FSSS在南陽(yáng)石蠟精細(xì)化工廠(chǎng)煤粉鍋爐中的應(yīng)用

王秀慧 （中石化河南油田分公司精蠟廠(chǎng)機(jī)動(dòng)部?jī)x修分部，河南 南陽(yáng)473132）

魏佳偉 （中石化河南油田分公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院，河南 南陽(yáng)473132）

南陽(yáng)石蠟精細(xì)化工廠(chǎng)煤粉鍋爐不僅給各裝置提供合格的蒸汽，同時(shí)給汽輪發(fā)電機(jī)組提供動(dòng)力，具有電站鍋爐和工業(yè)鍋爐的雙重特性。因此，煤粉鍋爐的安全燃燒對(duì)整個(gè)廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行極為重要。為此，南陽(yáng)石蠟精細(xì)化工廠(chǎng)按電站鍋爐安全運(yùn)行規(guī)程配備了鍋爐爐膛安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng) （FSSS）。FSSS在鍋爐正常工作和啟動(dòng)方式下，連續(xù)密切地監(jiān)視燃燒系統(tǒng)的大量參數(shù)與狀態(tài)，不斷地進(jìn)行邏輯判斷與運(yùn)算，必要時(shí)發(fā)出動(dòng)作指令。通過(guò)種種聯(lián)鎖設(shè)置，使燃燒設(shè)備中有關(guān)部件嚴(yán)格按既定的合理安全程序完成必要的操作或處理未遂事故，在完成自動(dòng)點(diǎn)火的同時(shí)保證鍋爐燃燒系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

為了確保煤粉爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)對(duì)鍋爐運(yùn)行進(jìn)行科學(xué)的調(diào)度管理，在集控室設(shè)計(jì)安裝一套分散控制系統(tǒng) （distributed control system，DCS），另外將動(dòng)力站已有的1臺(tái)65t／h燃油鍋爐和3000kW汽輪發(fā)電機(jī)組的控制也納入該控制系統(tǒng)。

1 鍋爐裝置及工藝流程

1．1 裝置

1）75t／h煤粉爐裝置 采用以煤替代燃油做動(dòng)力能源，不僅符合國(guó)家有關(guān)的能源和節(jié)能政策，而且在保證廠(chǎng)供熱質(zhì)量和供熱穩(wěn)定的前提下，可有效地提高精蠟廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)為我廠(chǎng)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)保障。

2）75t／h中溫中壓煤粉爐 采用室外布置，與現(xiàn)有的3000kW背壓發(fā)電機(jī)組配用；并建設(shè)相應(yīng)的貯煤、輸煤、制粉、除塵、除渣和脫硫系統(tǒng)等；現(xiàn)有的一臺(tái)65t／h和一臺(tái)35t／h燃油鍋爐做備用爐，鍋爐房總安裝容量為175t／h。

1．2 工藝流程

1）原煤貯煤和預(yù)處理系統(tǒng) 原煤貯煤和預(yù)處理系統(tǒng)工藝流程如下：汽車(chē)運(yùn)煤→電子汽車(chē)衡→密閉干煤棚→煤場(chǎng)裝載機(jī)→給煤機(jī)→一級(jí)皮帶輸送機(jī)→除鐵器、滾筒篩、破碎機(jī)→二級(jí)皮帶輸送機(jī)→電子稱(chēng)→除鐵器→貯煤斗。

2）燃燒系統(tǒng) 燃燒系統(tǒng)工藝流程如下：

3）煤粉制備與輸送系統(tǒng) 煤粉制備與輸送系統(tǒng)工藝流程如下：原煤貯煤斗→給煤機(jī)→球磨機(jī)→粗粉分離器→細(xì)粉分離器→煤粉倉(cāng)→給粉機(jī)→一次風(fēng)管→煤粉燃燒器。原煤從原煤倉(cāng)落下后，通過(guò)給煤機(jī)均勻地送入鋼球磨煤機(jī)被磨成煤粉。送風(fēng)機(jī)將冷空氣送至空氣預(yù)熱器加熱成熱風(fēng)，其中一部分熱風(fēng)作為二次風(fēng)由噴煤器噴入爐膛，另一部分熱風(fēng)作為干燥劑送入鋼球磨煤機(jī)，對(duì)原煤進(jìn)行干燥并將氣粉混合物帶出鋼球磨煤機(jī)。氣粉混合物經(jīng)木塊分離器分離出木塊后再經(jīng)粗粉分離器分離，分離出來(lái)不合格的粗煤粉，經(jīng)回粉管又回到磨煤機(jī)中重新磨制。合格的氣粉混合物送入細(xì)粉分離器 （旋風(fēng)分離器），大部分煤粉從干燥劑中分離出來(lái)送入煤粉倉(cāng)中，分離后的干燥劑 （乏氣）送往排粉機(jī)。煤粉倉(cāng)中的煤粉通過(guò)葉輪給煤機(jī)，按照鍋爐燃燒的需要均勻的落入一次風(fēng)管。從旋風(fēng)分離器出來(lái)的干燥劑帶著未分離出來(lái)的煤粉經(jīng)排粉機(jī)提高風(fēng)壓送出。

2 FSSS系統(tǒng)

2．1 FSSS系統(tǒng)構(gòu)成

FSSS系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。控制柜是該系統(tǒng)的核心，它通過(guò)對(duì)不同輸入狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算、判斷后發(fā)出各種指令信號(hào)，控制著整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。外圍檢測(cè)部件主要包括爐膛壓力變送器、汽包壓力變送器、及與其配套的二次儀表，火焰檢測(cè)探頭等；執(zhí)行部件包括高能點(diǎn)火器、推進(jìn)器、汽缸球閥，給煤機(jī)等用來(lái)控制油、氣、煤粉燃料。

圖1 FSSS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2．2 FSSS系統(tǒng)的功能

1）爐膛吹掃 每次主燃料跳閘 （MFT動(dòng)作）后都必須對(duì)爐膛進(jìn)行吹掃，以便把任何可燃物質(zhì)清除爐膛。吹掃必須連續(xù)不斷地進(jìn)行5min。當(dāng)下列所有條件滿(mǎn)足時(shí)，吹掃允許指示燈亮 （變綠）即可啟動(dòng)吹掃：①油、氣主閥、角閥全關(guān)；②排粉風(fēng)機(jī)停；③給粉機(jī)全停；④火檢全無(wú)火；⑤送、引風(fēng)機(jī)運(yùn)行；⑥水位、爐膛壓力正常。

如果有一個(gè)或多個(gè)吹掃所需要的條件得不到滿(mǎn)足，運(yùn)行人員應(yīng)調(diào)整相應(yīng)的設(shè)備，以使?fàn)t膛吹掃所需要的條件得到滿(mǎn)足。在吹掃計(jì)時(shí)時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)SSS將自動(dòng)閉鎖點(diǎn)火系統(tǒng)，吹掃進(jìn)行燈閃爍，如任一吹掃條件失去，則本吹掃失敗，吹掃 “中斷”燈亮。待條件具備后方可啟動(dòng)第二次吹掃并重新計(jì)時(shí)。吹掃過(guò)程中，操作人員可手動(dòng)MFT中斷吹掃，即產(chǎn)生MFT跳閘條件。在全部吹掃條件滿(mǎn)足的情況下啟動(dòng)吹掃5min后，吹掃 “完成”指示燈亮，指示吹掃完成。

2）預(yù)點(diǎn)火爐 膛吹掃結(jié)束MFT復(fù)位后即可進(jìn)行預(yù)點(diǎn)火，它是用來(lái)把與釋放燃料有關(guān)的設(shè)備置于點(diǎn)火的準(zhǔn)備狀態(tài)，同時(shí)發(fā)出一個(gè)允許點(diǎn)火的信號(hào)。吹掃完成后在DCS上復(fù)位MFT，“爐膛備好”點(diǎn)亮。開(kāi)啟主油閥，系統(tǒng)邏輯判斷下列條件是否滿(mǎn)足 （相應(yīng)條件指示燈亮），否則應(yīng)做相應(yīng)的檢查和調(diào)整。爐膛點(diǎn)火允許條件如下：①無(wú)MFT動(dòng)作條件存在；②火檢冷卻風(fēng)母管壓力正常；③爐膛吹掃完成。油點(diǎn)火允許條件如下：①爐膛點(diǎn)火允許；②主油閥開(kāi)；③供油母管壓力不低于1．0MPa。燃料氣點(diǎn)火允許條件如下：①任一火檢有火。②燃料氣母管壓力不低0．015MPa。以上條件滿(mǎn)足時(shí)，相應(yīng) “允許點(diǎn)火”指示燈變綠，可以進(jìn)行點(diǎn)火。

3）自動(dòng)點(diǎn)火 （1）點(diǎn)火條件。系統(tǒng)具有遠(yuǎn)方和就地點(diǎn)火2種形式，系統(tǒng)邏輯判斷下列點(diǎn)火條件滿(mǎn)足后方可進(jìn)行自動(dòng)點(diǎn)火：①預(yù)點(diǎn)火條件滿(mǎn)足；②所選擇的點(diǎn)火角的支路油閥 （氣動(dòng)）、吹掃閥在關(guān)位，點(diǎn)火槍在退位，點(diǎn)火角無(wú)火焰；③按 “點(diǎn)油”按鈕，給出遠(yuǎn)程點(diǎn)火允許；④按 “投入油”按鈕，程序?qū)错樞驁?zhí)行點(diǎn)火操作：首先開(kāi)吹掃閥90s后關(guān)閉，推進(jìn)點(diǎn)火槍?zhuān)c(diǎn)火槍到位后激勵(lì)點(diǎn)火器開(kāi)角油閥，20s后點(diǎn)火槍退回；如所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)火角指示燈亮則該角點(diǎn)火成功，如支路油閥 （氣動(dòng)）開(kāi)20s后未檢測(cè)到火焰，則油閥關(guān)閉 （注：各油角投入前應(yīng)將各手閥打開(kāi)。柴油槍投入無(wú)吹掃。為保證鍋爐安全，點(diǎn)火應(yīng)逐只進(jìn)行）。

（2）油槍的切除操作。當(dāng)下列任一條件出現(xiàn)時(shí)，都能引起油槍的切除：①M(fèi)FT跳閘；②該角油槍失去火焰 （2s以上）；③點(diǎn)火失?。虎懿僮魅藛T手動(dòng)切除。

（3）油槍退出。若某角油槍在投運(yùn)，操作人員按 “退出油”按鈕，則關(guān)閉油閥，開(kāi)吹掃閥 ，90s后關(guān)吹掃閥，“退出”按鈕點(diǎn)亮。

4）火檢監(jiān)測(cè) 爐膛火焰喪失：①任意一油角滅火時(shí) （延時(shí)2s仍無(wú)火焰），退出相應(yīng)油角；②全部燃煤或油、氣、煤混燃時(shí)，全部火檢無(wú)火，則爐膛滅火，MFT跳閘。

5）主燃料跳閘 （MFT） 系統(tǒng)具有首次跳閘原因的顯示記憶功能，當(dāng)引起鍋爐跳閘的第一個(gè)原因出現(xiàn)后，顯示并記憶這個(gè)原因，同時(shí)閉鎖其他接踵而來(lái)的原因。爐膛吹掃完成后，首次跳閘原因顯示才能消除。

當(dāng)發(fā)生下列任一條件時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出MFT信號(hào)，并立即切斷進(jìn)入爐內(nèi)所有燃料：①爐膛壓力低（-750Pa、2／2邏輯、延時(shí)2s）；②爐膛壓力高 （＋750Pa、2／2邏輯、延時(shí)2s）；③汽包水位低（-150mm、2／2邏輯、延時(shí)10s）；④汽包水位高 （＋150mm、2／2邏輯、延時(shí)10s）；⑤爐膛火焰喪失；⑥引風(fēng)機(jī)跳閘；⑦送風(fēng)機(jī)跳閘；⑧手動(dòng)MFT （注：以上條件除 “手動(dòng)MFT”外，全部設(shè)投切按鈕）。

MFT動(dòng)作后，F(xiàn)SSS的LCD顯示報(bào)警和熱工信號(hào)報(bào)警，并顯示首次跳閘原因，同時(shí)發(fā)生下列指令：①聯(lián)跳排粉風(fēng)機(jī)、所有給粉機(jī)、磨煤機(jī)、給煤機(jī)；②聯(lián)跳柴油、渣油、燃料氣主閥、各支閥；③關(guān)閉減溫水電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 （防止蒸汽帶水），“爐膛備好”指示熄滅。具體聯(lián)鎖示意圖如圖2所示。

圖2 主燃料跳閘 （MFT）聯(lián)鎖示意圖

3 FSSS在DCS上的實(shí)現(xiàn)

3．1 DCS順控的實(shí)現(xiàn)

筆者采用HOLLIAS-MACS系統(tǒng)。HOLLIAS-MACS系統(tǒng)提供了3種POU程序組織單元：

1）程序 是唯一可執(zhí)行的POU，可以通過(guò)任務(wù)組態(tài)來(lái)激活一個(gè)程序，它可以調(diào)用其他程序，也可以調(diào)用其他功能塊和函數(shù)。

2）功能塊 在被執(zhí)行時(shí)，可投入一個(gè)或多個(gè)輸出值輸出，可調(diào)用功能塊、函數(shù)。

3）函數(shù) 在被執(zhí)行時(shí)會(huì)對(duì)一系列特定的輸入產(chǎn)生一個(gè)唯一的輸出結(jié)果，這個(gè)輸出結(jié)果被賦給函數(shù)本身，它可以調(diào)用其他函數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，筆者使用功能塊型POU，在此種類(lèi)型的POU中調(diào)用順控模塊HSSCS5實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜的聯(lián)鎖控制。在鍋爐的聯(lián)鎖中，排粉風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖設(shè)計(jì)關(guān)乎整個(gè)制粉系統(tǒng)乃至鍋爐的安全運(yùn)行。對(duì)于排粉風(fēng)機(jī)，從電氣來(lái)的輸入信號(hào) （排粉風(fēng)機(jī)變頻頻率、變頻狀態(tài)、工頻狀態(tài)、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、電氣故障），DCS內(nèi)部邏輯點(diǎn) （總跳閘動(dòng)作信號(hào)MFTDZ、聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)信號(hào)J-3-OLC、初始脈沖信號(hào)MMJFW），通過(guò)DCS的HCSS5的邏輯判斷，輸出聯(lián)鎖信號(hào)Q1，用來(lái)啟動(dòng)、聯(lián)鎖排粉風(fēng)機(jī)，從而達(dá)到方便操作，安全停機(jī)的目的。具體的聯(lián)鎖功能如圖3所示。排粉風(fēng)機(jī)的聯(lián)鎖應(yīng)用可以輕松的實(shí)現(xiàn)3個(gè)功能：清晰地分析出事故停機(jī)時(shí)，排粉風(fēng)機(jī)停機(jī)的原因；實(shí)現(xiàn)在DCS上自動(dòng)啟動(dòng)、停止排粉風(fēng)機(jī)；能不斷的顯示排粉風(fēng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，并在事故狀態(tài)下，能安全有效地聯(lián)鎖制粉系統(tǒng)。

圖3 排粉風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖功能示意圖

3．2 FSSS中火檢在DCS的邏輯實(shí)現(xiàn)

火檢放大器輸出火焰信號(hào)、火檢放大器自檢故障信號(hào)，給DCS參與邏輯運(yùn)算。當(dāng)可編程邏輯控制器得到火焰信號(hào)后，其一，可用于其自動(dòng)點(diǎn)火功能，能夠自動(dòng)控制點(diǎn)火器、推進(jìn)器；其二，可用于燃料安全功能，使鍋爐停爐，切斷與跳閘有關(guān)聯(lián)的油氣閥。

4 結(jié) 語(yǔ)

從使用效果來(lái)看，F(xiàn)SSS應(yīng)用良好，能夠滿(mǎn)足鍋爐安全平穩(wěn)運(yùn)行的需要。經(jīng)過(guò)多年使用，配合定期精心維護(hù)，這套鍋爐監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的故障率降低到最低點(diǎn)，為鍋爐的正常運(yùn)行保駕護(hù)航。

［1］DL／T1091-2008，火力發(fā)電廠(chǎng)鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程 ［S］．