锅炉炉膛安全监控系统FSSSWord格式.docx
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压力特性及检测；
FSSS的组成及功能等。
第二节FSSS系统功能
炉膛安全监控系统是逻辑控制系统，它将锅炉燃料系统的控制与安全保护融为一体，既向运行人员提供全部燃料系统的操作手段和管理方式，又可以在锅炉运行的各个阶段进行连续的监视、报警、主辅设备的安全运行及跳闸保护。
本节主要介绍FSSS的组成、配置和功能等。
一、系统的组成
炉膛安全监控系统主要由操作显示盘、逻辑控制柜、检测元件、驱动机构、被控对象等组成，如图4.1所示。
图4.1系统结构
1、操作显示
操作显示设备是运行人员与逻辑控制部分之间进行人、机对话的联络工具，运行人员的操作指令是通过操作盘上的发令元件或键盘送到逻辑控制部分，然后运行状态及参数、被控对象动作完成状态等又返回显示盘或CRT。
操作的方式有仪表盘操作和CRT操作方式，CRT操作方式是通过操作站的CRT进行。
用于操作的有键盘、鼠标或球标、触摸式屏幕等。
操作信号通过输入接口送到逻辑控制部分。
显示的方式有仪表面板显示和操作站、工程师站显示方式，CRT显示包括趋势显示、报警显示、过程显示、系统显示、记录显示等。
2、输入、输出接口
输入接口是用来完成输人信号的电平转换。
输出接口是用来完成控制信号的功率转换。
输人、输出接口不但能完成信号的转换，而且能对信号进行隔离，起到抗干扰的作用。
3、检测元件
检测元件是用来将不同的物理量信号转换成电信号（检测信号）。
在FSSS里检测元件是监测炉内燃烧情况，燃烧空气系统状态等。
FSSS里用到的检测元件主要有压力开关、温度开关、流量开关、行程开关和火焰检测器等。
FSSS用到的压力开关信号主要有炉膛压力高、低，冷却风压力低、油箱压力低、吹扫蒸汽压力、一次风压力等。
温度开关信号主要有油箱油温，一次风温等。
流量开关信号主要有炉膛空气燃料流量，二次风流量等。
行程开关信号是阀门开、关；
油枪进到位、没进到位等。
火焰检测器监测炉膛的油、煤火焰。
检测元件通常与一些反馈装置如运行人员控制盘的指示灯、报警屏上的光字牌指示相连接，若检测信号达到报警点的设定值时，提醒运行人员将发生事故的状况。
如果运行人员未能及时进行操作，纠正事故倾向，则检测信号达到跳闸点设定值时，超限信号送入FSSS使机组自动跳闸或通过逻辑控制产生其他适当的作用。
显然，保持检测元件的良好工作状态极其重要，检测元件的故障将导致事故发生或不必要的停炉跳闸。
检测元件投入使用前应进行严格的检查，保证满足运行要求。
检测元件投入使用后，要定期进行校验，必须保持敏感元件的清洁度，这时火焰检测器更为重要，除定期检查外，应提供足够的冷却空气。
当FSSS出现故障时，大多数情况是由于现场设备（包括检测元件，驱动装置）引起的，所以首先应该检查现场设备。
为了得到可靠的现场信号，可选用2个、3个、4个检测元件进行测量，然后进行二取一、三取二、四取三等数据处理，得到可靠的检测信号。
4、驱动装置
FSSS里的驱动装置用于控制和隔离进入炉膛的燃料和空气，驱动装置包括阀门电动装置和转动机械驱动装置。
燃烧系统的驱动装置有阀门驱动器，挡板驱动器如驱动油箱跳闸阀、风门等；
电动机启动器如启动磨煤机、给煤机、风机等。
控制信号或运行人员的操作作为驱动装置的指令，驱动装置的输出控制被控对象。
燃料系统驱动装置有的采用交流电驱动，有的用直流电驱动；
它可以设计为给予能量跳闸或不给予能量跳闸两种类型，对于FSSS通常采用给予能量跳闸类型。
这种类型的系统打开阀门时需要能量，关闭阀门也需要提供能量。
当不提供任何能量时，阀门状态不变，从而防止了由于电源消失而引起的跳闸，保证系统安全的工作。
保证这些驱动装置良好的工作状态是十分重要的，因FSSS的指令和安全联锁要靠这些驱动装置执行和实现，所以必须对所有现场设备进行定期监测、检查和测试，并保持这些设备的清洁，不让这些设备粘上灰尘和油污。
设备停运后，要定期活动所有的阀门和挡板。
5、逻辑控制部分
逻辑控制部分是FSSS的核心，逻辑控制部分能完成逻辑综合、判断、运算功能。
所有运行人员的指令，现场运行的状态，被控对象的状态等都要通过逻辑控制部分验证，满足一定的许可条件后才能送到驱动装置去控制被控对象。
当出现危及设备和机组安全运行的情况，逻辑控制部分会自动发出指令停掉有关设备。
FSSS中程序控制部分的编程有多种方法，如梯形逻辑图、功能模块、助记符及编程语言等。
通常分散控制系统提供一种或几种编程方法。
功能模块法把逻辑运算作为功能块处理，按功能块组态的方法连接来完成编程；
编程语言是采用分散控制系统提供的语言或高级语言来编程；
梯形逻辑图编程采用梯形逻辑图来描述程序控制系统的逻辑关系，它是由继电器梯形图演变而来，与电气操作原理图相对应，具有直观、易懂的特点，在分散控制系统和可编程控制器中得到广泛的应用。
FSSS是由多个逻辑控制系统构成的，这些逻辑控制系统中有开环逻辑控制、闭环逻辑控制和混合逻辑控制等。
二、系统的功能
FSSS包括燃烧器控制系统（BCS）和燃料安全系统（FSS），以下分别从这两个方面来介绍FSSS的功能。
1、BCS的主要功能：
（1）对油燃烧器和煤燃烧器的安全点火、投运和切除的连续监视。
（2）提供采用最新技术和适合电厂使用且操作灵活的自动化装置，至少应提供两级自动化水平。
高一级的自动化水平是应能执行自动程序控制。
即从运行人员启动吹扫后到点燃一个预先选定的燃烧器组实现自动化。
在给粉机子系统投运前，投煤燃烧器可能需要运行人员的干预。
次一级的自动化水平是应使运行人员能按分阶段顺序控制方式启动燃烧。
例如：
先启动炉膛吹扫程序，然后进行油系统的泄漏试验，再启动油枪点火程序，等等。
在高一级自动方式发生问题或机组运行状态需要时，应采用这种次一级自动方式。
（3）应提供在各种运行方式（即高一级自动方式、次一级自动方式及就地手操方式）下完善的监视和联锁功能，包括燃烧器火焰监视功能。
（4）在吹扫、燃烧器点火和带负荷运行期间，应控制风箱挡板位置，以满足合适的二次风分配。
（5）提供锅炉火焰检测冷却风机的控制功能。
具体体现在以下四个方面：
•锅炉点火准备
•点火抢点火
•油枪点火
•煤燃烧
2、FSS的主要功能：
FSS应能防止由炉膛内燃科和空气混合物产生的不安全工况。
必要时，切除燃料系统，并避免锅炉受压部分过热。
FSS应通过下列监视和保护功能完成保护动作：
（1）监视锅炉和汽轮发电机组的运行工况，并在检测到危及人员和设备安全的工况时，发出主燃料跳闸（MFT）信号。
（2）当发现危险工况时，应停运一部分己投运的锅炉燃烧设备和有关辅机，快速切除进入锅炉的燃料量。
（3）MFT发生后，应维持锅炉进风量，以便清除炉膛内、烟道尾部和烟道中的可燃气体。
（4）在5min吹扫完成及有关许可条件满足之前，应阻止燃料重新进入炉膛。
具体体现在以下三个方面：
•炉膛吹扫
•油燃料系统泄漏试验
•燃料跳闸
具体功能可参考图4.2。
图4.2FSSS功能框图
第三节FSSS系统相关设备
本节主要介绍供风系统、煤燃烧器、制粉系统；
燃油系统和高能点火器；
以及火焰检测系统等内容。
它们是理解FSSS的作用和原理的基础。
一、煤粉燃烧系统
按照美国国家安全防火协会（NationalFireProtectionAssociation，缩写NFPA）的说法，煤粉燃烧系统由下述子系统组成：
供风、给煤机、磨煤机、主燃烧器、点火器、炉膛、燃烧后生成物的排出装置等。
每个部分都应有合适的尺寸并互相连接起来以满足功能要求，并且不妨碍燃烧过程的连续进行。
燃烧控制系统要提供安全启动、运行和停止燃烧过程的手段。
包括要有合适的接口、各种良好的装配结构以便观察、参数的测量和对燃烧过程进行控制。
燃烧系统的设计要使得它能连续的将燃烧器的输入提供到炉膛，并在燃烧设备的运行范围内保持稳定的火焰而不需要辅助点火子系统的支持。
1、燃烧器
以某前后墙对冲燃烧方式锅炉为例，燃烧器布置图见图4.3。
24只HT－NR3燃烧器分三层布置在炉膛前后墙上，使沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布更均匀。
燃烧器一次风喷口中心线的层间距离为4957.1mm，同层燃烧器之间的水平距离为3657.6mm，上一次风喷口中心线距屏底距离为27118.7mm，下一次风喷口中心线距冷灰斗拐点距离为2397.7mm。
最外侧燃烧器与侧墙距离为4223.2mm，能够避免侧墙结渣及发生高温腐蚀。
燃烧器上部布置有燃尽风（OFA）风口，12只燃尽风风口分别布置在前后墙上。
中间4只燃尽风风口距最上层一次风中心线距离为7004.6mm。
2只侧燃尽风风口距最上层一次风中心线距离为4795.5mm。
图4.3燃烧器布置示意图
在HT-NR3燃烧器中，燃烧的空气被分为三股，它们是：
直流一次风、直流二次风
和旋流三次风。
燃烧器配风示意图见图4.4。
图4.4燃烧器配风示意图
一次风由一次风机提供。
一次风管内靠近炉膛端部布置有一个锥形煤粉浓缩器。
燃烧器风箱为每个HT-NR3燃烧器提供二次风和三次风。
每个燃烧器设有一个风量均衡挡板，该挡板的调节杆穿过燃烧器面板，能够在燃烧器和风箱外方便地对该挡板的位置进行调整。
三次风旋流装置设计成可调节的型式，并设有执行器，可实现程控调节。
调整旋流装置的调节导轴即可调节三次风的旋流强度。
燃尽风风口包含两股独立的气流：
中央部位为非旋转的气流，它直接穿透进入炉膛中心；
外圈气流是旋转气流，用于和靠近炉膛水冷壁的上升烟气进行混合。
2、供风系统
锅炉采用热风送粉直吹系统。
一次风机输出的一次风分为两路，一路经空气预热器形成热风，另一路则不经空气预热器形成冷风。
热风作为制粉的干燥剂，冷风则为调温所用，受热的一次风与部分冷一次风混合进入磨煤机，然后进入煤粉燃烧器。
二次风由送风机供给，经空气预热器加热后进入燃烧器风箱，并通过各调节挡板而进入炉膛，在此与燃烧的燃料进行混合。
如图4.5所示：
3、制粉系统
锅炉常用的制粉系统有储仓式和直吹式。
在储仓式制粉系统中，制成的煤粉先储存在煤粉仓中，然后根据锅炉负荷的需要再从煤粉仓通过给粉机将煤粉送入炉膛燃烧。
储仓式制粉系统的特点是可以相对独立地进行制粉和调节，与锅炉负荷的变化没有直接的关系。
但储仓式制粉系统存在着系统复杂，土建及运行、维护费用高，而且排粉风机磨损严重等缺点。
直吹式制粉系统具有效率高，降低了能耗；
可靠性较高，工作稳定，操作设备台数少，成套磨煤装置紧凑，研磨部件磨损轻等特点。
在直吹式制粉系统中，煤由磨煤机磨成煤粉后直接吹入炉膛燃烧。
根据排粉机的位置不同，可分为负压式和正压式，在负压系统中，原煤由煤斗落下后经给煤机进入磨煤机。
由空气预热器出来的热风分为两部分，一部分作为二次风经燃烧器进入炉膛，另一部分作为干燥剂将煤烘干并输送煤粉。
煤粉分离器设在磨煤机出口，经分离器分离出来的粗粉送回磨煤机重磨，干燥剂和细粉通过排粉风机提高风压后作为一次风经燃烧器送入炉膛。
正压系统与负压系统生产过程基本相同，所不同的是排粉机置于磨煤机前面（也称一次风机），使磨煤机内处于正压状态。
双进双出球磨机并配以正压式直吹式制粉系统如图4.6所示，该系统具有以下设计特点：
系统简单；
适于磨制较难磨的煤；
煤粉细度较高，额定负荷下煤粉细度达89%通过200目筛，低负荷下煤粉细度更细，且系统风煤比低，有利于煤粉的着火和锅炉低负荷稳燃；
磨煤机可实现半台磨运行，当锅炉在50%BRL负荷下或一台磨煤机的单侧给煤机出现故障时，磨煤机可单侧出粉或单侧进煤，运行灵活性很大。
；
磨煤机的负荷调节方便灵活，调节范围大，对机组调峰运行适应性较强；
一台炉设一套密封风系统，2运1备，系统运行可靠方便；
磨煤机筒体内料位采用电耳控制和压差控制，分别用于磨煤机启动和正常运行工况。
图4.5风烟系统示意图
图4.6制粉系统示意图
二、燃油系统
燃油系统是指锅炉的油燃烧系统，由于油燃料是用于启动、燃、点燃主燃料以及低负荷助燃和稳定燃烧的，因此认识和理解燃油系统是十分必要的。
1、系统作用
燃油系统从锅炉点火、启动，直至磨煤机投人运行达到低负荷燃烧要求为止，该系统一直处于投运状态。
其作用主要包括：
（1）点火和燃烧；
（2）升压或低负荷时使燃烧稳定；
（3）机组故障而发生快速减负荷（RunBack－RB）和机组快速切断返回负荷（FastCutBack－FCB）时，启动燃油燃烧器，维持锅炉负荷达到燃烧稳定的目的。
燃油燃烧器的容量为一台锅炉最大连续出力的30％。
2、系统组成
燃油系统由油枪、支油阀、燃油管道、雾化蒸汽管道和若干截止阀、调节阀等组成。
如图4.7所示。
在燃油母管上安装主油阀（油母管跳闸阀或快关阀），回油管路上安装再循环阀。
图4.7燃油系统示意图
燃油系统采用高能点火器，进行燃油至煤粉的二级点火。
若设计的燃油为重油，因为燃重油在常温下粘度较大，为了便于输送和雾化，一般采用辅助蒸汽对燃重油进行加热；
若设计的燃油为轻油，由于轻油在常温下粘度不大，因此对燃轻油在常温下不需加热。
燃油经加热器、跳闸阀（快关阀）、压力调节阀、燃油阀至燃油枪。
燃油母管跳闸阀在机组运行时是常开的，使炉前油管路处于热备用状态。
当发生MFT时，跳闸阀则自动关闭。
压力调节阀的位置是根据燃母管压力和锅炉的需要确定的。
在锅炉点火前，把燃油母管跳闸和再循环阀都打开，而把所有的燃油阀关闭，这样燃油可以在油总管道中循环。
在锅炉点火时，只要有一只燃油阀打开，就必须将再循环阀关闭，这样可以使燃油总管道的压力维持所要求的数值。
3、燃油枪
燃油枪也叫油燃烧器，按其工作原理可分为机械雾化、介质雾化及组合式等类型。
以下通过介绍可摆动式蒸汽雾化油枪来熟悉燃油枪的基本原理。
其主要由油枪的主体部件、活动接头和伸缩机构组成。
如图4.8所示。
图4.8油枪结构
（1）油枪的主体部件
油枪的主体部件包括固定接头、两根平行的油枪管、挠性管和喷嘴组件。
固定接头焊在可伸缩的导管上，可伸缩导管置于固定导管之内。
固定接头下半部两个口分别与油管和雾化蒸汽管相连接，固定接头上半部两个口与活动接头上半部两个口连接，每个口都有一套管分别与活动接头的口连接，为了防止在运行时油与雾化蒸汽泄漏，在套管和活动接头连接处装有密封垫圈。
两根平行的油枪管分别把油和雾化蒸汽送到喷嘴组件，这样布置可以减少两种介质之间的温度影响，并使重油和雾化蒸汽在进人喷嘴组件之前保持互相隔离。
油枪的挠性管可以吸收两根油枪管的不同膨胀，并使油枪可以随着摆动燃烧器系统摆动。
喷嘴组件由喷嘴体、雾化片、固定片和喷嘴拼帽组成，喷嘴拼帽将雾化片、固定片固定在喷嘴体上。
由两根油枪管分别送来的油和雾化蒸汽进人喷嘴体，油通过喷嘴体的外缘，蒸汽通过喷嘴体的中心，两种介质同时进人雾化片在喷人炉膛时相交，使得雾化了的油与燃烧空气相接触，保证油迅速点燃和完全燃烧。
（2）活动接头
活动接头与固定接头采用压紧丝杆连接，活动接头下半部分有两个口分别与固定接头上的雾化蒸汽（A口）和油管（B口）相接，活动接头上半部有两个口，A口和B口分别与两根平行的油枪管相接。
活动接头上的导销使固定接头上的油枪限位开关接通时，向FSSS系统发出信号，表明油枪已接通。
（3）伸缩机构
伸缩机构是由压缩空气驱动器、空气电磁阀和连杆机构组成，伸缩机构用螺栓固定在燃烧器前板上。
空气电磁阀根据FSSS的命令，控制压缩空气进人驱动活塞的某一侧而驱动可伸缩性导管和油枪伸进或缩回，在油枪未投人运行时，可以手动操作电磁阀中的铁芯，使油枪伸进与缩回。
在可伸缩导管附近安装了一个伸进／缩回极限开关，用于向逻辑控制部分发出油枪位置信号即油枪退回原位、进到位状态信号。
在主油管和雾化蒸汽母管上分别设置了相应的压力开关和温度开关，当燃油与雾化蒸汽的压力、温度不能满足要求时，油枪不允许投入运行。
三、点火系统
目前锅炉起动时，大多采用点火系统使燃油着火；
停炉时为了使可燃混合物燃尽，也要起动点火器；
在锅炉负荷过低或煤种变化等引起燃烧不稳定时，也应利用点火系统维持燃烧稳定。
1、点火方式
以前锅炉点火经常采用电热丝点燃乙炔或丙烷，然后点燃轻油和（或）重油；
另外也有用高压放电产生的电火花去点燃气体，再点燃轻油和（或）重油。
以上所述点火方式管路系统复杂，给可燃气体的存放和日常维护都带来不便。
80年代初出现了可直接点燃轻油、重油的高性能点火器，并且在大型锅炉上得到推广应用。
大中容量锅炉的煤粉燃烧器点火均采用多级点火方式，先由高能电点火器点燃燃油，再由燃油火焰点燃煤粉。
除此之外近年来等离子点火装置也在电厂中得到应用。
2、高能电弧点火器
高能电弧点火器（HighEnergyArc－HEA）的点火原理是利用高压放电的电弧将油雾点燃。
高能电弧点火器安装在燃油枪的附近，作为燃油枪的点火源。
点火时，点火器的火花棒直接插在油枪的油出口处，产生高强度的电火花将雾化的油点燃。
高能电弧点火器主要由6个部分组成即点火激励器、软火花棒、点火端、软电缆、伸缩机构和导管组成，如图4.9所示。
图4.9高能电弧点火器结构
（1）点火激励器
点火激励器是高能电弧点火器的关键部件，它向点火端提供高电压。
点火激励器是由点火变压器、整流元件、充电电容、电阻和放电管组成，如图4.10所示。
图4.10点火激励器电路
在点火变压器一次侧接上交流14.2V／220V、50HZ电源，最大电流为5A。
在二次侧产生高压交流电，经D1、D2整流后，向高压储能电容C1、C2充电，当电容上的电压达到一定数值时，放电管中的火花间隙产生离子放电，电流从电容器正端经放电管直到点火端上，再由输出导线返回到电容器的负端。
当能量在点火端上耗尽时，电容器重新充电。
放电电阻用于两个点火周期之间，将电容器上的残留电荷释放掉。
输出端电阻（开路电阻）用于点火（即负载开路）的情况下，为电容器能量提供释放回路。
点火火花的速率是约每秒产生4个火花，每个点火周期30S共产生120个火花。
点火激励器最大连续工作时间为4.2min如果连续工作4.2min后，必须至少间隔30min才能再次工作。
（2）软电缆
软电缆是一根软的金属编织电缆，用于连接点火变压器和软火花棒。
虽然电缆具有韧性，但为了防止电缆损坏，软电缆的曲率半径不小于100mm，电缆环境温度不能超过110℃。
（3）软火花棒
软火花棒的一端用一套管型接头与电缆相连接，另一端用一接头与点火端相连接。
软火花棒将电压传到点火端。
软火花棒有一部分是柔性的，因此软火花棒可以随着油枪喷嘴摆动而摆动。
软火花棒的总长度（包括柔性段58.4cm）为2.44m。
软火花棒可承受的最高温度是400℃。
软火花棒可以由伸缩机构定位，气动活塞驱动，可在导管内伸缩。
当点火器不投人运行时，应将点火棒从靠近火焰高温区退至导管中，点火时可伸到油枪喷嘴区进行点火。
（4）点火端
点火端通过电气插头与软火花棒相连，高电压施加在点火端部的一个金属球上，一个表面涂有半导体材料的陶瓷绝缘子将金属球与球周围的端部金属环分隔开来。
当金属球上的电压达到预定的数值（2300V）时，则半导体材料将金属球与金属环导通，但是由于半导体不能象金属那样迅速传导电流，因而使金属球与金属环之间的空气电离形成电弧。
点火端最高允许温度为454℃，其寿命预定为20万个火花。
（5）导管
导管焊接在风道中，它作为点火器的冷却风通道，以保护软火花棒和点火端。
（6）伸缩机构
伸缩机构由气动驱动活塞、四通电磁阀、伸进和缩回的限位开关和接线盒等组成。
四通电磁阀控制进入气动活塞两端的空气，使软火花棒伸进缩回。
限位开关1或2由气动驱动活塞接触的凸轮盘触发，软火花棒位置信号由限位开关发出，即点火器退回原位、进到位，并可在FSSS控制盘上指示出来。
在伸缩机构旁边的是接线盒用于电气接线。
在点火时，点火器的整个工作过程可由FSSS自动进行控制，也可由运行人员就地操作。
3、等离子点火装置
等离子点火装置基本原理是利用电能将空气电离为等离子体，等离子体将其携带的能量使煤粉升温，并超额析出可燃挥发份，达到直接点燃煤粉的目的。
其技术关键在于高温状态下电极的烧损，阳极、阴极的使用寿命；
大容量特种电源的设计及整机绝缘抗电及电弧功率自动调节的问题；
燃烧器的结焦、烧损等；
对不同容量、不同设计煤种的锅炉的支持，实现产品的标准化和系列化。
主要设备包括直接电源屏；
等离子点火装置；
轴流式两级燃烧器；
粉煤分离装置；
图像火检；
风粉在线监测；
风、粉、压缩空气、冷却水系统。
如图所示：
等离子无油点火称稳燃，节省燃油资源，并大大节省运行费用，具有巨大的经济效益。
由于燃油启动锅炉不能使用电除尘，因而每次启动时不可避免地要冒几个小时的黑烟，造成
对环境的严重污染。
采用等离子技术启动锅炉可以使用电除尘器，减少了对环境的污染。
四、火焰检测系统
火焰检测系统是FSSS的基础设备，它的作用是对炉膛火焰和各燃烧器火焰进行检测，输出送FSSS的逻辑控制系统，其工作好坏对整个
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