5_炉膛安全监控系统设计与试验（PPT52页)

孙长生：电话[phone]手机[phone]邮箱：[e-mail]网址:Http//工作单位：浙江省电力试验研究院兼：电力行业热工自动化技术委员会付秘书长第四章炉膛安全监控系统设计与试验第三章炉膛安全监控系统设计与试验辨识三一。锅炉爆燃与防爆1二2.FSSS系统设计要求1二3.FSSS组成1二4.子回路自启动控制逻辑1二5.功能组启动SEQ控制1二6.开关量控制系统逻辑简化1二提纲7.开关量控制系统的调试1二第三章锅炉炉膛安全监控系统试验辨识三与热工控制有关的锅炉本体重大热力事故发生的原因/二.汽水流动不正常，造成锅内过程不平衡三.风/煤(油)/烟失调造成炉内过程不平衡一.煤水比失调造成锅内、炉内过程不匹配上述工况超过一定限度，都会使锅炉受热面损坏，尤其是工况三引起的炉膛爆炸，将严重影响电厂的安全、经济运行，并造成巨大的经济损失。锅炉炉膛安全监控系统就是通过事先制定的逻辑程序和联锁条件，保证锅炉正常运行和启停过程中的安全，防止因风、煤（油）、烟失调造成炉内过程不平衡，引起燃烧设备恶性爆炸事故的发生。一.锅炉爆燃与防爆辨识三当炉膛积存的可燃混合物爆燃时，火焰传播速度非常之快，近似于积存的可燃混合物瞬间同时被点燃，生成的烟气容积猛增来不及由炉膛出口排出，炉膛压力陡增，发生爆炸。其爆炸后的炉膛介质压力估算式为：其中：P1——爆炸前炉膛介质压力，MPaV——炉膛容积，m3P2——爆炸后炉膛介质压力，MPaVr——积存可燃物和容积，m3Qr——积存可燃物的发热量，kJ/m3T1——爆炸前的炉膛绝对温度，℃；（介质质量）Cu——炉膛介质的平均定容比热，kJ/m3·K从公式可见：炉爆后生成破坏力：油气／煤、冷炉／热炉1121TCVQVPPurr1、炉膛爆炸理论炉膛爆炸三要素：冷态爆炸热态爆炸根据炉温状况根据炉压工况负压爆炸正压爆炸混合物、浓度、足够的点火能源炉膛爆炸形式点火时炉膛温度低，因没有足够的点火源或燃料/风比例不当，送入炉内的燃料未能点燃，造成可燃混合物积存，大多损坏下部炉膛。运行或停炉中，炉膛火焰突然中断，燃料未及时停运，继续送入炉内，可燃混合物积聚，经扩散而引发。一般损坏炉顶和水平烟道。引风机产生较大的负压，超过锅炉承受的限度炉灭火或MFT后P1·V1=M·R·T1，炉膛内温度急剧下降导致炉膛压力急剧减小“内爆”内塌炉膛、烟道和通风道中积聚一定量可燃混合物，遇火源或本身积聚热能突然点燃，烟压猛升，超炉膛结构承压，破坏炉墙结构、水冷壁、刚梁及炉顶“外爆”2.炉膛爆炸条件与爆炸形式3.可燃混合物易积存，引起炉爆的几种危险工况燃料、空气或点火能量任一突然中断，炉瞬时失火焰燃烧器点火中或运行时，一或几个燃烧器突然失火焰炉熄火形成可燃混合物，随后再点火或其它火源存在燃料漏进停运炉膛(未完全冷却或点火前未吹扫)热炉时，控制错误形成能导致灭火的燃料和空气混合物积聚炉内某死角，当正常燃烧的风-煤比重新建立时大块渣掉落砸坏冷灰斗或水冷壁管，炉水大量喷出汽化后炉压陡增，超过炉膛结构强度设计允许值炉膛外爆几种危险工况离心式风机流量小时调节特性陡,流量稍变压差变化大系统内任一挡板关闭将影响炉内负压燃料突然切断或火焰熄灭后,炉内温度和压力聚降炉膛内爆4.导致炉膛爆炸的因素◆油枪雾化不好、点火能源不足，多次点火未成功又未及时吹扫，炉膛或烟道内积存大量燃料等◆制粉细度不够，煤粉在炉内未完全燃烧，顶部区段仍燃烧结焦，大块塌焦冲击火焰落入冷灰池，大量水蒸汽上升炉压大波动，气体中H2和CO附加能量参加燃烧◆燃料点燃前或运行中突然中断瞬间熄火，送风机突停、引风机继抽，或在火焰突然中断或切断燃料时（如MFT），炉压随炉温剧降而剧降同时，如引风机压头过高、误操作、设备故障等原因导致送风机出力降低等原因，烟侧压力急降，炉压在7～8s降到低于炉墙结构设计允许强度，有可能炉膛内爆。煤质不好，燃烧恶化，未及时投油助燃。运行人员误操作，操作顺序不当综合性的，从运行角度分析，主要原因是燃烧不好。锅炉制粉燃烧系统任何一个环节出现问题，都可能造成灭火爆炸，如熄火时火检受邻角及炉火焰影响，仍有火焰信号输出即“偷看”，导致燃料继续向炉内送煤吹扫：对于已进入炉膛的可燃混合物尽快冲淡；保证风和煤粉有合适的配比，防止煤质变化运行中突然熄火逻辑可靠：一旦熄火，保护迅速动作，切断燃料进入炉膛。2.5－7.5s等速减少燃料瞬间切断燃料2.5~7.5s等速减少燃料5~15s等速减少引风挡板1）炉膛设计压力讨论（一般，瞬时）。2）炉膛压力保护信号开关量与模拟量选择讨论2）炉膛保护压力信号定值的选择与延时时间讨论预防措施1.FSSS的主要功能炉膛爆燃时间瞬间，运行人员不可能及时反应。FSSS系统主要功能就是通过事先制定的逻辑程序和安全联锁条件，保证在锅炉运行的各阶段，有效防止可燃混合物在锅炉的任何部位积聚，避免锅炉爆炸的事故。2.FSSS组成主要功能是监视锅炉与相应的燃烧设备，包括所有预点火功能及点火器、油枪和磨煤机系统的启动、停止程序。主要功能规范燃料燃烧设备在启、停过程中的安全操作规定，在设备故障、失灵及危及设备的紧急情况下保证设备安全。FSS系统包括锅炉吹扫、主燃料跳闸等FSSS系统中最重要的安全控制功能。BCS燃烧器控制系统FSS炉膛安全系统二.FSSS系统设计要求辨识三3.逻辑设备的设计要点可诊断故障类型,如设备失电或部分失电,信息传输错误或失去,输入/输出故障或故障消除,处理器故障等。▲逻辑系统必须只限于一台锅炉；燃料安全功能的逻辑系统，不能与任何其它逻辑系统组合在一起；▲燃烧器控制系统应采用独立回路的不停电电源；▲允许燃烧器控制系统与其它逻辑系统采用同一类型硬件和进行数据通讯。但要防止不同系统间误通讯制粉系统、燃烧器和炉型不同，控制逻辑不相同，但设计基本要点相同▲各部份的逻辑功能最简、可靠，满足系统运行需求▲能防止未经授权修改；设备运行其逻辑不能被修改▲系统的响应时间应足够短，以防止由于反应不及时而造成故障、事故的扩大或误动作；▲系统具有较强的抗干扰能力，以防止误动作；▲I/O设置和出口继电器常闭、常开接点布置需保证逻辑系统失电时，能使其所控制的设备处于安全状态。可靠性独立性故障诊断联锁系统作用:是保护人员不受伤害，设备不被损坏。通过把锅炉的动作限定为一系列规定的操作顺序以及在锅炉出现超限或不稳定运行工况时启动跳闸装置，联锁系统实现保护锅炉运行的功能监视启动和运行过程，以确保设计运行参数和操作顺序。人身设备安全受危险时，按照规定的顺序跳闸最小量设备应具有符合良好运行实践的备用运行方式的灵活性。指出跳闸的初始原因。之后除非已经达到设计参数内的稳定运行条件，否则任何部分的运行过程不得启动在自动化设备无法投入来完成期望功能时，应提供仪表或其它替代方法，使运行人员能按适当顺序完成操作4.联锁系统的设计要求设计时不考虑为启动或操作设备，而取消任一联锁功能。无论何时，在联锁装置退出运行时，必须在日志中加以记录，并采取其它替代措施，以便监测该联锁功能。三.FSSS组成辨识三模拟量控制系统（MCS）炉膛安全监控系统（FSSS）数据采集系统（MCS）报警机组启动机组停止辅机监控二次风控制事故处理和联锁给煤机停止磨煤机停止油层停止火焰监视一次风机监控密封风机监控冷却风机监控炉膛火焰监视炉水泵监控辅助风档板监控燃料风档板监控主燃料跳闸机组快速甩负荷辅机故障减负荷炉膛吹扫锅炉点火油层投入给煤机投入磨煤机投入火焰监视油泄漏试验1.现场设备2.逻辑控制3.运行监控1.FSSS组成现场设备部分现场设备比较特别的，有火焰检测与点火系统所属设备。1)火焰检测器及系统火焰监测器可靠重要性（1）火焰检测器原理不同燃料燃烧时发出不同的火焰。火焰具有的特性：火焰的波长、燃烧频率、强度（a）煤粉火焰含有大量红外线、可见光，燃烧频率低，使用可见光火焰监测器。（b）油燃烧火焰含有大量紫外线、红外线、可见光，燃烧频率高，可用可见光或紫外线火焰监测器（c）气体燃烧火焰含有大量紫外线，燃烧频率高，使用紫外线火焰检测器。（2）火焰检测技术直接式火焰检测器检出电极法工作原理，是利用电极电阻值在着火前后的变化，来判断点火是否成功。一般在空气中，电极的电阻值为几百兆欧，将电阻值接到电子器件的放大回路，即可得到点火是否成功的开/关量信号。电极材料采用碳化硅，并加以空气冷却和吹扫，或将点火枪和检出电极接成一体并带伸缩机构。检出电极法一般用在轻油点火枪的火焰检测上，陡河电厂2台日本公司850t/h锅炉原火焰检测，采用此法。直接式火焰检测器一般用在点火器的火焰检测，常用的有检出电极法和差压检测法。差压检测法的工作原理，是利用着火后气体膨胀产生的瞬间压力变化，建立风箱压力和检测压力的差压变化，以此作为着火与否的信号。这种方法较简单，但往往会因为给粉不匀，细度和粒度变化大，易爆燃和脉动燃烧而影响差压变送器传递信号的准确性，使可靠性欠佳。原宝钢电厂2台日本三菱公司产1160t/h锅炉点火器采用了此检测法。间接式火焰检测器紫外线火焰检测器利用火焰本身所特有的紫外线强度来判别火焰的有无。它采用的敏感元件有紫外光敏管UV(充气二极管)、固态紫外光电池和光敏电阻。磷化镓(GaP)感测器是一种磷化镓光敏电阻，其特点是对紫外线辐射特别敏感。不受可见光和红外光的影响，对相邻火咀的火焰具有较高的鉴别率，用于燃气、燃油锅炉效果较好，能利用火焰初始燃烧区辐射较强的紫外线，有效地监视单只燃烧器的着火情况。但由于紫外线辐射易被油雾、水蒸汽、燃烧产物和灰粒吸收而很快减弱，所以在配风失调情况下的重油燃烧或煤粉炉上使用紫外线检测器的可靠性就不太理想，特别是在低负荷时，紫外线管检测煤粉火焰的灵敏度很低，所以在燃煤炉上不适合配置紫外线火焰检测器。间接式火焰检测器一般用于主燃料的火焰检测，由于光能检测具有简便易行、显示直观、可靠性强等特点，所以采用光能原理制作的各种火焰检测器目前采用最为普遍。常用的有紫外线、可见光、红外线检测器和组合火焰检测器，间接式火焰检测器红外线火焰检测器：红外线不易被煤尘和其它燃烧产物吸收，故适用于检测煤粉火焰，也可用于重油火焰。红外线火焰检测器的探头有硫化铅光敏电阻和红外硅光电二极管等。其中硫化铅(PbS)光敏电阻的特点是对红外线辐射特别敏感。燃料在燃烧时，由化学反应产生闪烁的红外线辐射，使硫化铅光敏电阻感应，转变成电信号。对绝大部分红外线辐射都可以有效采集，同时还涵盖部分可见光中的红光，这样可保证采集到的火焰信号的真实性。IDD-Ⅱ型火焰检测器是一种红外线动态火焰检测器，它利用火焰高频闪烁原理，带有自动增益控制，探头采用硫化铅光电阻，火焰光线通过装于燃烧器风箱的迭镜组和光导纤维，送到炉外的硫化铅光电阻上。光纤是经过特殊处理的，可以减少红外线的传输损失。电子线路只响应闪烁信号或交流分量，而不受火焰距离和亮度影响，其结果是获得恒定的闪烁振幅。间接式火焰检测器可见光火焰检测器：美国CE公司在1979年开发成功SafeScan型可见光火焰检测器，该火焰测器的检测元件是硅光电二极管，火焰光线通过装于燃烧器风箱的迭镜组和光导纤维，送到炉外带有红外光学滤波的硅光二极管，光电转换后的电流信号经对数放大器放大，输出2.1～0.33V电压信号送至检测屏进行信号处理。该火检采用了带有红外滤波的硅光电二极管，可提高频率灵敏度和抗干扰能力。采用火焰强度、闪烁频率和检测器有无故障3信号复合处理的方法来判断相应的燃烧器和火球火焰的“有”和“无”，以提高检测的可靠性。该火焰监测器有Ⅰ型和Ⅱ型2种，前者用于检测炉膛火球的火焰，后者用于检测炉膛火球火焰的同时还可用于启停燃烧器的火焰检测。组合探头火焰检测器：这类检测器将紫外线或可见光和红外线两种探头组合起来，是一种新的发展趋势。具有同时检测不同燃料的能力，扩大了对燃料的红外线响应范围（如无烟煤、褐煤），因为这种煤种燃烧时会发出强度更高、频谱更广的红外线。（2）火焰光电管的光敏特性炉膛火焰的可见光通过透镜引出炉膛，经光纤传递，通过光电管将光信号转换成电信号。测量