浅谈炉膛安全监控系统在火电厂的应用

杨坤

摘   要：在当前火电厂运营过程中，炉膛安全监控系统作为大型火电机组最为核心的系统之一，其主要作用为监测和保护锅炉运行安全。近年来我国机组单机容量不断增加，在锅炉容量不断加大的情况下，控制的设备类型和操作过程更具复杂性，电厂生产运行过程中影响安全的因素也越来越多，在此情况下，火电厂需要重视炉膛安全监控系统的应用，以此来保证发电机组锅炉的安全、稳定运营。

关键词：火电厂  炉膛安全监控系统  锅炉吹扫  火焰检测  主燃料跳闸

中图分类号：TP29                                   文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2019）02（a）-0202-02

在现代火电厂大型锅炉中，炉膛安全监控系统作为不可或缺的重要组成部分。由于火电厂锅炉运行环境复杂，为了保证锅炉运行的稳定性，在锅炉启停及正常运行状态下，炉膛安全系统针对燃烧系统进行逻辑判断和运算，以此来保证燃烧系统中各设备运行的安全性和稳定性，有效的防范各种安全事故的发生。

1  炉膛安全监控系统简述

炉膛安全监控系统简称为FSSS，其具备燃烧器管理和燃烧安全联锁功能，主要是针对锅炉运行、启停等状态下对燃烧系统相关参数和运行状态的监视及逻辑判断、运算，确保燃烧设备中相关设备能够按照合理程序来完成具体的操作，保证锅炉炉膛及燃烧器系统运行的安全，有效的防范锅炉炉膛爆炸事故发生。作为火力发电厂重要的自动化设备，炉膛安全监控系统主要由操作显示、输入和输出接口、检测元件、驱动装置及逻辑控制部分共同组成。其中显示设备是实现人机对话的重要联络工具，通过输入接口实现输入信号的电平转换，控制信号的功率转换则由输出接口来完成。检测元件主要是针对炉内燃烧情况和燃烧空气系统状态等进行监测，具体的检测元件包括压力开关、温度开关、流量开关、行程开关和火焰检测器等。驱动装置主要是针对炉膛的燃料和空气进行控制和隔离，以阀门电动装置和转运机械驱动装置为主。逻辑控制部分作为炉膛安全监控系统的核心所在，具备完成逻辑综合、判断和运算等功能。即现场所有人选将为、运行状态及被控对象状态等都需要由逻辑控制来进行具体验证，在满足相应条件下才能送到驱动装置，实现对被控对象的有效控制。

2  炉膛安全监控系统在火电厂中的应用

2.1 锅炉吹扫

火电厂在实际运营过程中，锅炉停爐后及点火前，需要连续一定的时间来对炉膛进行吹扫，确保锅炉炉膛内部、空预器及省煤器内积极的可燃物能够被吹扫干净，在实际吹扫时，需要将炉膛的煤粉及燃油切断，并维持相应的风量，通常情况下将吹扫时间设定为5min。在实际吹扫计时时期内，对于吹扫条件中有任何一条达不到要求时，则系统会逻辑判断吹扫失败，则会再次重新倒计时进行吹扫。

2.2 锅炉点火

当完成炉膛吹扫工作后，主燃料跳闸复位，当炉膛点火先决条件满足的情况下，则可以进行点火。通常情况下火电厂锅炉点火条件具体包括：锅炉跳闸信号解除、燃油跳闸阀打开、燃油压力正常、燃油温度正常、雾化蒸汽压力正常、火焰检测器冷却风系统压力正常、燃烧器在水平位置、空气量小于40%（且大于30%）。当允许点火信号发出后，锅炉进入到正式点火状态，这种情况下炉膛安全监控系统则开始点火控制。

2.3 火焰检测

在火焰检测中，利用火焰检测装置根据火焰信号特性来完成火焰检测工作。具体可以将火焰信号分为强度信号和频率信号，这其中火焰亮度通过强度信号来体现，火焰闪动则利用频率信号来表面。在具体处理强度信号时，只需要比较实时火焰强度与强度阈值，火焰强度高于强度阈值时，则表明火焰强度条件成立。当锅炉为四角布置及切圆烧烧时，检测器也要四角布量，通常是一个角布置一只。一般在监视炉膛火焰时都以层为单位，由4个检测器来接受火焰信号，只需要两个检测器显示有火焰，即输出本层有火焰的座号。当4个检测器有故障出现时，则会发出故障信号，进行声光报警，闭锁层火焰信号。

火焰脉动频率与燃料有直接的关系，燃料固有特性决定了不同燃料燃烧时火焰脉动频率的差异。因此在多种燃料共同燃料时可以对各种燃料的燃烧状态进行检测。如在炉膛内当煤粉与油同时燃烧状态下，在对油枪火焰鉴别时，利用检测器探头对准油枪火焰，虽然也会摄取到炉膛背景火焰，但使用高通滤波器则可以滤出煤火焰的低频分量，这时得到的信号即为油火焰信号。同时在频率检测回路中，当交流电压信号进入后，利用半波整流将其变成零基方法信号，并送入到高通滤波器中，通过现场试验来对频率调定值进行确定，使油火焰电平信号频率分量通过，以此来完成油枪火焰状态和背景火焰状态的区别。

在强度检测中主要是检测火焰直流分量，火焰直流分量越大则表明火焰强度越高，具体检测火焰直流分量时会通过强度检测电路来进行，设定强度检测电路信号强度设定值的上限和下限，具体设定值需要通过现场试验来进行确定。另外，还可以将强度信号作为模拟量显示信号，以此来指示火焰强度。为了能够提高对火炬的识别，需要对频率信号进行分析。由于火焰检测器能够提供增益调整方式，同时还具备频段选择功能，通过选择不同频率来与火焰识别的需要相适应。通过将频段选择与增益设定值进行配合，从而获得较好的识别效果。另外，频段靠近还具备自动频段，具体需要由信号处理器根据频率信号的不同来实现频段的自动调整。

2.4 主燃料跳闸保护

在主燃料跳闸时，主要是通过热控逻辑来对燃料和炉膛情况进行监视，并发送跳闸信号，实现燃料的切断。具体需要根据哪个条件超过了定值则会切断哪个燃料，跳闸后会对跳闸原因进行指示，为操作人员能够正常判断并采取有效的补救措施。一旦当设备出现故障或是主要运行参数异常时则会引发主燃料跳闸保护，有效的防止设备出现损坏。在实际主燃料跳闸保护条件出现时，MFT软件会发送相应信号来停掉相关设备，同时继电器也会向这些设备送出一个硬接线信号，确保设备停掉，这处通过软硬件互相冗余的设计，有效的提高保护动作的可靠性，为锅炉的安全运行提供了重要保障。

2.5 防止FSSS拒动、误动

目前火力电厂发电机组中分散控制系统应用十分广泛，基于其分散控制、分散危险及集中操作管理的设计理念，将分散控制系统有效的融入到炉膛监控安全系统中来，有效的提高炉膛监控安全系统的可靠性。但在实际生产实践过程中，还存在许多因素导致炉膛监控安全系统出现拒动或是误动，因此需要采取有效措施来减少误动发生和拒动发生的可能性，全面提高炉膛监控安全系统的可靠性。

2.5.1 保持良好的外部环境条件

在实际运营过程中，需要基于分散控制系统运行检修的规范要求，确保其具备良好的密封性，外部环境温度和湿度要与要求相符，同时还要对机柜滤网进行定期清洗和更换，及时对电缆空洞进行封堵，使外部环境能够满足防尘要求。

2.5.2 加强FSSS运行维护管理

对于炉膛安全监控系统，可以将其所有设备的作业来整体来进行管控。在实际运行过程中，需要定期检查清理火焰探头，定期吹扫炉膛负压取样管路，定期统计分析炉膛安全监控系统中DCS卡件投运情况，适时根据长周期运行模件的重要程度进行更换，同时还要定期对电源回路、控制回路等进行检查，确保接线螺丝、现场导线、电源熔断器、DI通道熔断器及冗余系统等都处于良好的状态下运行。在维修期间需要针对冗余設备开展切换试验，保证备用设备处于良好的状态。

2.5.3 不得擅自取消、退出炉膛安全监控系统保护或改动保护定值

针对于炉膛安全监控系统，需要做好定期检查、检验和维护工作，严格遵照具体的制度开展各项工作。一旦炉膛安全监控系统发生故障，则需要迅速对其进行处理，对于锅炉内一些重要保护装置在实际机组运行中严禁随意通出，当故障发生时被迫退出时，需要制定可靠的安全保障措施，并在8h内要确保其恢复正常运行。由于炉膛安全监控系统以分散控制系统作为主体，整个系统较为复杂，故障具有较大的离散性，因此从DCS系统硬、软件，到测量元件、电缆、及执行机构，以及外部环境，还有人为的因素，系统中任一环节出现问题，均会导致炉膛监控安全系统部分功能失效或引发系统故障、锅炉灭火甚至机组跳闸。而拒动更危险，可能造成人身伤害、损坏主设备损坏。因此必须从“人、机、料、法、环”各方面加强对炉膛安全监控系统及其热控设备的全方位管理，以防止拒动、减少误动。

3  结语

在现代火电厂中，炉膛安全监控系统对于电厂安全运行具有极为重要的作用。由于当前火电厂运行情况十分复杂，存在过多的运行参数，因此利用炉膛安全监控系统可以针对锅炉启动、运行和停止等各种状态下燃烧系统进行逻辑判断和逻辑运算，以此来保证燃烧系统运行的可靠性，避免各类安全事故发生。而且随着科学技术的发展，炉膛安全监控系统必将会越加完善，其在火力发电厂中也会发挥更为重要的作用，打造一个更为安全的环境，为火力发电厂安全、稳定的运营奠定良好的基础。

参考文献

[1] 王志祥，黄伟.热工保护与顺序控制[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2] 西南电力设计院.火力发电厂锅炉炉膛安全监控系统设计技术规定（DLGJ116-93）[S].1994.

[3] 张华，孙奎明.热工自动化[M].北京：中国电力出版社，2010.