1  引言

    炉膛安全监视系统（Furnace Safety Supervisory System, 简称为FSSS）是大型煤粉锅炉自动化监控系统的重要组成部分，对保证锅炉的安全、经济运行发挥着重要作用。对不同的炉型和煤粉燃烧方式，FSSS逻辑大同小异，但是由于燃烧方式的不同，其全炉膛灭火逻辑有着明显的区别。

电站煤粉锅炉常见的燃烧方式有四种：四角切圆燃烧、六角切圆燃烧、对冲燃烧和“W”型火焰燃烧。本文通过讨论某100MW机组煤粉锅炉FSSS功能在DCS平台上的实现，来探讨六角切园燃烧煤粉炉FSSS功能设计，着重论述全炉膛灭火逻辑。

2  系统实现的功能

2.1  系统介绍

    锅炉炉膛安全监控系统（FSSS）是分散控制系统（DCS）的一个子系统，主要实现锅炉主保护和燃烧管理两大功能。锅炉主保护包括主燃料跳闸（MFT）和油燃料跳闸（OFT）两项保护功能。在该项目中，锅炉燃烧器采用六角喷燃布置，分二个油层、三个煤层。DCS系统控制12支油枪、6支点火枪，实现炉膛吹扫、点火程控、油枪的顺序投/切功能。FSSS现场设备包括18套IDD-Ⅱ火检、火检柜1个、就地点火柜6个、就地火检探头接线盒6个、火检冷却风机2台、压力开关2只。就地点火设备包括点火枪及其推进装置6套、油枪及推进装置12套、油角阀12个、高能点火器6个、燃油总阀1个、电磁流量计1个。

        FSSS上层控制系统采用北京和利时系统工程股份有限公司的MACS分散控制系统实现。DCS系统整体结构设计如图1所示。

图1  DCS系统图

        FSSS功能集中在＃12、＃13站。＃12站完成点火系统的两级自动控制和保护功能，＃13站实现对制粉系统的控制、调节和保护。

    高一级的自动化水平是整个点火过程和保护全部按程序自动进行，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。次一级的自动化水平设计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露试验，再启动油枪点火程序等等。点火系统保留就地手动操作方式，操作台上保留MFT双按钮。各控制站间涉及FSSS的信号全部采用硬接线实现互连，避免采用站间引用方式。

2.2  FSSS逻辑功能介绍

    在这台六角燃烧锅炉上，FSSS系统实现的功能包括：火焰监视、程控点火、程控炉膛吹扫、油泄漏试验、冷却风机控制、MFT跳闸和MFT首出指示、OFT跳闸和OFT首出指示。

图2  油火焰处理逻辑

    作为FSSS系统的基础，必须对火焰信号进行有效的监视和判别。IDD-Ⅱ火检放大器不仅提供了火焰有无的开关量信号，还为每路火检提供一个状态信号，以帮助判断火检探头及火检放大器本身是否工作正常。因此，在软件逻辑上对每一路火焰信号进行按如图2所示逻辑处理。

    在油角火检状态OK，且该油角火检有火的情况下，经油角阀开或者本角给煤机已运行状态确认后，才能判断该油角有火。

图3  煤火焰处理逻辑

    煤角有火除了该角煤火检有火，且该角油火检状态OK外，只需要相应角给煤机的信号证实即可，如图3所示。

    锅炉主保护MFT系统的跳闸条件共12项，包括：失去探头冷却风、失去全部火焰、手动MFT、失去全部燃料、两台送风机全停、两台引风机全停、炉膛压力低二值、炉膛压力高二值、汽包水位低三值、汽包水位高三值、给水泵跳闸、发电机主保护跳闸。MFT后的系统响应有：

    •  推出灭火保护画面；

    •  指出跳闸第一原因；

    •  闭锁从动跳闸条件；

    •  进行联锁和顺控动作；

    •  显示事故前后炉膛负压及汽包水位（汽包炉）的变化趋势；

    •  声光报警；

    •  打印相关物理量。

    MFT跳闸条件中，除失去全部火焰外，其它信号的逻辑处理方式和常规的四角切园燃烧煤粉炉基本相同，在此不再赘述。

图4  失去全部火焰逻辑

    对四角切园燃烧煤粉炉，一般对各层煤火检和油火检信号分别进行四取三逻辑判断，即该层四个火检探头中有三个无火，即认为该层火焰失去，如果各煤层和油层都判断无火，则触发失去全部火焰信号，MFT动作。

    对六角喷燃的锅炉来说，无论是煤层还是油层，都存在每层6个探头的问题，传统的四取三逻辑无法应用。经过反复的分析论证，笔者采用了如图4所示的逻辑。

    新的失去全部火焰逻辑以燃烧器的每个角为单位，每个角有三个火检探头，这三个火焰信号经三取二逻辑输出，如果三个信号中有两个及以上信号显示无火，则认为该角火焰不存在。同样的逻辑应用于其它各角，以得到各角火焰状态。如果六个角火焰信号三取二后均显示无火，此时给粉证实信号也存在，则触发失去全部火焰信号，送到MFT逻辑跳闸。

    此逻辑绕开了六角燃烧情况下如何取舍判断的复杂问题，转而采用了单角纵向的三取二逻辑，而三取二是在热工控制领域有扎实理论研究和充分应用的判断逻辑，其可靠性不言而喻，需要确认的是该判断逻辑的可用性。该逻辑是否能真实反映炉内燃烧工况？是否能及时发现炉内无火并保护锅炉？笔者在和锅炉运行、检修技术人员探讨后，认为该逻辑应该是可行的，但需要试验证实。

在现场调试阶段，对该保护逻辑进行了详细的试验，基本确认逻辑可行。机组投运后，经过近2年的安全、可靠运行，再次对FSSS的保护逻辑进行了充分的考验，验证了该套逻辑的可用性和可靠性。

3  结论

    该六角燃烧锅炉采用DCS系统实现FSSS功能后，实现了程控点火，减轻了运行人员的劳动强度，提高了锅炉启动速度。点火程控设计有点火不成功自动退出油枪关闭油角阀的功能，从而提高了点火成功率和安全可靠性。

    在火检探头调试完成后，锅炉MFT主保护全部具备可投条件，首次对六角喷燃的炉膛实现失去全部火焰保护，为设备的安全稳定运行又提供了一道保障。

    试验和运行经验表明，该机组FSSS系统的改造是成功的，并为以后的改造提供了经验和样本。