FSSS在南阳石蜡精细化工厂煤粉锅炉中的应用

2013-01-06王秀慧中石化河南油田分公司精蜡厂机动部仪修分部河南南阳473132

长江大学学报(自科版) 2013年7期

王秀慧（中石化河南油田分公司精蜡厂机动部仪修分部，河南南阳473132）

魏佳伟（中石化河南油田分公司石油勘探开发研究院，河南南阳473132）

南阳石蜡精细化工厂煤粉锅炉不仅给各装置提供合格的蒸汽，同时给汽轮发电机组提供动力，具有电站锅炉和工业锅炉的双重特性。因此，煤粉锅炉的安全燃烧对整个厂的经济和安全运行极为重要。为此，南阳石蜡精细化工厂按电站锅炉安全运行规程配备了锅炉炉膛安全监测系统（FSSS）。FSSS在锅炉正常工作和启动方式下，连续密切地监视燃烧系统的大量参数与状态，不断地进行逻辑判断与运算，必要时发出动作指令。通过种种联锁设置，使燃烧设备中有关部件严格按既定的合理安全程序完成必要的操作或处理未遂事故，在完成自动点火的同时保证锅炉燃烧系统的安全运行。

为了确保煤粉炉的安全稳定运行，同时对锅炉运行进行科学的调度管理，在集控室设计安装一套分散控制系统（distributed control system，DCS），另外将动力站已有的1台65t／h燃油锅炉和3000kW汽轮发电机组的控制也纳入该控制系统。

1 锅炉装置及工艺流程

1．1 装置

1）75t／h煤粉炉装置采用以煤替代燃油做动力能源，不仅符合国家有关的能源和节能政策，而且在保证厂供热质量和供热稳定的前提下，可有效地提高精蜡厂的经济效益和产品市场竞争力，同时为我厂的可持续发展提供技术保障。

2）75t／h中温中压煤粉炉采用室外布置，与现有的3000kW背压发电机组配用；并建设相应的贮煤、输煤、制粉、除尘、除渣和脱硫系统等；现有的一台65t／h和一台35t／h燃油锅炉做备用炉，锅炉房总安装容量为175t／h。

1．2 工艺流程

1）原煤贮煤和预处理系统原煤贮煤和预处理系统工艺流程如下：汽车运煤→电子汽车衡→密闭干煤棚→煤场装载机→给煤机→一级皮带输送机→除铁器、滚筒筛、破碎机→二级皮带输送机→电子称→除铁器→贮煤斗。

2）燃烧系统燃烧系统工艺流程如下：

3）煤粉制备与输送系统煤粉制备与输送系统工艺流程如下：原煤贮煤斗→给煤机→球磨机→粗粉分离器→细粉分离器→煤粉仓→给粉机→一次风管→煤粉燃烧器。原煤从原煤仓落下后，通过给煤机均匀地送入钢球磨煤机被磨成煤粉。送风机将冷空气送至空气预热器加热成热风，其中一部分热风作为二次风由喷煤器喷入炉膛，另一部分热风作为干燥剂送入钢球磨煤机，对原煤进行干燥并将气粉混合物带出钢球磨煤机。气粉混合物经木块分离器分离出木块后再经粗粉分离器分离，分离出来不合格的粗煤粉，经回粉管又回到磨煤机中重新磨制。合格的气粉混合物送入细粉分离器（旋风分离器），大部分煤粉从干燥剂中分离出来送入煤粉仓中，分离后的干燥剂（乏气）送往排粉机。煤粉仓中的煤粉通过叶轮给煤机，按照锅炉燃烧的需要均匀的落入一次风管。从旋风分离器出来的干燥剂带着未分离出来的煤粉经排粉机提高风压送出。

2 FSSS系统

2．1 FSSS系统构成

FSSS系统构成如图1所示。控制柜是该系统的核心，它通过对不同输入状态和参数进行运算、判断后发出各种指令信号，控制着整个系统的正常运行。外围检测部件主要包括炉膛压力变送器、汽包压力变送器、及与其配套的二次仪表，火焰检测探头等；执行部件包括高能点火器、推进器、汽缸球阀，给煤机等用来控制油、气、煤粉燃料。

图1 FSSS系统结构示意图

2．2 FSSS系统的功能

1）炉膛吹扫每次主燃料跳闸（MFT动作）后都必须对炉膛进行吹扫，以便把任何可燃物质清除炉膛。吹扫必须连续不断地进行5min。当下列所有条件满足时，吹扫允许指示灯亮（变绿）即可启动吹扫：①油、气主阀、角阀全关；②排粉风机停；③给粉机全停；④火检全无火；⑤送、引风机运行；⑥水位、炉膛压力正常。

如果有一个或多个吹扫所需要的条件得不到满足，运行人员应调整相应的设备，以使炉膛吹扫所需要的条件得到满足。在吹扫计时时间内，FSSS将自动闭锁点火系统，吹扫进行灯闪烁，如任一吹扫条件失去，则本吹扫失败，吹扫 “中断”灯亮。待条件具备后方可启动第二次吹扫并重新计时。吹扫过程中，操作人员可手动MFT中断吹扫，即产生MFT跳闸条件。在全部吹扫条件满足的情况下启动吹扫5min后，吹扫 “完成”指示灯亮，指示吹扫完成。

2）预点火炉膛吹扫结束MFT复位后即可进行预点火，它是用来把与释放燃料有关的设备置于点火的准备状态，同时发出一个允许点火的信号。吹扫完成后在DCS上复位MFT，“炉膛备好”点亮。开启主油阀，系统逻辑判断下列条件是否满足（相应条件指示灯亮），否则应做相应的检查和调整。炉膛点火允许条件如下：①无MFT动作条件存在；②火检冷却风母管压力正常；③炉膛吹扫完成。油点火允许条件如下：①炉膛点火允许；②主油阀开；③供油母管压力不低于1．0MPa。燃料气点火允许条件如下：①任一火检有火。②燃料气母管压力不低0．015MPa。以上条件满足时，相应 “允许点火”指示灯变绿，可以进行点火。

3）自动点火（1）点火条件。系统具有远方和就地点火2种形式，系统逻辑判断下列点火条件满足后方可进行自动点火：①预点火条件满足；②所选择的点火角的支路油阀（气动）、吹扫阀在关位，点火枪在退位，点火角无火焰；③按 “点油”按钮，给出远程点火允许；④按 “投入油”按钮，程序将按顺序执行点火操作：首先开吹扫阀90s后关闭，推进点火枪，点火枪到位后激励点火器开角油阀，20s后点火枪退回；如所对应的点火角指示灯亮则该角点火成功，如支路油阀（气动）开20s后未检测到火焰，则油阀关闭（注：各油角投入前应将各手阀打开。柴油枪投入无吹扫。为保证锅炉安全，点火应逐只进行）。

（2）油枪的切除操作。当下列任一条件出现时，都能引起油枪的切除：①MFT跳闸；②该角油枪失去火焰（2s以上）；③点火失败；④操作人员手动切除。

（3）油枪退出。若某角油枪在投运，操作人员按 “退出油”按钮，则关闭油阀，开吹扫阀，90s后关吹扫阀，“退出”按钮点亮。

4）火检监测炉膛火焰丧失：①任意一油角灭火时（延时2s仍无火焰），退出相应油角；②全部燃煤或油、气、煤混燃时，全部火检无火，则炉膛灭火，MFT跳闸。

5）主燃料跳闸（MFT）系统具有首次跳闸原因的显示记忆功能，当引起锅炉跳闸的第一个原因出现后，显示并记忆这个原因，同时闭锁其他接踵而来的原因。炉膛吹扫完成后，首次跳闸原因显示才能消除。

当发生下列任一条件时，系统发出MFT信号，并立即切断进入炉内所有燃料：①炉膛压力低（-750Pa、2／2逻辑、延时2s）；②炉膛压力高（＋750Pa、2／2逻辑、延时2s）；③汽包水位低（-150mm、2／2逻辑、延时10s）；④汽包水位高（＋150mm、2／2逻辑、延时10s）；⑤炉膛火焰丧失；⑥引风机跳闸；⑦送风机跳闸；⑧手动MFT （注：以上条件除 “手动MFT”外，全部设投切按钮）。

MFT动作后，FSSS的LCD显示报警和热工信号报警，并显示首次跳闸原因，同时发生下列指令：①联跳排粉风机、所有给粉机、磨煤机、给煤机；②联跳柴油、渣油、燃料气主阀、各支阀；③关闭减温水电动调节阀（防止蒸汽带水），“炉膛备好”指示熄灭。具体联锁示意图如图2所示。

图2 主燃料跳闸（MFT）联锁示意图

3 FSSS在DCS上的实现

3．1 DCS顺控的实现

笔者采用HOLLIAS-MACS系统。HOLLIAS-MACS系统提供了3种POU程序组织单元：

1）程序是唯一可执行的POU，可以通过任务组态来激活一个程序，它可以调用其他程序，也可以调用其他功能块和函数。

2）功能块在被执行时，可投入一个或多个输出值输出，可调用功能块、函数。

3）函数在被执行时会对一系列特定的输入产生一个唯一的输出结果，这个输出结果被赋给函数本身，它可以调用其他函数。在实际应用中，笔者使用功能块型POU，在此种类型的POU中调用顺控模块HSSCS5实现了复杂的联锁控制。在锅炉的联锁中，排粉风机的联锁设计关乎整个制粉系统乃至锅炉的安全运行。对于排粉风机，从电气来的输入信号（排粉风机变频频率、变频状态、工频状态、电机运行状态、电气故障），DCS内部逻辑点（总跳闸动作信号MFTDZ、联锁开关信号J-3-OLC、初始脉冲信号MMJFW），通过DCS的HCSS5的逻辑判断，输出联锁信号Q1，用来启动、联锁排粉风机，从而达到方便操作，安全停机的目的。具体的联锁功能如图3所示。排粉风机的联锁应用可以轻松的实现3个功能：清晰地分析出事故停机时，排粉风机停机的原因；实现在DCS上自动启动、停止排粉风机；能不断的显示排粉风机的各项参数，并在事故状态下，能安全有效地联锁制粉系统。