鍋爐是火力發(fā)電廠的主要設備之一。燃料在爐膛里燃燒，進行能量轉(zhuǎn)換，如果風、燃料及系統(tǒng)參數(shù)配合不當，就有可能造成燃燒不穩(wěn)或滅火。爐膛滅火后，如果發(fā)生誤操作，就可能發(fā)生爆炸而造成嚴重的設備損害事故。因此，安裝爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)，是防止因易燃物積存和誤操作而造成鍋爐事故的重要措施。
鍋爐設備包括鍋爐本體及其輔助設備，如給水泵、風機和制粉設備等。鍋爐設備的保護隨其容量、參數(shù)、運行方式和熱力系統(tǒng)不同而有很大差異，一般設有主蒸汽壓力、汽包水位、爐膛安全、再熱氣溫高、減負荷，緊急停爐、給水泵連鎖、爐、機、電大連鎖等保護措施。
其中，對爐膛及系統(tǒng)進行保護的設備稱為爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)，或稱安全監(jiān)控裝置。

對爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)功能的設計，應依據(jù)鍋爐機組容量的大小和所用的燃料特性而定。
1. 鍋爐容量對爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的要求
鍋爐容量不同，其要求爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)所應達到的功能也有很大差異，具體設計時，應根據(jù)實際情況和有關(guān)規(guī)定進行。爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)主要功能大致可歸納為以下五項：
(1)爐膛吹掃。
(2)油槍或油槍組程序控制。
(3)爐膛火焰檢測。
(4)磨煤機組程序啟停和給煤機、磨煤機保護邏輯。
(5)主燃料調(diào)整。

2. 爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)功能說明
(1)鍋爐點火前必須對爐膛進行吹掃。吹掃開始和吹掃過程中必須滿足吹掃條件，吹掃條件應根據(jù)鍋爐容量和制粉系統(tǒng)型式而定。
(2)爐膛滅火保護系統(tǒng)和機電爐大連鎖系統(tǒng)宜相互獨立，MFT(主燃料跳閘)信號宜軟、硬兩條通道作用于最后執(zhí)行對象。
(3)不是因引風機、送風機掉閘引起的MFT動作，引、送風機不能跳閘；由于引風機、送風機跳閘引起MFT動作后，應延時打開所有引、送風機擋板，并保持全開狀態(tài)下自然通風不少于15min。

(一)爐膛火焰檢測

火焰檢測裝置是FSSS系統(tǒng)的關(guān)鍵設備?；鹧鏅z測器根據(jù)火焰的物理特性對燃燒工況進行檢測。當火焰狀態(tài)不正?；驕缁饡r，可按一定方式給出信號，作為故障報警或FSSS的邏輯判斷條件。
1. 火焰檢測裝置的類型
火焰檢測裝置一般由探頭、傳輸電纜、信號處理裝置等組成，三者均有各自相應的類型。常用的火焰檢測裝置有：
(1)離子式火焰檢測裝置。
(2)可見光式火焰檢測裝置。
(3)紫外線式火焰檢測裝置。
(4)紅外線式火焰檢測裝置。

(二)爐膛壓力檢測

1. 爐膛壓力取壓裝置及取樣管路的安裝
(1)取樣一般要求。
①取壓點的選擇。取壓點要選在被測介質(zhì)作直線流動的直接管段上，不能選擇在拐彎、分岔、死角或其他能形成旋渦的地方。測量流動介質(zhì)的壓力時，傳壓管應與介質(zhì)流動方向垂直。傳壓管口應與工藝設備管壁平齊，不得有毛刺。測量液體的壓力時，取樣點應在管道下部，以免傳壓管內(nèi)存有氣體；測量氣體壓力時，測點應在水平管道上部。測量低于0.1MPa的壓力，選擇取樣點時，應盡量減少液柱重量引起的誤差。
②傳壓管路的敷設。傳壓管的粗細、長短應選取合適。一般內(nèi)徑6～10mm，長3～50m。水平安裝的傳壓管應保持1:10~1:20的傾斜度。不應該有機械應力。

③壓力測量儀表的安裝。壓力測量儀表應安裝在滿足規(guī)定的使用環(huán)境條件和易于觀察、維修的地方。儀表在有振動的場所使用時，應加裝減振器。在儀表的連接處，應根據(jù)被測壓力的高低和介質(zhì)性質(zhì)，加裝適當?shù)膲|片。中壓及以下可使用石棉墊、聚乙烯墊，高溫高壓下使用退火紫銅墊。測量有腐蝕性或黏度較大的介質(zhì)壓力時，應加裝隔離裝置。當測量波動頻繁的介質(zhì)壓力時，應加裝緩沖器或阻尼器。

(2)一般須開3～4個直徑100mm的取壓孔。其取樣點位置，按爐型由制造廠確定。一般在距離爐頂2～3m處兩側(cè)墻和前墻上開孔，每側(cè)開孔應均勻分布。插入的取樣管口與內(nèi)爐墻面平齊并下斜約45°～60°。取樣管與墻體接觸處應嚴密不漏風。取樣孔四周1.5m內(nèi)不應有吹灰孔，以免吹灰時干擾爐膛壓力的檢測值。如果是對已運行過的鍋爐開孔，開空標高與原有取壓孔一致，且與原取壓孔之間的水平距離應大于2m。其他要求與原有取壓孔一致。
(3)各取壓孔必須單獨使用，脈沖管路不得緊貼爐墻或其他熱體敷設。

(4)在取壓位置與變送器之間可裝設緩沖容器(亦稱平衡容器)，但必須考慮由此引起的傳輸延時作用。一般情況下緩沖容器的時間常數(shù)t應不大于2s。另外可采取在緩沖容器與取壓裝置之間裝一縮孔的方法進行延時，容積為38L的緩沖容器配孔徑2.4mm的縮孔是最佳的安裝組合。

2.壓力保護定值的確定
(1)爐膛壓力高、低報警值和保護(MFT動作)定值及延遲時間由鍋爐制造廠和電力設計院確定。如屬于已運行的鍋爐，因無廠家和設計控制指標，則應根據(jù)實際情況通過試驗確定，并按以下幾點作為確定定值的依據(jù)：

①鍋爐正常啟動和停運過程中爐膛壓力波動的幅值；

②爐膛強度；

③實際滅火試驗所測得的爐膛壓力數(shù)值。
(2)爐膛壓力的越限報警值，應適當大于鍋爐正常啟、停時的最大壓力值。

(3)保護動作值的確定，首先應考慮能保障人身和設備安全，但又不可過于保守，以致造成不必要的頻繁保護動作。所以，爐膛負壓保護動作值，可考慮選用鍋爐額定負荷情況下，火焰消失時的最大負壓值的50%。
(4)爐膛壓力保護動作值應低于爐膛強度設計值。隨著鍋爐服役年限的延長，尤其是對曾經(jīng)發(fā)生過爐膛爆炸事故的鍋爐，其爐膛強度必然有所下降，因此在確定爐膛壓力保護定值時，必須充分考慮這些因素。
(5)鍋爐在正常操作或異常工況下，爐膛可能產(chǎn)生瞬時的壓力波動。為了抑制由此而造成的報警或保護動作，可在系統(tǒng)內(nèi)適當增加阻尼環(huán)節(jié)。
(6)爐膛壓力保護動作值及動作延遲時間的確定，必須經(jīng)總工程師批準后方可在運行中實施。
(7)壓力信號應選用“三取二”邏輯運算信號。

3. 開關(guān)量壓力變送器
(1)爐膛安全保護系統(tǒng)的正、負壓開關(guān)，必須選購質(zhì)量可靠、性能滿足實際要求的開關(guān)量變送器。
(2)關(guān)于壓力(包括微壓、負壓)變送器的工作原理，可參閱有關(guān)內(nèi)容。

FSSS (furnace safeguard supervisory system)稱為鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)，又稱為燃燒器控制系統(tǒng)/燃燒器管理系統(tǒng)BMS (burner manage system)或燃料燃燒安全系統(tǒng)。它的主要功能是在鍋爐啟動和運行的各個階段，防止爐膛的任何部位積聚燃料和空氣的混合物，防止鍋爐發(fā)生爆燃而損壞設備，并能對鍋爐各類燃燒器的投入、切除自動控制，同時對燃燒系統(tǒng)的運行工況連續(xù)監(jiān)視，對異常工況作出快速反應及處理。國產(chǎn)鍋爐過去很少考慮爐膛安全保護的問題，在鍋爐啟動和運行中常發(fā)生爐膛滅火而引起爐膛爆炸事故。其主要原因是鍋爐中缺少防爆設備條件——連鎖、報警和跳閘保護。因此，大容量鍋爐設置爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)是極為重要的。本部分介紹以爐膛安全監(jiān)視控制系統(tǒng)工作原理為例介紹FSSS系統(tǒng)的組態(tài)設計過程。

(一)FSSS系統(tǒng)的必要性
大容量鍋爐需要控制的燃燒設備數(shù)量比較多，有點火裝置、油燃燒器、煤粉燃燒器，還有輔助風(二次風)擋板等。燃燒器的操作過程也比較復雜，點火油槍的投入操作包括點火油槍推進、開霧化蒸汽(或霧化空氣)閥、開進油閥等，停用操作包括關(guān)進油閥、油槍吹掃、油槍退出等。煤粉燃燒器的投入操作包括開磨煤機出口擋板、開熱風門、暖磨、磨煤機啟動、給煤機啟動等；煤粉燃燒器的停用操作包括停給煤機、關(guān)熱風門、停磨煤機、磨煤機吹掃等。對一般不能伸進和退出的點火裝置(或點火器)以及燃燒器的火焰檢測器等均要有冷卻措施，為此還設置了冷卻風機(由交、直流電動機拖動，其中直流電動機備用)。由此可見，即使投入和切除一組燃燒器也需要相對多的操作步驟和監(jiān)視判斷的項目。在鍋爐啟?；虬l(fā)生事故情況下，燃燒器的操作工作更加煩瑣。所以大容量鍋爐的燃燒器必須采用自動順序控制。

(二)爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)基本構(gòu)成

1.系統(tǒng)構(gòu)成
通常一套完整的爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)可以分為四個部分，即運行人員控制盤、邏輯控制系統(tǒng)、驅(qū)動裝置及檢測敏感元件。
(1)運行人員控制盤。運行人員控制盤包括所有的指令器件(燃燒器點火、熄火操作按鈕或控制指令)，它們用來操作燃燒設備及所有反饋器件(如燃燒器運行工況指示燈和異常工況的報警指示燈)。反饋器件可用來監(jiān)視燃燒設備的狀態(tài)，這些器件通常配置在中央控制室內(nèi)操作盤上。鍋爐啟動時的燃燒器點火與停爐時燃燒器的熄火都在該操作盤上進行，根據(jù)盤上的信號顯示能及時、準確地判斷發(fā)生故障的設備，便于及時處理。

(2)邏輯控制系統(tǒng)。邏輯控制系統(tǒng)比較復雜，是整個爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的核心，該系統(tǒng)根據(jù)操作盤(或計算機指令)發(fā)出的操作命令和控制對象傳出的檢測信號進行綜合判斷和邏輯運算，得到結(jié)果后發(fā)出控制信號用來操作相應的控制對象(如燃燒系統(tǒng)的燃料閥門、風門擋板等)。邏輯控制對象完成操作動作后，經(jīng)過檢測，再由邏輯控制系統(tǒng)發(fā)生返回信號送至操作盤，告知運行人員設備的操作運行狀況。

(3)驅(qū)動裝置——執(zhí)行機構(gòu)。驅(qū)動裝置是指燃燒器系統(tǒng)中各種閥門的驅(qū)動機構(gòu)，如電磁閥、控制閥、油槍和點火油槍伸進和退出的氣動(電動)執(zhí)行機構(gòu)、給煤機、磨煤機的電動機驅(qū)動器、風門擋板驅(qū)動裝置和風機的電動機的驅(qū)動裝置等。

(4)檢測敏感元件。檢測敏感元件包括反映各驅(qū)動器位置信息的元件，如限位開關(guān)等；反映諸如燃料壓力、溫度、流量和火焰出現(xiàn)與否等各種參數(shù)及狀態(tài)的器件如壓力開關(guān)、溫度開關(guān)、流量開關(guān)、點火變壓器、火焰檢測器等。

2.邏輯控制系統(tǒng)的類型
FSSS的邏輯控制系統(tǒng)有繼電器式、邏輯組件式和以微處理器為中心的計算機式或可編程控制器式等三種類型。

(1)繼電器式。邏輯控制系統(tǒng)由繼電器組成。

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(2)邏輯組件式。用專用固定接線順序控制器的系統(tǒng)被稱為邏輯組件式控制系統(tǒng)，由于這種系統(tǒng)所控制的對象操作規(guī)律是固定不變的，所以可對某些功能控制實行固定接線的方式，這樣可使裝置既簡單又可靠，可做成積木式，避免了電磁式控制系統(tǒng)的缺點。但如在運行調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)部分功能設計不能滿足使用要求，需要改進時，就必須改動邏輯功能卡或改動邏輯接線(或調(diào)換)，耗費一定的工作量。

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(3)可編程控制器式。微處理器的程控裝置具有速度快、可靠性高、控制系統(tǒng)的構(gòu)成簡單、功能強、程序可變等優(yōu)點。從邏輯結(jié)構(gòu)上看，它分為上位邏輯和下位邏輯，上位邏輯又分公共邏輯和層邏輯，下位邏輯就是具體控制對象(如煤粉燃燒器)的角邏輯回路。每個上位邏輯都有三個CPU，按三取二的原則實現(xiàn)各種功能，下位角邏輯有一個CPU。采用這種結(jié)構(gòu)，能確?？煽啃圆⑶冶阌谠诰€檢修。專門設計的面向控制問題的組態(tài)語言，可以方便地修改、設計控制功能。

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3. FSSS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點
FSSS采用分層邏輯結(jié)構(gòu)，控制操作更加靈活。公共邏輯是對全部燃燒器進行監(jiān)控，實現(xiàn)MFT (main fuel trip——主燃料跳閘或鍋爐緊急停爐)、FCB(fast cut back——快速切除負荷，汽輪發(fā)電機全甩負荷)、RB(run back——主要輔機局部故障，自動減負荷)功能的邏輯回路。層邏輯回路則是對層燃燒器進行自動點火、熄火控制和狀態(tài)監(jiān)視的回路。角邏輯回路則是對其中一臺燃燒器或點火器實現(xiàn)控制的回路。運行中，操作指令(計算機指令或手動控制指令)送至上位邏輯，再由它向各個下位邏輯發(fā)指令，對角邏輯回路實現(xiàn)控制。如果上位邏輯發(fā)生故障，仍可以通過下位邏輯或現(xiàn)場操作，對燃燒器實現(xiàn)控制，不會影響鍋爐運行。如果下位邏輯發(fā)生故障，則僅僅影響該邏輯控制的燃燒器運行，其他運行的燃燒器仍能繼續(xù)運行。

(三)爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能
爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能是確保鍋爐安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定地運行，為達到此目的，首要解決爐膛爆燃問題。爐膛爆燃的原因是煤粉在空氣中達到一定的濃度范圍，遇明火源發(fā)生爆炸，致使爐膛受熱面及燃燒設備被破壞。因此，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)中必須考慮設置具有能避免由于燃料系統(tǒng)故障或運行人員誤操作而造成的爐膛爆燃事故的功能。維持連續(xù)和穩(wěn)定的燃燒過程也是鍋爐運行中的一個重要問題。單元機組在低負荷或甩負荷工況下，鍋爐燃料急劇減少，往往會出現(xiàn)不穩(wěn)定燃燒工況，故在系統(tǒng)中應考慮在低負荷工況時自動點燃油燃燒器穩(wěn)定燃燒，以及在汽輪發(fā)電機甩負荷時能自動保留鍋爐穩(wěn)定燃燒而不滅火的控制功能。此外，在機組及鍋爐發(fā)生重大事故或局部故障(輔機部分跳閘限制負荷)時，為了保證安全，往往需要及時地切斷全部燃料或縮減燃料，此系統(tǒng)亦應具有這種功能。
爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)還能根據(jù)不同的運行方式，進行燃燒器投切操作及點熄火自動控制，并相應控制燃燒器風門擋板的狀態(tài)，從而改善鍋爐燃燒工況，提高運行性能及經(jīng)濟性。
因此，爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能有：
(1)爐膛清掃。
(2)輕油、重油系統(tǒng)泄漏檢查及輕油、重油快關(guān)閥控制。
(3)燃燒器火焰檢測及全爐膛火焰檢測——爐膛滅火保護。
(4)鍋爐緊急停爐(MFT)時，燃料的切斷控制。
(5)燃燒器的點、熄火自動控制。
(6)風門擋板控制。
(7)現(xiàn)場手動操作。
(8)在電網(wǎng)事故或汽輪發(fā)電機跳閘時，鍋爐燃料快速減少控制，鍋爐維持低負荷運行的控制，實現(xiàn)停機不停爐或帶廠用電運行(FCB)。
(9)部分主要輔機故障，自動減負荷(RB)時，燃燒器臺數(shù)控制。