锅炉炉膛安全保护系统的完善和改进

摘 要：本文简要分析了我厂锅炉炉膛安全保护系统存在的问题，并针对存在的问题，结合哈工大中远工控公司HIC-1000分布式控制系统，实现工艺设备监控与保护一体化的新思路，着重介绍新增加的锅炉炉膛安全监控系统（furnace safeguard supervisory system简称FSSS），阐述了我厂锅炉FSSS系统的设计功能及控制逻辑，提高了锅炉的经济性和安全性。

关键词： 锅炉安全炉膛监控系统点火程控逻辑

中图分类号： TK229 文献标识码： A 文章编号：

锅炉炉膛安全保护系统改进前状况

我厂锅炉系哈尔滨锅炉厂生产的410/100-II型高温高压自然循环锅炉，其炉膛安全保护系统，设计采用一套就地控制的点火系统和三套相对独立的单项保护。

1.1 点火程控

采用北京光华启明烽科技有限公司的点火控制系统，该系统控制回路由三菱小型PLC和继电器回路组成，采用就地用控制柜上的液晶面板和控制按钮来控制炉膛四个角的渣油枪、轻油枪及相应的点火枪进退，轻、渣油阀和蒸汽吹扫阀开关，提供了八个火检监视，无法由控制室DCS实现远控和炉膛安全监控。现已使用多年，电气元件老化严重，故障率高，每次点炉油枪进退和点火由运行人员手动实现，劳动强度大，安全隐患多。

1.2 锅炉炉膛压力保护

由欧姆龙小型PLC实现炉膛正、负压超限，压力测量开关三取二选择，输出接点控制MFT动作（停所有给粉机电源和排粉机电源、关闭主燃油阀和主回油阀），功能少且不利于集中监控，不具备事故原因追溯功能。

1.3 主汽和汽包安全门保护

触发信号由过热蒸汽压力变送器和汽包压力变送器提供的信号经过运算转换后触发保护动作，由于重要连锁保护回路一次发信元件没有单独设置，和常规仪表指示回路没有分开，存在很大的安全隐患，曾经发生过由于校对汽包压力指示时造成安全门保护误动作，也曾发生过冬天表管冻结，压力跑最大造成保护误动，影响保护回路动作的准确性和可靠性。

1.4 汽包水位保护

通过汽包电接点水位计输出的接点信号控制紧急放水门，虽信号稳定控制回路简单，但不利于集中监控和事故分析，并且当电接点水位计停用或更换电极时水位保护就无法投用。

2锅炉安全保护系统的改造

2.1通过调研和论证，结合哈工大HIC-1000分布式控制系统实现了锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）。

FSSS包括燃烧器控制系统（BCS）和燃料安全系统（FSS），它能在锅炉启动、正常运行和紧急停炉等运行方式下，连续监视燃烧系统的参数与状态，并进行逻辑运算判断，通过联锁使燃烧设备中的有关部件按照既定的合理程序完成必要的操作或处理未遂性事故，以保证锅炉炉膛及燃烧系统的安全，它在防止由于运行人员误操作或设备故障时引起锅炉爆燃而产生的人身伤害、设备损坏方面起重要的保障作用。

2.1.1燃烧器控制系统（BCS）

燃烧器控制系统（BCS）主要包括对主燃油阀及主回油阀的开关控制、对点火枪及油枪的进退控制、对油阀、吹扫阀的开关控制、对高能点火器的启停控制、实时监测各个油火嘴及煤火嘴的火焰状态等。

2.1.2燃料安全系统（FSS）

FSS主要功能如下：

1）炉膛吹扫

在锅炉每次冷态启动前对炉膛进行有效时间内的通风吹扫，简称前吹扫；在主燃料跳闸动作后（MFT动作后）自动对炉膛进行有效时间内的通风吹扫，简称后吹扫。

2）主燃料跳闸

提供多层次的燃料跳闸，以保证只停运少量燃料设备，减少系统不安全因素或锅炉炉膛产生的不安全工况。在主燃料跳闸动作时（MFT动作时）系统提供油阀关闭、给粉机、排粉机停运等功能，切断至锅炉的所有燃料。

3）锅炉MFT及首跳记录

锅炉启停和正常运行时，对锅炉运行参数和状态进行监控，当检测到有危及系统安全的条件时，主燃料跳闸（MFT）将动作、切断所有燃料，并显示、报警和记录首个引起MFT动作的原因（即首跳记录）。

4）火焰状态监控

对油火嘴及煤火嘴的火焰状态进行监视，并通过DCS实现完善的报警及联锁功能。

5）火检冷却风系统控制

维持冷却风母管压力稳定，保证火焰检测器的安全运行；实现火检冷却风机系统的远方/就地控制，并实现冷却风机的互为备用联锁及冷却风母管压力低联锁。

2.2 通过论证，在哈工大HIC-1000分布式控制系统中增加了一个控制站来专门实现锅炉所有安全保护的信号采集、监视和过程控制任务。

2.3 停用和拆除了原来的点火程控系统和炉膛压力保护系统。

2.4 改进和完善了安全门保护，增加了四块电接点压力表专门用于汽包压力和主蒸汽压力越限的发信元件，去控制四个安全门动作，并合理选择取压点，优化取压管线敷设，使显示和保护回路完全分开，减少因为环境和人为原因造成的误动，并保证了安全门动作的可靠性和准确性。

2.5 汽包水位保护信号增加两个差压水位变送器和电接点水位计信号三取二来实现，提高了信号的可靠性。

3FSSS的具体实施

FSSS由火检系统、点火装置及哈工大中远工控公司HIC-1000 DCS系统实现。

3.1 火检的选型与配置

选用了上海神明控制工程有限公司的火检系统。选用了SAFEFIRE分体式智能火检SA-3000火焰检测器。每只火检的火焰信号有4—20mA标准模拟量信号输出，以及无源常开型接点输出（火焰丧失时闭合），模拟量信号接入DCS用于实时检测火焰强度，开关量信号接入DCS用于逻辑保护。根据锅炉特点，每台炉火检配置十六只，其中油火检四只，煤火检三层共十二只。

3.2 点火控制系统选型与配置

点火系统选用轻油燃烧器。主要部件包括：高能点火器、油枪、点火枪、推进装置。在锅炉的四个角各设置了一个就地点火柜，控制一台高能点火器，一台点火枪推进器，一台油枪推进器，一台油枪快关阀（油阀），一台油枪吹扫阀。在就地点火柜的控制面板上，装有进退油枪按钮，进退点火枪按钮，开关油阀按钮，开关吹扫阀按钮，便于运行人员就地点火；并装有相对应的指示灯，以显示油枪、点火枪的行程位置，及油阀、油枪吹扫阀的状态，满足就地点火的功能。另外每台就地点火柜留有远方控制（DCS）的端子，通过该点火柜可以实现远方的程控操作，DCS通过就地点火柜能控制操作油枪快关阀（油阀）和吹扫阀、油枪及点火枪，实现程控点火。

油阀、吹扫阀选用SAFEFIRE新一代电动球阀。

3.3 冷却风系统

火检冷却风机配置两台风机（380VAC），互为备用，可自动切换，以满足每只火焰检测器的冷却风压力的要求。正常工况下，一台风机运行，当冷却风机出现故障跳闸或出口母管压力低，另一台风机自启动。

3.4 手动MFT

为保证在危急情况下（DCS系统瘫痪、严重的设备事故等）的紧急停炉，在控制台设一对“紧急停炉”按钮，当两个“紧急停炉”按钮同时按下时，一路通过DCS ，一路通过跳闸继电器，切断给粉电源停止十二台给粉机、停止两台排粉机、关闭主燃油阀和主回油阀、关闭四个减温水电动门。

3.5 FSSS 实现功能

在HIC-1000 DCS系统FSSS 画面里设置五个保护开关，当手动MFT或任一保护开关投入且满足相应条件时,跳给粉机、排粉机电源，关闭主燃油阀、主回油阀，以防止燃料进入炉膛导致爆燃事故的发生，同时关闭四个减温水电动门。