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国臣SGS-炉膛安全给粉系统煤粉炉解决方案据统计自1980年以来，至少有30台锅炉发生炉膛放炮事故，以致水冷壁焊缝开裂，刚性梁弯曲变形，顶棚被掀起，烟道膨胀节开裂等设备损伤屡屡发生。究其原因：①设计上缺乏可靠的灭火保护和可靠的联锁、报警、跳闸装置；②炉膛刚性梁抗爆能力低；③运行人员处理燃烧不稳或熄火时方法不对，错误采用“爆燃法”抢救，导致灭火放炮；④燃料质量下降、负荷调节失当、给粉装置及控制机构突然失灵等。防止锅炉灭火放炮被列入1992年能源部颁《二十项反措》之五，2001年国家电力公司又颁发了《二十五项反措》第六章，包括炉膛安全监控系统（FSSS）在内的灭火保护装置在许多电厂推广使用。如今，FSSS已经成为火电厂的标准配置系统，在炉膛安全保护上起了关键的作用。部颁二十项重点反措之五，称为防止锅炉灭火放炮事故。《二十五项反措》第六章的提法是防止锅炉炉膛爆炸事故，因为炉膛发生爆炸而致炉膛损坏不仅发生在运行中灭火时，检修动火点燃聚集的可燃物及点火时吹扫不够同样会发生爆炸而导致炉膛损坏。从引起锅炉炉膛爆炸的机理分析，当只有以下3个条件同时存在时才有可能发生爆炸。1)锅炉炉膛内有一定浓度的燃料和空气积存。2)积存的燃料和混合物具有爆炸性。3)具有足够的点火能源。常见炉膛中造成爆炸条件的情况是：①运行中灭火，进入炉膛的燃料没有切，经过一段时间聚集的可燃物达至爆炸浓度并点燃；②一个或几个燃烧器火焰熄灭，而其余燃烧器仍正常燃烧。从未点燃的燃烧器进入燃料造成可燃物聚集；③燃料漏入停用中的炉膛造成可燃物聚集；④燃料或空气瞬时中断又恢复，造成可燃物聚集。可燃物聚集后引燃造成的炉膛压力升高超过炉膛承压设计强度，以致发生损坏，称为炉膛放炮或炉膛爆炸。不发生损坏的俗称“反正”或“打枪”。部颁二十项重点反措引入以下反事故措施：①一旦全炉灭火，应立即切断进入锅炉的全部燃料，包括给煤、给粉和点火用油、气等。即所谓主燃料切断（MFT）；②锅炉点火前必须通风，排除炉膛、烟风道及其他通道中的可燃物聚集。通风时必须将烟风挡板及调风器打开到一定的位置，风量应大于满负荷风量的25％，时间不少于5min，以保证换气量大于全部容积的5倍（德国TRD规定是3倍）；③点火时要维持吹扫风量；一个燃烧器投运10s内（不包括投煤及煤粉达到燃烧器所需的延滞时间）点不着，就应切断该燃烧器的燃烧。《二十五项反措》防止锅炉炉膛爆炸事故的主要措施如下：1)为防止锅炉灭火及燃烧恶化，应加强煤质管理和燃烧调整，稳定燃烧，尤其是在低负荷运行时更为重要。2)为防止燃料进入停用的炉膛，应加强锅炉点火及停炉运行操作的监督。3)保持锅炉制粉系统、烟风系统正常运行是保证锅炉燃烧稳定的重要因素。4)锅炉一旦灭火，应立即切断全部燃料；严禁投油稳燃或采用爆燃法恢复燃烧。5)锅炉每次点火前，必须按规定进行通风吹扫。6)锅炉炉膛结渣除影响锅炉受热面安全运行及经济性外，往往由于锅炉在掉渣的动态过程中，引起炉膛负压波动或灭火检测误判等因素而导致灭火保护动作，造成锅炉灭火。因此，除应加强燃烧调整和防止结渣外，还应保持吹灰器正常运行尤为重要。7)加强锅炉灭火保护装置的维护与管理。这些措施解决了常见炉膛中造成爆炸条件中的三个：①运行中灭火，进入炉膛的燃料没有切，经过一段时间聚集的可燃物达至爆炸浓度并点燃；②一个或几个燃烧器火焰熄灭，而其余燃烧器仍正常燃烧。从未点燃的燃烧器进入燃料造成可燃物聚集；③燃料漏入停用中的炉膛造成可燃物聚集；但是，造成爆炸条件的④燃料或空气瞬时中断又恢复，造成可燃物聚集和反事故措施①一旦全炉灭火，应立即切断进入锅炉的全部燃料，包括给煤、给粉和点火用油、气等。即所谓主燃料切断（MFT）逐渐成为现在电厂运行中的一个矛盾。不少电厂通过FSSS给粉机全停逻辑延时来处理这个矛盾，这必然带来炉膛在燃料中断时的炉膛熄火，再恢复时爆燃法点炉。但是，燃料中断的次数（如电网晃电时一般为两次）决定了炉膛给粉量的多少，也决定了爆燃的次数和强度。当中断次数超过一次，而每次给粉量不足爆燃浓度，必然造成爆燃的强度增加，引起爆炉。所以，延时，带来FSSS安全级别降低使用，存在爆炉隐患；不延时，因为给粉跳闸引起停炉，给生产带来巨大经济损失。这种新的矛盾主要是因为电厂给粉变频调速系统的缺陷引起的。1、电厂给粉变频调速系统的缺陷目前，多数电厂的给粉系统使用的变频调速系统，通过DCS或操作台输出4～20mA信号控制变频器的转速来实现给粉调节。变频器的起、停、故障和1C/2C电源等信号再返送给FSSS，FSSS通过这些信号来判断给粉全停逻辑，并引发MFT动作。给粉调速系统的配电柜，多采用1C/2C分别供电、3C备自投切换方式，当有MFT动作时，采用大联锁切除给粉变频1C/2C电源，停止供粉。这种给粉调速系统最大的问题就是抗晃电能力差。1）控制电路抗晃电能力差。这种给粉变频调速系统的成套比较陈旧，特别是靠操作台来控制调速的系统，控制电路都是设计安装在变频器柜内，当厂用电晃电时，控制电路失电，无法达到调速控制目的。有些DCS的信号输入需要电压－电流信号转换，这种转换模块也成套在变频柜内，当电网晃电时，这些信号也一样无法送达DCS。2）变频器本身抗晃电能力差。当厂用电瞬间跌落或备自投切换时，变频器会欠压保护，当电压恢复时，变频重启动。这是变频器设计原理决定的，所有厂家的变频器都存在这种问题。3）1C/2C接触器抗晃电能力差，有很多电厂存在晃电时接触器先跳闸的问题，但这是表面问题，即使接触器不跳闸，变频器也会因为瞬间失电跳闸，给粉系统一样无法正常工作。2、主要应对措施从根源上杜绝和制止晃电基本上是无法实现的，解决这一问题目前主要的应对措施有：1.FSSS的给粉机全停逻辑延时（2～5S），给粉机变频器设置快速重启动，等待电网恢复后给粉机变频器重启动，这既违反了电厂管理规程，又不能从根本上消除炉膛在晃电时的安全隐患。延时短，不可避免停炉；延时长，有更严重的事故隐患，延时签字人员还要为事故埋单。这种因为延时引起的爆炉事故也在很多电厂发生过。2.更换给粉机变频器。如ABpowerflex70s系列最大失电工作时间可以做140ms但也躲不过备自投切换的1.8S。另外原给粉变频调速系统的控制电路在晃电时仍无法正常工作。3.交流在线UPS。电厂的其他自动控制系统无一例外的配有220VUPS。但给粉调速系统为三相感性负载和单相阻性负载并存，因UPS容量、转换效率低、保护级别高、投资成本高等原因，也不适用于电厂给粉系统。3、直流支撑技术结合变频器原理和工作方式，直流支撑方式是解决变频器晃电跳闸的最好办法。1、变频器的雏形是直流变频器，交流变频器只是在直流变频器的前端加上了整流器。随着直流支撑技术的发展和开关电源技术的发展，变频器的控制电源（DC/DC)和主回路电源都来自于变频器内部的直流母线。新型变频器都有直流母线端子。2、直流支撑技术已经非常成熟。该技术从美国引进，最早做为AB变频器的特殊行业应用方案。随着变频器的技术发展，直流支撑解决变频器的低压跳闸，已在其他安全级别要求不高的行业有成熟的应用。如：江苏的美国醋纤（南通）公司，在1996年就使用了直流支撑技术解决变频器的低压跳闸。4、使用瓶颈火电厂要使用这种技术的瓶颈在哪儿？1、安全级别高。火电厂锅炉控制系统属于SIL3级，相当于AK5级。2、火电厂使用直流电源的关键是既要适时供电，又要紧要关头断电，且断的可靠性要求更高。3、安全给粉系统SIS部分要和FSSS联动，要进行FSSS的逻辑运算，厂商要熟悉电厂控制系统，要有电厂的现场经验，这是直流电源厂家不能做到的。从系统安全级别入手，从断的可靠性入手我们专为热电厂提供安全给粉系统彻底解决您的后顾之忧。第二章设计依据[SHB-206-1999]石油化工紧急停车及安全联锁系统设计导则[DLGJ116-93]火力发电厂锅炉炉膛安全监视系统设计技术规定GB/T13337.1-1991固定型防酸隔爆式铅酸蓄电池订货技术条件DL/T5044—1995火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定DL/T637—1997阀控式密封铅酸蓄电池订货技术条件DL/T459—2000电力系统直流电源柜订货技术条件DL/T724—2000电力系统蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程DL/T5120—2000小型电力工程直流系统设计规程DL/T781—2001电力用高频开关整流模块GB17478-1998低压直流电源设备的输出性能特性和安全要求JB/T8948-1999电控设备用低压直流电源B4208-1993外壳保护等级（IP代码）GB4026-1992设备接线端子和规定电线端鉴别标志以及、文字和数字系统一般应用原则GB50150-91电气装置安装工程电气设备交接试验GB50168-92电气装置安装工程电气电缆线路施工及验收GB50172-92电气装置安装工程蓄电池施工及验收规范GB50254-92电气装置安装工程低压电器施工及验收GB50171-92电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范第三章SIS炉膛安全给粉系统组成1、SIS系统组成1、直流电源子系统2、炉膛安全联锁子系统(SafetyInterlockingSystem)3、主站监控软件2、直流电源子系统的原理1)、单台电机工作原理图：（图略）系统由电池组、充电器、监测单元和SIS执行单元等组成针对电厂的实际情况,我们决定采用多台电机工作模式2）、下图是多台电机的工作模式图（图略）多台电机工作模式：M1，M2，M3同时设计于同一控制系统中为低压电机群的工作模式；3、直流电源子系统主要设备Ø蓄电池组蓄电池采用免维护阀控式全密封铅酸电池。Ø充电器充电器的功率逆变管采用进口快速IGBT，其余元件采用进口工业等级器件，生产工艺严格完整，保证机器的可靠性和稳定性。输出电压和电流均可连续调节。具有强大的保护功能(输入过流、过压、欠压保护；输出短路，过流，过压保护；整机过热保护)。模块内取消了所有电位器，基准校正和控制全部采用12位D/A转换，精度高，参数性能稳定，调节方便。充电模块采用可带点插拔技术，输出采用隔离设计。模块工作频率高，近300KHZ，体积小，抗干扰能力强。内置E2ROM，通过人机界面设置的参数自动保存到充电模块，掉电不丢数据。ØSIS执行单元执行单元由断路器和接触器冗余组成，控制关系为断路器锁定接触器，能准确地执行直流电源子系统的投入撤出转换。Ø监测单元用监测单元和人机操作界面组成监控系统，具有充电模块输出电压设定,充电电流限值设定,运行参数显示,故障报警存储，SOE事件记录以及蓄电池状态监测和直流回路状态监测，并可通过485总线和主站通讯。监测单元结构图4、炉膛安全联锁子系统(SIS)SIS是安全给粉系统(SGS)的主控系统，是FSSS的联锁控制部分。负责监测各种交直流电源信号、保护动作信号，控制安全给粉系统直流电源的备份、投运和退出过程。每一回路都由检测、控制和执行单元三部分组成。采用工业级三相异步电机保护模块MDS-1做检测单元，保证系统的可用度。采用通过美国SIL3认证的ABLOGIX顺序控制器做为每台炉的主控制单元。采用ABBS2断路器和直流接触器做单一直流回路的冗余执行单元保证系统的可靠性。4.1MDS-104工业级三相异步电机保护单元4．1．1功能特点三表法测量准确测量三相交流电压、电流、有功、无功、频率、功率因数、零序电流等电参量，可以测量变频器输出。具有3路独立的开关量输出，可以作为遥控、跳闸或者告警6路开关量输入，同时可以作为脉冲量输入2路直流采样,可以接各种变送器两路通信接口，支持MODBUS规约FFT算法，可计算1－8次谐波三相异步电动机的反时限过负荷（热过载）保护、不平衡（负序过流）保护、启动时间过长保护、堵转保护、接地（零序过流）保护、欠电压保护、过电压保护三相电动机转子断条、轴承损坏、绝缘监测等故障诊断功能4．1．2交流输入交流输入包括A、B、C三相电压和电流。电流是直接把线穿入小型电流互感器的圆孔。电压则采用6个各端子。分别为UA,UA1；UB,UB1；UC,UC1；其中UA,UA