FSSS系统在电站锅炉中的应用

摘 要:现在新建机组中,几乎全部都加装了炉膛安全监控系统(FSSS)。在各个厂家生产的炉膛安全监控中,各种形式的,各种工作原理的都有。炉膛安全监控系统的主要作用就是保证炉膛安全。机组正常运行。那么ABB的symphony系统中的FSSS安全状况如何呢?

关键词:ABB 炉膛安全监控系统 FSSS

中图分类号:TM62文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)02(a)-0069-02

电力工业迅速发展,已经进入大电网、大机组、高参数、高自动化的时代。大容量、高参数机组运行的安全重要性日益提高,需要控制的与燃烧有关的设备越来越多。有点火装置、油燃烧器、煤粉燃烧器、辅助风挡板、燃料风挡扳等,这些设备不仅类型复杂,而且操作过程也比较复杂。在锅炉启停工况和事故时,燃烧器的操作更繁锁,如果操作不当很容易造成意外事故。

从20世纪70年代起,炉膛安全监控系统开始在我国火电机组上使用,从国外引进的大型火电机组都配套有锅炉安全运行必不可少的重要监控手段。原水电部1993年明文规定:“今后凡新投产机组必须安装火焰检测和安全防爆装置,现有机组在条件许可情况下也必须设法加装”。目前,炉膛安全监控系统已经作为火电机组自动保护和自动控制系统的一个重要组成部分。炉膛安全监控系统是指对锅炉燃烧器进行自动投切控制,以满足机组启停以及增减负荷的要求:对锅炉的运行状态进行监测,并确保锅炉安全的一个控制保护系统。该系统主要包括两部分内容:(1)燃烧器控制系统,完成锅炉燃烧器的的自动投切控制;(2)锅炉连续监视燃烧器系统的大量参数和状态,进行逻辑判断和运算,必要时发出动作指令,通过各种顺序控制和连锁装置,使燃烧系统中有有关设备严格按照一定的逻辑顺序进行操作以保证锅炉燃烧系统的安全。

1 FSSS的基本功能

炉膛安全监控系统的功能是确保锅炉安全、经济、稳定地运行,具体将炉膛安全监控系统的基本功能分成以。下几个方面:

1.1 炉膛吹扫

锅炉停炉后,尤其是长期停后,闲置的炉膛里必然会积聚一些燃料、杂物等,给重新运行带来不安全因素。锅炉如不经吹扫,就无法进行点火。启动点火前吹扫还应保证炉膛内有足够的风量,一般25%～30%额定空气量。在进行锅炉点火前吹扫时,还应切断电除尘的电源,防止引起爆燃。

1.2 燃油投入许可及控制

在炉膛完成点火前吹扫后,控制系统即开始对投油点火所必备的条件进行检查,如吹扫是否完成,油系统泄露试验是否成功,油源条件,雾化介质条件,油枪和点火枪机械条件等。FSSS向运行人员发出点火许可信号,一旦运行人员发出点火指令后,系统对将要投入的燃油层进行自动程序控制。

1.3 煤粉投入许可及控制

系统成功地进行了锅炉点火及低负荷运行之后,即开始对投入煤粉所必备的条件进行检查,完成大量的条件扫描工作。锅炉参数是否合适,煤粉点火能量是否充足,燃烧器工况,有关风门挡板工况等。当运行人员发出投粉指令后,系统开始对将要启动的煤层进行自动程序控制。

1.4 持续性监视

当锅炉进入稳定运行工况以后系统全面进入安全监控状态。系统连续监视锅炉主要参数,如汽包水位。炉膛压力,汽轮机运行状态,全炉膛火焰,各种辅机工况等。发现各种不安全因素时都给予声光报警,直至跳闸锅炉。

1.5 特殊工况监控

这里的特殊工况是指“负荷返回”和“快速切负荷”,当机组发生这两种工况时,FSSS的任务是与其他控制系统(主要是MCS)配合,尽快将锅炉负荷减下来。

“负荷返回(RB-RunBack)”是由主要辅机故障引起的锅炉的急剧减负荷的特殊工况,如给水泵,一次风机,引风机(单台)等。当这些情况出现的时候,FSSS迅速将锅炉燃料减到与锅炉运行的辅机负荷能力相匹配的值,同时将汽轮机负荷调整到该目标值。故障不同,目标值也不同,FSSS减燃料速率也不同。

“快速减负荷(FCB-Fast Cut Back)”是由汽轮机或发电机侧故障引起的停机或带厂用电运行的工况,这时锅炉的目标负荷通常是10%MCR,并投入燃油以保证燃烧稳定。

1.6 紧急跳闸

锅炉在运行中若出现了某些运行人员无法及时做出反应的危急情况是,系统进行紧急跳闸。如炉膛熄火,燃料全中断等情况时,FSSS将启动主燃料跳闸(MFT),同时显示“首出原因”以便处理。FSSS还向运行人员提供手动启动主燃料跳闸的手段。发出主燃料跳闸信号后,FSSS将切除所有燃料设备和有关辅助设备,切断进入炉膛的一切燃料。

1.7 跳闸后炉膛吹扫

锅炉紧急跳闸是,炉膛在一瞬间突然熄火,残留大量可燃性混合物,而且温度很高,很可能引起炉膛爆炸。因此,FSSS在锅炉跳闸的同时启动炉膛吹扫,吹扫时间也是5min.与点火前吹扫不同的是,跳闸后的炉膛吹扫被自动启动且许可条件大量减少。如果是由送,引风机引起的锅炉跳闸,系统将全部烟,风挡板开至最大,利用自然通风冷却锅炉。

2 炉膛安全的类型

炉膛安全监控系统的类型多种多样,大致从工作原理可分为以下几种:

(1)继电器式,即逻辑控制系统由继电器组成。

(2)逻辑组件式,采用专用固定接线顺序控制器的系统。

(3)微计算机式,采用单板计算机构成的微机型控制系统。

(4)可编程控制器(PLC)式,利用可编程控制器(PLC)构成的控制系统。

炉膛安全监控系统品种较多。如美国CE公司的炉膛安全监控系统(FSSS),美国Forney公司的燃烧器管理系统(BMS),日本三菱公司的燃烧器自动控制系统(DABS),贝利Bailey公司的燃烧管理系统(BMS)以及国内研究开发的一些产品等。

3 河南豫联电厂的FSSS简要分析

豫联电厂的DCS为ABB的symphony的系统.故FSSS采用ABB的FSSS系统.FSSS逻辑判断用的是控制器控制式。共4对BRC100控制器控制,分别控制:A燃烧器组、B燃烧器组、C燃烧器组、和燃烧器组公共逻辑部分。各控制器之间可以通过控制总线以用DCS环网联络,也有一套硬继电器回路。

3.1 逻辑部分

(1)紧急跳闸与跳闸后炉膛吹扫功能:在机组运行过程中,FSSS能在线的监控机组运行状况,在机组发生异常时,如炉膛压力高时会发出MFT,联锁停止磨煤机,一次风机,炉前燃油快关阀、同时联跳汽机,使机组停止运行。为了防止因为因测点有故障,而造成保护的误动作,该逻辑都重要测点均采用三取二的办法。在MFT发生之后R/S触发器会保持MFT状态,只有等到炉膛吹扫结束后才允许启动设备和点火。具体逻辑如图1所示。

(2)炉膛吹扫及点油点煤许可及控制:在机组启动初期为了保护吹扫的可靠性,除对风量有要求之外,另外对各二次风挡扳的开度有要求。在吹扫过程中如果发生吹扫允许条件不到的情况,将立即终止吹扫。如果吹扫后十分钟内仍未点着火,即发一次再吹扫请求启动MFT,闭锁点火。保证在各种情况下都能保证机组安全。

如图2所示。

3.2 电气回路部分

在机组DCS控制系统发生故障,或者UPS失电致使运行人员无法监控机组时,为了保证机组能构安全的停止运行,故设计了MFT跳闸电气回路。

MFT跳闸电气回路就是MFT发生时,快速动作相应的跳闸对象,以起到快速切断所有进入炉膛燃料的作用;

(1)正常情况下由DCS系统判断产生MFT条件,并通过DO输出3取2逻辑产生MFT信号。

(2)紧急情况或DCS失去控制的情况下,由操作员操作MFT双跳闸按钮产生MFT,该按钮通过MFT跳闸电气回路即可驱动相应的跳闸对象。

(3)为了避免切换装置引起的MFT跳闸电气回路误动或拒动,故该回路采用的是DCS系统的24V直流电源。

(4)为了防止失电后保护拒动,故采用了继电器失电跳闸的模式。

(5)为了防止直流保险熔断造成MFT误动作,采用了三路独立供电。

MFT采用ABB公司的500DDC-P1200Z1继电器,每个继电器12副触点,NO/NC可以根据需要转换。MFT硬接线回路应跳闸的设备通常包括:至各个DCS控制器(DAS和ECS除外)、ETS、电气保护、电除尘、脱硫、磨煤机、给煤机、一次风机、燃油进油快关阀、再热器减温水总门、过热器减温水总门(一级、二级)。具体情况如下:

(1)FSSS采用DCS系统的自带的24V电源,失电动作的方案。该方案采用两套独立的硬接线电气回路,当MFT动作时两套回路同时出口,跳闸现场设备。应注意的是必须在两套继电器同时动作时才会跳闸现场设备。这样设计主要考虑的是如何避免MFT的误动。

(2)跳闸按钮:每个按钮7副触点(3NO,4NC),其中3副NO触点两个按钮串联后进DCS系统实现3取2跳闸逻辑,参见图3:2副NC触点并联后,串接入MFT 24VDC跳闸回路,具体参见跳闸电气回路原理图;

采用失电跳的回路,从逻辑完整上考虑,按钮应采用带自锁型按钮,避免出现在DCS控制器故障不运算时按下按钮MFT动作,放开按钮MFT马上复位的情况。

(1)DCS DO输出信号:

使用3个DSO输出模件的六个输出通道,两两并接再串接入MFT跳闸回路,参见跳闸电气回路原理图;

(2)DCS继电器板:

通常采用TRO-03继电器板,需要注意的是每个继电器有两副触点可以使用,不应将同一继电器的两副接点同时接在两套跳闸电气回路中,以保持两个回路的独立性。每个回路的三个DO继电器应从三个独立的TRO-03继电器板上引出。

(3)MFT继电器

采用A-B公司的500DDC-P1200Z1继电器,每个继电器12副触点,NO/NC可以根据需要转换。注意每个A-B继电器的输出是需要并联反向二极管的,二极管的说明书见附件。对于单线圈和双线圈设备的连接方式是不同的,请看跳闸电气回路原理图。

(4)监视回路:

应包括电源监视以及MFT继电器动作监视。

电源监视采用独立110VDC继电器的常闭接点送入DCS系统,例如:TURCK C7-A20/DC110V。为了防止监视继电器烧毁引起回路失电故每个监视继电器应配置熔断器(采用端子熔断器,熔芯为0.5A,例如WEIDMULLER ASK1 EN/TS35)。

对于每个MFT继电器,增加动作监视回路,将每个继电器的一副常闭接点并联后送入DCS的DI回路,这样当单个MFT继电器故障时能在DCS上有显示,通知有关人员及时处理。

从上来看:炉膛安全监控系统的主要目地就是保护机组,使机组在工作异常的时候能几时的停止机组的运行。故应当采用简单可靠的控制方案。而不应该采用复杂的东西。在DCS发生故障时机组已经失去控制。FSSS在这个时候就应该能够可靠的停止机组的运行。FSSS就应当采用复杂逻辑由DCS判断,而跳闸回路就应当采用简单可靠的系统。

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