃料跳闸信号将锅炉停掉。一样，假如运行人员违反安全规程操作，设备也将自动停掉。又如点火油枪过早撤出，也会引发相关主燃料自动切除。炉膛安全监控系统详细安全联锁条件要依据各个机组燃烧系统结构、特征和燃料种类等原因决定。28,第28页,炉膛安全监控系统包含下述主要安全功效：,1炉膛点火前清扫,炉膛点火前清扫目标是为了在开启前把炉膛及管道内积聚没有燃烧燃料和气体去除掉，防止锅炉爆炸事故发生。对于大容量锅炉来说，从炉膛内可燃混合物积存到发生爆燃往往发生在一二秒时间内，运行人员不可能对这种情况作出及时反应，同时伴随锅炉容量增加，设备日益复杂，要监控项目多，尤其是在启停过程中操作十分频繁，即使最熟练运行人员，误操作也难免发生。所以这个任务应依靠炉膛安全监控系统来完成。,29,第29页,2油点火控制,油点火控制包含锅炉正常开启、停运和燃烧器燃烧不稳定时点火器投入运行时控制。锅炉正常开启时，只有当炉膛清扫完成且满足一定许可条件，暖炉油才能投入运行。经典许可条件为：炉膛清扫完成；暖炉油主油管跳闸阀打开，主油管油温正常，主油管跳闸阀处油压正常；雾化蒸汽压力满足要求；手动油阀打开等。当上述许可条件满足，则经过主控室CRT键盘或BTG盘或就地盘等接口设备发出开启命令起动暖炉油枪，点火次序是自动进行。,30,第30页,3煤粉燃烧器投入控制,当锅炉已经用油暖炉，且满足一定许可条件时，能够经过接口设备开启磨煤机引入主燃料，使煤粉燃烧器投入运行。煤粉燃烧器投入运行基本许可条件是“磨煤机已准备好”和“毗邻层点火支持能量充分”。“磨煤机已准备好”这一条件中又包含着润滑油压、一次风压、密封空气压力等皆满足要求许可条件。“毗邻层点火支持能量充分”这一许可条件最为主要，只有具备足够点火支持能量，才能确保主燃料进人炉膛即被点燃。,31,第31页,4连续运行监视,在正常运行情况下，炉膛安全监控系统能对炉膛燃烧情况进行连续监测(包含火焰检测)，当有异常情况时，炉膛安全监控系统将发出音响警报，提醒运行人员马上进行正确操作，以防止可能引发跳闸事故；在运行人员来不及处理一些异常情况时候，炉膛安全监控系统将自动开启跳闸。,32,第32页,5紧急停炉(主燃料跳闸MFT),在锅炉安全受到严重威胁紧急情况下，如汽轮机甩负荷、锅炉熄火、失去送风机和引风机，汽包水位过低或过高时，若运行人虽来不及进行及时操作处理，炉膛安全监控系统将实现“主燃料跳闸”(即MFT)，将正在燃烧全部燃烧器燃料全部切断或以层为单位跳掉磨煤机、给煤机等设备。任何时候当锅炉相关设备安全情况遭受危险时，运行人员能够直接开启MFT或跳掉个别设备，而不需要等候炉膛安全监控系统响应。,33,第33页,6磨煤机组、燃烧器、点火器停运,磨煤机组、燃烧器、点火器停运控制包含正常停运和紧急停运。炉膛安全监控系统提供了这两种停运方式逻辑。当正常停运指令发出或紧急停运条件满足时，炉膛安全监控系统将按一定逻辑次序停运相关设备。,7燃烧后吹扫,在锅炉跳闸后和重新点火前，不论停炉和重新点火之间时间间隔多长，都必须对炉膛进行吹扫，以去除可能储存在炉内可燃物质。,34,第34页,图.经典炉膛安全监控系统功效结构示意图,35,第35页,四、炉膛安全监控系统逻辑和功效结构,从逻辑结构上来看，炉膛安全监控系统分为下位逻辑和上位逻辑，而上位逻辑又分为层逻辑和公共逻辑，下位逻辑采取一个CPU，每个上位逻辑都采取三个CPU，按三取二标准实现各种功效。,1下位逻辑,下位逻辑是控制详细对象角逻辑回路，用来实现对一台煤粉燃烧器或点火器控制。,2层逻辑,层逻辑是对层燃烧器进行自动点熄火控制和状态监视回路。,36,第36页,3公共逻辑,公共逻辑是对全部燃烧器进行监控、实现主燃料跳闸(MFT)或锅炉紧急停炉、快速切除负荷(FastCut Back，简称FCB)汽轮发电机全甩负荷、主要辅机局部故障自动减负荷(RunBack，简称RB)功效逻辑回路。,运行中，操作指令(计算机指令或手动控制指令)送至上位逻辑，再由它向各个下位逻辑发出指令，对角逻辑回路实现控制。若上位逻辑发生故障，仍可经过下位逻辑或现场操作对燃烧器实现控制，不会影响锅炉运行。若下位逻辑发生故障，则仅仅影响该逻辑控制燃烧器运行，而其它燃烧器仍可继续运行。,37,第37页,炉膛安全监控系统采取分层逻辑结构，既使得控制操作愈加灵活，又能确保系统可靠性，而且便于在线检修。假如系统采取是专门设计面向控制问题语言，还能够方便地修改系统控制功效。,38,第38页,