【知识学习】锅炉FSSS逻辑详解

FSSS：（Furnace Safeguard Supervisory System）炉膛安全监控系统

什么是FSSS？

是锅炉燃烧器的自动顺序控制系统。

是锅炉的自动保护系统。

是协调控制系统炉侧的一个子自动控制系统。

是一个逻辑控制系统。

FSSS概述：

电力工业迅速发展，已经进入大电网、大机组、高参数、高度自动化的时代。目前新建电厂一般都采用600MW及以上机组。大容量、高参数机组运行的安全重要性日益提高，需要控制的与燃烧有关的设备越来越多。有点火装置、油燃烧器、煤粉燃烧器、辅助风挡板、燃料风挡板等，这些设备不仅类型复杂，而且操作方式多样化，操作过程也比较复杂，特别在锅炉启停工况和事故工况时，燃烧器的操作更加繁琐，如果操作不当很容易造成意外事故。

从20世纪60年代起，在国外火电机组上就开始使用一系列火焰检测装置和炉膛安全监控系统（FSSS），并制定了有关的标准。其中，美国国家燃烧保护协会（NFPA）制定的标准得到了最广泛的应用。它为防止锅炉炉膛爆燃作了详细的规定，NFPA标准已经成为了设计FSSS的主要依据。

从20世纪70年代起，炉膛安全监控系统开始在我国火电机组上使用，从国外引进的大型火电机组都配套有锅炉安全运行必不可少的重要监控手段。原水电部在1993年明文规定：“今后凡新投产机组必须安装火焰检测和安全防爆装置，现有机组在条件许可情况下也必须设法加装”。原电力工业部电力规划设计总院于1993年9月颁发了《锅炉炉膛安全监控系统设计技术规定》，为我国火电机组FSSS的设计提供了依据。目前，炉膛安全监控系统已经作为火电机组自动保护和自动控制系统的一个重要组成部分。 

炉膛安全监控系统是指对锅炉燃烧器进行自动投切控制，以满足机组启停以及增减负荷的要求；对锅炉的运行状态进行监视，并确保锅炉安全的一个控制保护系统。该系统主要包括两部分内容：

①燃烧器控制系统（简称BCS），完成锅炉燃烧器的自动投切控制；

②锅炉安全保护系统（简称FSS），在锅炉正常工作和启停等各种运行工况下，连续监视燃烧系统的大量参数和状态，进行逻辑判断和运算，必要时发出动作指令，通过各种顺序控制和联锁装置，使燃烧系统中的有关设备严格按照一定的逻辑顺序进行操作以保证锅炉燃烧系统的安全。

FSSS的任务

1、确保锅炉安全运行。

2、简化运行人员的操作负担，有效避免误操作。

3、一旦事故发生，能有效抑制事故的扩大。

FSSS需要解决的问题

1、防止炉膛发生爆燃。

2、实现油、煤燃烧器的自动顺序点火和熄火控制。

3、FCB、RB、二次风门挡板的控制。（火力发电机组RB技术详解—收藏起来慢慢学）

FSSS的功能

总的来说，炉膛安全监控系统的功能是确保锅炉安全、经济、稳定地运行，可分为燃烧器控制功能以及锅炉安全监控功能。具体将炉膛安全监控系统的基本功能主要分成以下几个方面：

1、炉膛吹扫

2、燃油投入许可及控制

3、煤粉投入许可及控制 

4、持续运行监视 

5、特殊工况监控 

6、紧急跳闸（MFT） 

7、跳闸后炉膛吹扫

1．炉膛吹扫

锅炉停炉后，尤其是长期停炉后，闲置的炉膛里必然会积聚一些燃料、杂物等，给重新运行带来不安全因素。因此，FSSS系统设置了点火前炉膛吹扫功能。

在吹扫许可条件满足后，由运行人员启动一次为时5min的炉膛吹扫过程，这些吹扫许可条件的满足实际上是全面检查锅炉是否能投入运行的条件。为了防止运行人员的疏忽，系统设置了大量的联锁，锅炉如果不经吹扫，就无法进行点火。

2．燃油投入许可及控制 

在锅炉完成点火前吹扫后，控制系统即开始对投油点火所必备的条件进行检查，一旦运行人员发出点火指令后，系统对将要投入的燃油层进行自动程序控制。

3．煤粉投入许可及控制 

系统成功地进行了锅炉点火及低负荷运行之后，即开始对投入煤粉所必备的条件进行检查，完成大量的条件扫描工作。当运行人员发出投粉指令后，系统开始对将要启动的煤层进行自动程序控制。

4．持续运行监视 

当锅炉进入稳定运行工况以后系统全面进入安全监控状态（实际上从点火前吹扫开始锅炉就置于系统的安全监控之下了）。系统连续监视锅炉主要参数，如：汽包水位，炉膛压力，汽机运行状态，全炉膛火焰，各种辅机工况等。发现各种不安全因素时都给予声光报警，直至跳闸锅炉。

5．特殊工况监控

这里的特殊工况是指“负荷返回”和“快速切负荷”，当机组发生这两种工况时，FSSS的任务是与其他控制系统（主要是MCS）配合，尽快将锅炉负荷减下来。

6．紧急跳闸（MFT） 

锅炉在运行中若出现了某些运行人员无法及时做出反应的危急情况时，系统将进行紧急跳闸。如出现炉膛熄火，燃料全中断等情况时，FSSS将启动主燃料跳闸，切断进入炉膛的一切燃料，同时记录和显示“首出原因”以便于处理。

7．跳闸后炉膛吹扫 

锅炉紧急跳闸时，炉膛在一瞬间突然熄火，残留大量可燃性混合物，而且温度很高，很可能引起炉膛爆炸。因此，FSSS在锅炉跳闸的同时启动炉膛吹扫，吹扫时间也是5min。与点火前吹扫不同的是，跳闸后的炉膛吹扫被自动启动且许可条件大为减少。如果是由送、引风机引起的锅炉跳闸，系统将全部烟、风档板开至最大，利用自然通风进行吹扫。

FSSS控制系统的组成

系统的基本构成

目前，炉膛安全监控系统通常由四个部分组成：控制台、逻辑控制系统、执行机构和检测元件，参见下图 

二、锅炉炉膛爆燃及防止

炉膛爆燃基本概念

大型锅炉炉膛和制粉系统发生爆燃事故将造成设备严重破坏，危及人身安全。FSSS最基本的功能就是在锅炉运行的各个阶段，防止炉膛爆燃事故的发生。故有必要先对炉膛爆燃的知识进行描述。

炉膛爆燃指的是在锅炉炉膛、烟道里积存的可燃性混合物瞬间被引燃，由于炉膛的空间有限，使炉膛内烟气侧压力迅猛升高，造成炉膛损坏，炉膛爆燃也称为外爆。锅炉正常运行时，进入炉膛的燃料立即着火，燃烧产生的烟气经烟道排入大气。当炉膛内温度足够高、燃料与空气比例适当、燃烧时间充分时，炉膛及烟道里没有积存的可燃性物质，锅炉不会发生炉膛爆燃事故。当燃烧设备或燃烧控制系统出现故障，且运行人员处理操作不当时，就可能发生炉膛爆燃事故。

炉膛爆燃的原因

爆燃必须满足的三个条件：

1、炉膛里堆积有大量的燃料和空气的混合物。

2、混合物的比例在可燃的范围内。

3、有足够的点火能量。

影响爆燃的因素

锅炉炉膛要发生爆燃，以上3个条件缺一不可，若有1个条件不存在，就不会发生爆燃。 

如何避免可燃物的积存是防止锅炉炉膛爆燃的关键所在，但要做到这一点是很困难的。 

燃料与空气按一定比例混合时才能形成可燃混合物，混合物中所含燃料浓度过大或过小均不能被点燃，爆燃浓度范围不仅与燃料的种类有关，而且与温度有关。温度高则可燃混合物的浓度变化范围扩大。 

炉膛内最可能发生可燃混合物积存的几种危险情况

1、燃料、空气或点火能量中断，造成炉膛内瞬时失去火焰时，可燃物堆积，如接着点火或火焰恢复时，就有可能引起爆燃。

2、在多个燃烧器正常运行时，一个或几个突然失去火焰，也会堆积可燃混合物。

3、整个炉膛灭火，造成燃料和空气可燃混合物聚集，在再次点火或者有其他点火源存在时，这些可燃混合物就会爆炸。

4、在停炉检修期间，由于燃料关断设备失控或泄漏，燃料漏入炉膛，在遇到火源时也会造成爆燃。

5、重复不成功的点火，而未及时吹扫，造成大量可燃物的积聚，当具备点火能量时发生爆燃。

6、由于煤种多变，所以风量不能适应，造成燃烧器灭火。

防止炉膛爆燃的原则性措施

①炉膛吹扫

点火器的火焰是炉膛的第一个火焰。在点火器点火前应保证炉膛与烟道内没有积存可燃混合物。因此，大型锅炉FSSS系统均设计了锅炉吹扫逻辑，在点火前用空气吹扫炉膛和烟道，锅炉吹扫完成是MFT（主燃料跳闸）复位的必要条件。吹扫逻辑将积存的燃料吹扫出炉膛和烟道，同时还要防止燃料流入炉膛和烟道。为能达到吹扫目的，吹扫时要有一定的换气量和一定的空气流速，一般要求换气量不少于炉膛容积4倍，而空气流量应不小于额定负荷时空气流量的25﹪，以免被吹起的燃料又积存下来。吹扫时间必须连续保持5min，保证吹扫的彻底性。另外，在5min吹扫前，一般应该先进行油系统泄漏试验，检查燃油系统的严密性，防止燃油在停用时、吹扫后或点火前漏入炉膛。

②锅炉点火时

点火时最危险的情况为点火器已点着，但能量过小，不足以把燃烧器点燃，这时火焰检测器可能检测到火焰（点火器火焰），而实际上燃烧器并未点燃。一个能量不大的点火器也可能点燃燃烧器，但点火延迟时间过长、点火次数过多都有可能导致燃料在炉膛中的积存，待燃烧器点燃后又会把积存的燃料一起点燃，形成爆燃。

因此FSSS逻辑设计中，若10s内油枪未能点燃，就应立即切断油枪油源，如果首次点火连续2～3次失败，则应该发生MFT，对炉膛积存的燃料进行吹扫。投煤粉时，控制系统还要求足够的点火能量支持，如对应的油枪已投运或锅炉负荷大于50﹪等，以确保进入炉膛的燃料能被连续点燃而不会积存。

③火焰中断时

当锅炉灭火时，若未能及时采取紧急保护措施，继续让燃料进入炉膛，有可能造成炉膛爆燃。不论在什么情况下，如果燃烧器的火焰熄火，就应立即切断燃料，否则进入的燃料将积存在炉膛中，这段时间越长，进入的燃料就越多，形成严重破坏性爆燃的可能性越大。 

MFT发生时，一般在切断燃料的同时进行炉膛吹扫，如果送、引风机因故不能运行时，控制系统自动进入自然通风状态。

炉膛内爆 

锅炉炉膛除了外爆，有时还会发生内爆。内爆是指，当炉膛压力过低，炉膛内外差压超过炉墙所能承受的压力时，炉墙向内坍塌的现象。发生炉膛内爆的原因主要有两种：

①由于炉膛内燃料燃烧不稳或熄火，使烟气侧压力骤然降低，产生炉膛内外压差过大；

②引风机出力较大，造成较大的负压力，这通常是由于控制系统故障或运行人员操作失误造成的。 

三、FSSS公用逻辑

逻辑控制系统是FSSS的核心，所有运行人员的指令都是通过逻辑控制系统来具体实现，所有执行元件和检测元件的状态都通过逻辑系统进行连续的检测。 

FSSS的控制范围一般分为三个部分：公用部分、燃油系统、制粉系统，这三个部分的控制逻辑相应称为公用逻辑、燃油系统控制逻辑和煤层控制逻辑。

公用控制逻辑部分包含锅炉保护的全部内容，即油泄漏试验、炉膛吹扫、主燃料跳闸（MFT）与首出原因记忆、点火条件（油层点火、煤层点火条件等）、RB等。

公用控制逻辑还包括有FSSS公用设备（如供油、回油快关阀）的控制。

FSSS系统的功能决定其系统的可靠性及指令的优先级都必须是最高的。

按照规程，FSSS系统不允许在线组态。FSSS系统逻辑组态必须满足二个条件：锅炉在跳闸状态，并且全部燃料均已切断。

公用逻辑主要包括以下内容：

油泄漏试验

炉膛吹扫

MFT及首出记忆

OFT及首出记忆

点火条件

油系统阀门控制

火检冷却风机

密封风机

点火能量判断

RB工况

油系统泄漏试验

1、目的

检验燃油速断阀（油跳闸阀、主油跳闸阀）、回油阀（油循环阀）、油角阀的严密性。

确保炉前油系统的严密性，是防止炉膛爆燃的一个措施。

2、何时做

炉膛吹扫前做。

泄漏试验的成功是允许吹扫的一个必要条件。

3、试验允许条件

MFT继电器已跳闸

燃油供油速断阀已关

所有油角阀关闭

燃油回油速断阀已关

所有火检显示无火

充油压力满足

泄漏试验旁路切除且无点火泄漏试验完成信号 

4、试验方法

首先试验燃油回油速断阀及油角阀；

然后试验燃油供油速断阀。

启动该试验方法是：操作员直接在DCS上发出启动泄漏试验指令。

5、试验步骤

（1）先开点火油供油母管跳闸阀和点火油回油母管阀进行油循环后，经过一定时间的油循环关闭点火油回油母管阀，对油系统的各管路、阀门进行充压至“燃油供油母管压力高(>定值)”，关闭点火油供油母管跳闸阀； “燃油供油母管压力高(>定值)”如在一定时间（300s）内未达到，则认为充油失败，切除油泄漏试验。

（2）充油成功，点火油供油母管跳闸阀关闭，等待一定时间（90s），等待中“燃油供油母管压力高(>定值)””信号消失，则油角阀泄漏，切除试验;反之，油角阀未泄漏。

（3）油角阀泄漏试验成功，打开点火油回油母管阀泄压。“燃油供油母管压力低(<定值)” 后，关闭点火油回油母管阀。等待一定时间（待定），等待中“燃油供油母管压力低(<定值)”信号消失，则点火油供油母管跳闸阀泄漏;反之，油快关阀未泄漏，泄漏试验成功。

（4）在试验的过程中，以下任一条件复位油泄漏试验： 

MFT动作且任一磨煤机合闸状态

充油失败

油泄漏试验成功

油泄漏试验失败

（5）以下任一条件复位油泄漏试验成功信号：

MFT动作

油泄漏试验进行脉冲（泄漏试验未旁路）

炉膛吹扫

1、目的

锅炉点火前，必须进行炉膛吹扫，这是锅炉防爆规程中基本的防爆保护措施。在锅炉对流烟井、烟道和将烟气送至烟囱的引风机等处均有可能积聚过量的可燃物，当这种可燃物与适当比例空气混合，遇到点火源时，即可能引燃而导致炉膛爆炸。

炉膛吹扫的目的是将炉膛内的残留可燃物质清除掉，以防止锅炉点火时发生爆燃。

2、何时做

锅炉点火前和跳闸后，否则不允许再次点火。

3、吹扫条件

必要条件

（1）进入炉膛的所有燃料被切断，即MFT状态。

（2）炉膛内不存在火焰，即全炉膛无火。

（3）吹扫风量在25—40%额定风量，吹扫 时间不得少于5分钟。

某电厂660MW机组吹扫条件

炉膛在吹扫时，必须满足下列所有条件：

任一送风机运行

任一引风机运行

所有给煤机停运

所有磨煤机停运

燃油快关阀关闭

所有火检无火（包括等离子）

燃烧器喷嘴在水平位

炉膛风量>30%

火检冷却风压力正常

任一空预器运行

一次风机全停

磨煤机出口挡板全关

全部油角阀关闭

所有二次风调节挡板吹扫位

无泄漏试验失败（脉冲）

无MFT条件

电除尘停运

FSSS系统电源正常

MCS系统电源正常

仪表空气压力不低

4、吹扫过程

当吹扫允许条件满足后，自动产生“吹扫准备就绪”信号。运行人员在DCS上发出“启动炉膛吹扫”指令，炉膛吹扫开始，DCS上指示“炉膛吹扫进行中”，吹扫计时器开始倒计时，时间为300秒。

为了使炉膛吹扫彻底、干净，吹扫过程必须在30％以上额定风量下持续5分钟。

在吹扫过程中，FSSS逻辑连续监视吹扫允许条件。当吹扫条件不满足时，自动中止炉膛吹扫程序。

当所有吹扫条件全部满足并且持续300秒，吹扫完成，在DCS上指示“炉膛吹扫成功”信号，吹扫结束。

“炉膛吹扫成功”信号是复位MFT的必要条件。

MFT发生时，通过一个MFT脉冲信号清除“炉膛吹扫成功”信号。 

MFT及其首出

1、什么是MFT及其首出?

MFT（Master Fuel Trip）：当某些不能保证锅炉安全运行的情况出现时，FSSS将切断进入炉膛的所有燃料，并将危急报警信号发至各个系统，进行必要的安全操作。

首出：显示引起MFT的第一个原因，同时闭锁其他原因，以便操作员进行正确的判断并采取必要的补救措施。

2、引起MFT的条件

某330MW发电厂MFT条件如下：

两台引风机均停；

两台送风机均停；

两台空气预热器均停；

汽包水位达高限+250mm；（延时2S三取二）

汽包水位达低限-350mm；（延时2S三取二）

炉膛压力高限达+3240Pa；（三取二）

炉膛压力低限达-2490Pa；（三取二）

MCS电源失电；

全炉膛燃料丧失；

全炉膛火焰丧失；

手动“MFT”；

锅炉三次点火失败；

有燃料投运记忆，锅炉风量﹤30%，延时3S

再热器保护丧失；

火检冷却风丧失；

两台一次风机均停；

汽轮机跳闸；

火检风机全停延时5s或或者火检冷却风母管压力低低低三取二，延时60S；

3、MFT的动作对象

当MFT动作时，锅炉FSSS自动执行下列操作

（1）关闭燃油母管供油快关阀；

（2）联跳两台一次风机；

（3）联跳所有磨煤机、给煤机，关闭所有磨煤机出、入口关断挡板；

（4）关闭过、再热器蒸汽减温水总门和各减温水电动门；

（5）联跳全部投运吹灰器；

（6）关闭主汽门；

（7）送信号给CCS；

（8）切除等离子点火；

（9）除尘器跳闸；

（10）开所有二次风挡板；

（11）引风机、送风机从自动转为手动。

4、MFT的复位条件

MFT继电器电源正常；

不存在MFT跳闸条件；

炉膛吹扫完成；

油燃料跳闸OFT 

引起OFT的条件

MFT保护动作；

燃油母管压力达低限2.1Mpa，且仍有油角阀处于打开状态；

进油快关阀未打开：进油快关阀由以前的打开状态变成未打开状态，且仍有油角阀处于打开状态；

油火检丧失，对应油阀在开位。

手动OFT；

OFT的动作过程

当OFT动作时，锅炉FSSS自动执行下列操作

（1）关闭来油快关阀，关闭回油阀；

（2）关所有油枪进油电磁阀,吹扫结束后油枪退出；

（3）当MFT触发OFT动作时，所有投运油枪直接退出，不进行吹扫；

点火允许条件

1．炉膛点火允许

以下条件全部满足，产生“炉膛点火允许”信号：

MFT已复位

OFT已复位

30%<风量<40%或任意燃料层投运（包括油层和煤层）

火检冷却风机母管压力正常

吹扫完成

2．煤层点火允许

以下条件全部满足，产生“煤层点火允许”信号：

炉膛点火允许

任一一次风机运行

任一密封风机运行

3．油层点火允许

以下条件全部满足，产生“油层点火允许”信号：

炉膛点火允许

回油、进油快关阀开

火检电源柜电源正常

燃油母管供油压力正常

火检机箱电源无故障

无吹扫蒸汽压力低信号

RB和FCB（火力发电机组RB技术详解—收藏起来慢慢学）

1、什么是RB和FCB？

（1）RB（RUN BACK）是指锅炉主要辅机故障时，机组紧急降负荷至辅机所能承担的负荷水平运行。

（2）FCB （Fast Cut Back）是指当电力系统发生故障而使发电机主开关跳闸时，汽轮发电机可实现无负荷运行或带厂用电运行；或汽轮发电机故障跳闸，机组采用停机不停炉的运行方式。

2、FSSS对RB和FCB的贡献

锅炉降负荷运行时，要切除部分煤粉燃烧器，为稳定炉内煤粉燃烧，还要投运部分油枪。

哪些煤粉燃烧器应保留，哪些煤粉燃烧器应切除，投运哪些油枪助燃，可根据故障的性质和预先设定的动作逻辑，由FSSS自动完成。

3、RB动作条件

以某660MW发电厂为例，在机组协调投入，且RB保护投入前提下，遇有下列故障之一时，RB保护动作，机组自动减负荷

1)给水RB: 负荷大于360MW，且任意一台给水泵停止

2)一次风机RB: 负荷大于360MW，且任意一台一次风机停止；

3)送风机RB: 负荷大于380MW，且任意一台送风机停止；

4)引风机RB：负荷大于380MW，且任意一台引风机停止；

5)磨RB：负荷大于380MW，任意一台运行磨事故跳闸或保护跳闸。

4、RB动作过程

非磨RB动作后，锅炉煤指令为142吨。检查机组协调控制方式自动切至“汽机跟随”方式。目标负荷为RB前的实际负荷除以RB前的实际煤量再乘以RB后实际煤量；

非磨RB动作后，如果运行磨大于4台，立即跳B磨，延时5秒跳D磨，再延时5秒跳F磨，最后留下三台磨运行。如果上述三台磨在非磨RB动作前任意一台已停运，则逻辑跳过该磨，立即触发下一台磨；

机组一次风机、送风机、引风机任一RB动作且RB保护投入且A、B电泵运行，则C电泵延时15秒打闸。当给水流量低于600T/H时，A、B电泵切为手动；

任一台送（引）风机跳闸，联锁本侧的引（送）风机跳闸，跳闸的送风机出口、引风机入口档板关闭，二次风联络挡板联开，否则手动进行；

任一台一次风机跳闸，磨煤机保留三台运行且总煤量控制142t/h，未运行的磨煤机所有风门联锁关闭；跳闸一次风机出口档板关闭，同侧的空预器出口一次热风门关闭，一次风联络挡板联开。一次风机RB动作后，运行的一次风机动叶开到增加20%；

一台给水泵跳闸，磨煤机保持三台运行，机组负荷不超过360MW；

任一台磨煤机事故跳闸或保护跳闸，联关本磨煤机出口门，入口快关阀，冷、热风快关阀。RB动作后，其他运行磨煤机保持煤量不变，目标负荷为RB前的实际负荷除以RB前的实际煤量再乘以RB后实际煤量。稳定后，增加运行磨煤机负荷，根据情况启动备用磨煤机；在三台磨煤机运行时发生磨跳闸，立即投等离子或投油稳燃；

非磨RB任一触发，联锁关闭锅炉主蒸汽一、二级减温水电动门、再热蒸汽减温水电动门，同时联启六台等离子点火器。调整时注意主、再热汽温的变化，同时要及时调整一、二次风，保持炉膛燃烧稳定