基于DCS和SIS系统的煤粉炉FSSS应用

【摘 要】 简要介绍高温高压煤粉炉炉膛安全监控系统以及如何在DCS和SIS系统中实现。着重对FSSS功能中的炉膛点火前后的吹扫、火焰监测（含冷却风系统）和主燃料跳闸（MFT）这三个功能进行了分析。

【关键词】 煤粉炉 DCS SIS 炉膛安全监控系统 主燃料跳闸

Realization of FSSS System of Pulverized Coal Furnace Based on DCS & SIS

【Abstract】 Simply introduce the Furnace Safeguard Supervisory System of the high pressure & high temperature pulverized coal furnace and how to realize it based on DCS & SIS. Of all the FSSS functions， purging the furnace before and after the ignition， flame monitoring （including the cooling air system） and main fuel trip （MFT）， these three functions are detailed analyzed.

【Key words】 Pulverized Coal Furnace， DCS， SIS， FSSS， MFT

1 案例背景介绍

本文以内蒙一新建化肥厂供热配套煤粉炉为背景。锅炉装置主要包括三台480t/h高温高压煤粉炉、除氧给水、燃油点火、煤粉制备等系统。本装置采用HONEYWELL公司的EPKS控制系统以及HIMA公司的安全联锁保护系统的组合，以实现对锅炉的监控及安全联锁保护。

对于480t/h高温高压煤粉炉的安全运行离不开炉膛安全监控系统FSSS（Furnace Safeguard Supervisory System）的保护。锅炉安全监控系统能在锅炉正常工作和起停等各种运行方式下，连续地密切监视燃料系统及燃烧状态的大量参数与状态，不断地进行逻辑判断和运算，必要时发出动作指令，通过种种联锁装置，使燃烧设备中的有关部件严格地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安全。

2 FSSS系统的组成

本装置结合DCS系统的逻辑控制功能和SIS系统的安全联锁保护功能实现锅炉的炉膛安全监控（如图1所示）。DCS系统具有强大的数据采集、逻辑运算、复杂控制、历史趋势等功能以及良好的操作界面。SIS系统则能在危险发生时，自动按照预先设定好的安全功能实现锅炉的安全保护停车，以防止危险的发生。通过DCS和SIS系统的逻辑运算处理与MFT跳闸继电器结合实现FSSS功能。

锅炉的炉膛安全监控系统除了以DCS和SIS组合的逻辑控制与安全保护系统外，还包括了现场检测单元、就地控制单元以及执行机构等。现场检测单元由点火油管路压力、炉膛压力开关、冷却风系统压力开关、火焰监测探头等组成；就地控制单元由点火控制柜、风机控制柜等组成；执行机构由点火推进装置、点火油枪、点火油系统上的油角阀、快关阀以及吹扫阀等组成。由以上所有设备组成的一套完整的监控和保护系统才能保障锅炉长久的安全运行下去。

3 FSSS系统的功能

FSSS系统的主要功能有：炉膛点火前后的吹扫、油管路泄漏试验、油/煤燃烧器管理、二次风挡板联锁控制、火焰监测（含冷却风系统）、启动/停止和辅机保护、主燃料跳闸（MFT）、油燃料跳闸（OFT）等。此外还包括了与下游的电除尘、脱硫、脱硝以及蒸汽吹灰系统的通讯。

3.1 炉膛吹扫

炉膛吹扫的目是将炉膛管道中可能存在的可燃性混合物清除掉，防止由于点火源的出现而引起爆燃、导致炉膛爆炸。因此在锅炉启动前、主燃料跳闸（MFT）后均须进行吹扫。在整个吹扫过程中FSSS逻辑要监视一次吹扫允许条件（如图2）及二次吹扫允许条件（如图3）。一次吹扫允许条件是FSSS进入吹扫模式所必需具备的条件；二次吹扫允许条件是启动吹扫计时器所必需具备的条件。在吹扫过程中如果某个二次吹扫条件不满足，吹扫计时器即复位，但并不中断吹扫；但如果某个一次吹扫条件不满足，就会导致吹扫中断、吹扫计时器复位。如果吹扫中断，操作员就需要重新启动吹扫程序。

3.2 火焰监测（含冷却风系统）

煤粉炉共有四层煤燃烧层，每层的四个角上各有一个喷燃器及火焰检测器；另有一层燃气燃烧层，对角上各有一个喷燃器及火焰检测器。每台火焰检测器都是通过就地控制柜送出一个模拟量和一个数字量信号到DCS系统分别用于监控和参与联锁。对于煤粉炉而言，不管是开车阶段还是锅炉正常运行时，火焰监测都相当重要，炉膛内燃烧情况都是通过火焰监测来体现。在炉膛无火焰的情况下要迅速完成MFT动作，因此炉膛火焰监控也是实现FSSS系统功能的重要组成部分。与此配套的火检冷却风系统丧失也是作为主燃料跳闸和燃料油跳闸的触发条件之一。在冷却风母管上设置了三台压力开关（三取二）进SIS系统参与MFT或OFT动作。

3.3 主燃料跳闸（MFT）

主燃料跳闸保护（MFT）是FSSS系统中最重要的安全功能，在出现任何危及锅炉安全运行的危险工况时，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。

引起主燃料跳闸原因既有锅炉主保护项目（如汽包液位保护、主蒸汽压力保护及炉膛压力保护等），也有辅机运行（停运即事故掉闸）等。为防止事故进一步扩大，要即时切断进入炉膛中的燃料。

引起主燃料跳闸的具体原因有：已点火情况下，燃油和煤层全部跳闸；（2）锅炉汽包水位不正常；（3）蒸汽集箱出口主蒸汽压力不正常；（4）炉膛压力不正常；（5）总风量小于25%；（6）炉膛无火焰；（7）一次风丧失情况下有煤层投运；（8）送风机全停；（9）引风机全停；（10）冷却风系统丧失。

MFT跳闸动作包括：（1）停两台一次风机；（2）跳闸全部给煤机；（3）停磨煤机（冷热风门与磨煤机联动）；（4）关闭磨煤机出口快关阀；（5）切断减温水电动截止阀；（6）切断燃烧器燃油快关阀；（7）停蒸汽吹灰系统；（8）关锅炉出口主蒸汽并汽阀；（9）关一、二级减温水门；（10）开二次风门（吹扫位）— 炉膛吹扫。

在锅炉主燃料跳闸（MFT）和停炉后均不应该马上停送、引风机，应保证有一定的空气量进行燃料后的吹扫，目的也是将炉膛内的残留可燃物清除掉，保证这些可燃混合物不在烟道等处存积，进而防止和避免锅炉再次点火时有爆燃的现象发生。因此在点火前、MFT动作和正常停炉后均须进行炉膛的吹扫。

4 结语

本文主要介绍了FSSS系统中的炉膛点火前后的吹扫、火焰监测（含冷却风系统）和主燃料跳闸（MFT）这三个重要功能如何在DCS控制系统和SIS安全仪表系统中实现的。由此可见，对于480t/h高温高压煤粉炉，利用DCS系统控制功能和SIS系统安全功能的组合来实现锅炉炉膛安全监控是非常高效和安全的。

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