国臣SGS炉膛安全给粉系统煤粉炉解决方案样本.docx
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国臣SGS炉膛安全给粉系统煤粉炉解决方案样本
国臣SGS-炉膛安全给粉系统煤粉炉解决方案
据记录自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。
究其因素:
①设计上缺少可靠灭火保护和可靠联锁、报警、跳闸装置;
②炉膛刚性梁抗爆能力低;
③运营人员解决燃烧不稳或熄火时办法不对,错误采用“爆燃法”急救,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,国家电力公司又颁发了《二十五项反措》第六章,涉及炉膛安全监控系统(FSSS)在内灭火保护装置在许多电厂推广使用。
如今,FSSS已经成为火电厂原则配备系统,在炉膛安全保护上起了核心作用。
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》第六章提法是防止锅炉炉膛爆炸事故,由于炉膛发生爆炸而致炉膛损坏不但发生在运营中灭火时,检修动火点燃汇集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机理分析,当只有如下3个条件同步存在时才有也许发生爆炸。
1)锅炉炉膛内有一定浓度燃料和空气积存。
2)积存燃料和混合物具备爆炸性。
3)具备足够点火能源。
常用炉膛中导致爆炸条件状况是:
①运营中灭火,进入炉膛燃料没有切,通过一段时间汇集可燃物达至爆炸浓度并点燃;
②一种或几种燃烧器火焰熄灭,而别的燃烧器仍正常燃烧。
从未点燃燃烧器进入燃料导致可燃物汇集;
③燃料漏入停用中炉膛导致可燃物汇集;
④燃料或空气瞬时中断又恢复,导致可燃物汇集。
可燃物汇集后引燃导致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。
不发生损坏俗称“反正”或“打枪”。
部颁二十项重点反措引入如下反事故办法:
①一旦全炉灭火,应及时切断进入锅炉所有燃料,涉及给煤、给粉和点火用油、气等。
即所谓主燃料切断(MFT);
②锅炉点火前必要通风,排除炉膛、烟风道及其她通道中可燃物汇集。
通风时必要将烟风挡板及调风器打开到一定位置,风量应不不大于满负荷风量25%,时间不少于5min,以保证换气量不不大于所有容积5倍(德国TRD规定是3倍);
③点火时要维持吹扫风量;一种燃烧器投运10s内(不涉及投煤及煤粉达到燃烧器所需延滞时间)点不着,就应切断该燃烧器燃烧。
《二十五项反措》防止锅炉炉膛爆炸事故重要办法如下:
1)为防止锅炉灭火及燃烧恶化,应加强煤质管理和燃烧调节,稳定燃烧,特别是在低负荷运营时更为重要。
2)为防止燃料进入停用炉膛,应加强锅炉点火及停炉运营操作监督。
3)保持锅炉制粉系统、烟风系统正常运营是保证锅炉燃烧稳定重要因素。
4)锅炉一旦灭火,应及时切断所有燃料;禁止投油稳燃或采用爆燃法恢复燃烧。
5)锅炉每次点火前,必要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营及经济性外,往往由于锅炉在掉渣动态过程中,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,导致锅炉灭火。
因而,除应加强燃烧调节和防止结渣外,还应保持吹灰器正常运营尤为重要。
7)加强锅炉灭火保护装置维护与管理。
这些办法解决了常用炉膛中导致爆炸条件中三个:
①运营中灭火,进入炉膛燃料没有切,通过一段时间汇集可燃物达至爆炸浓度并点燃;
②一种或几种燃烧器火焰熄灭,而别的燃烧器仍正常燃烧。
从未点燃燃烧器进入燃料导致可燃物汇集;
③燃料漏入停用中炉膛导致可燃物汇集;
但是,导致爆炸条件④燃料或空气瞬时中断又恢复,导致可燃物汇集和反事故办法①一旦全炉灭火,应及时切断进入锅炉所有燃料,涉及给煤、给粉和点火用油、气等。
即所谓主燃料切断(MFT)逐渐成为当前电厂运营中一种矛盾。
不少电厂通过FSSS给粉机全停逻辑延时来解决这个矛盾,这必然带来炉膛在燃料中断时炉膛熄火,再恢复时爆燃法点炉。
但是,燃料中断次数(如电网晃电时普通为两次)决定了炉膛给粉量多少,也决定了爆燃次数和强度。
当中断次数超过一次,而每次给粉量局限性爆燃浓度,必然导致爆燃强度增长,引起爆炉。
因此,延时,带来FSSS安全级别减少使用,存在爆炉隐患;不延时,由于给粉跳闸引起停炉,给生产带来巨大经济损失。
这种新矛盾重要是由于电厂给粉变频调速系统缺陷引起。
1、电厂给粉变频调速系统缺陷
当前,多数电厂给粉系统使用变频调速系统,通过DCS或操作台输出4~20mA信号控制变频器转速来实现给粉调节。
变频器起、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,并引起MFT动作。
给粉调速系统配电柜,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成套比较陈旧,特别是靠操作台来控制调速系统,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。
有些DCS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,这些信号也同样无法送达DCS。
2)变频器自身抗晃电能力差。
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,所有厂家变频器都存在这种问题。
3)1C/2C接触器抗晃电能力差,有诸多电厂存在晃电时接触器先跳闸问题,但这是表面问题,虽然接触器不跳闸,变频器也会由于瞬间失电跳闸,给粉系统同样无法正常工作。
2、重要应对办法
从根源上杜绝和制止晃电基本上是无法实现,解决这一问题当前重要应对办法有:
1.FSSS给粉机全停逻辑延时(2~5S),给粉机变频器设立迅速重启动,等待电网恢复后给粉机变频器重启动,这既违背了电厂管理规程,又不能从主线上消除炉膛在晃电时安全隐患。
延时短,不可避免停炉;延时长,有更严重事故隐患,延时签字人员还要为事故埋单。
这种由于延时引起爆炉事故也在诸多电厂发生过。
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但也躲但是备自投切换1.8S。
此外原给粉变频调速系统控制电路在晃电时仍无法正常工作。
3.交流在线UPS。
电厂其她自动控制系统无一例外配有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、投资成本高等因素,也不合用于电厂给粉系统。
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最佳办法。
1、变频器雏形是直流变频器,交流变频器只是在直流变频器前端加上了整流器。
随着直流支撑技术发展和开关电源技术发展,变频器控制电源(DC/DC)和主回路电源都来自于变频器内部直流母线。
新型变频器均有直流母线端子。
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变频器特殊行业应用方案。
随着变频器技术发展,直流支撑解决变频器低压跳闸,已在其她安全级别规定不高行业有成熟应用。
如:
江苏美国醋纤(南通)公司,在1996年就使用了直流支撑技术解决变频器低压跳闸。
4、使用瓶颈
火电厂要使用这种技术瓶颈在哪儿?
1、安全级别高。
火电厂锅炉控制系统属于SIL3级,相称于AK5级。
2、火电厂使用直流电源核心是既要适时供电,又要紧要关头断电,且断可靠性规定更高。
3、安全给粉系统SIS某些要和FSSS联动,要进行FSSS逻辑运算,厂商要熟悉电厂控制系统,要有电厂现场经验,这是直流电源厂家不能做到。
从系统安全级别入手,从断可靠性入手咱们专为热电厂提供安全给粉系统彻底解决您后顾之忧。
第二章设计根据
[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—电力系统直流电源柜订货技术条件
DL/T724—电力系统蓄电池直流电源装置运营与维护技术规程
DL/T5120—小型电力工程直流系统设计规程
DL/T781—电力用高频开关整流模块
GB17478-1998低压直流电源设备输出性能特性和安全规定
JB/T8948-1999电控设备用低压直流电源
B4208-1993外壳保护级别(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
普通应用原则
GB50150-91电气装置安装工程电气设备交接实验
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炉膛安全给粉系统构成
1、SIS系统构成
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执行单元等构成
针对电厂实际状况,咱们决定采用多台电机工作模式
2)、下图是多台电机工作模式图(图略)
多台电机工作模式:
M1,M2,M3同步设计于同一控制系统中为低压电机群工作模式;
3、直流电源子系统重要设备
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
充电器功率逆变管采用进口迅速IGBT,别的元件采用进口工业级别器件,生产工艺严格完整,保证机器可靠性和稳定性。
输出电压和电流均可持续调节。
具备强大保护功能(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,基准校正和控制所有采用12位D/A转换,精度高,参数性能稳定,调节以便。
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,通过人机界面设立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构成,控制关系为断路器锁定接触器,能精确地执行直流电源子系统投入撤出转换。
Ø监测单元
用监测单元和人机操作界面构成监控系统,具备充电模块输出电压设定,充电电流限值设定,运营参数显示,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。
监测单元构造图
4、炉膛安全联锁子系统(SIS)
SIS是安全给粉系统(SGS)主控系统,是FSSS联锁控制某些。
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、控制和执行单元三某些构成。
采用工业级三相异步电机保护模块MDS-1做检测单元,保证系统可用度。
采用通过美国SIL3认证ABLOGIX顺序控制器做为每台炉主控制单元。
采用ABBS2断路器和直流接触器做单始终流回路冗余执行单元保证系统可靠性。
4.1MDS-104工业级三相异步电机保护单元
4.1.1功能特点
三表法测量精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。
具备3路独立开关量输出,可以作为遥控、跳闸或者告警
6路开关量输入,同步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
交流输入涉及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圆孔。
电压则采用6个各端子。
分别为UA,UA1;UB,UB1;UC,UC1;其中UA,UA1为A相输入;UB,UB1为B相输入;UC,UC1为C相输入。
每相间互相独立。
这样设计目是为了顾客可以选取不同安装方式和测量办法。
如果顾客选取角型接法则UA---UC1接A相UB---UA1接B相UC---UB1接C相。
如果顾客选取星型接法则UA1---UB1—UC1接N线。
每路可以进行单独测量,顾客还可以依照需要选取。
输入交流电压信号通过小型PT(电压互感器),变换为交流0.5V信号,通过滤波解决,滤除干扰信号,然后进行电平平移,使得本来交流信号,叠加1/2VREF,直接送到A/D转换,进行采样。
输入电流信号,通过导线穿入小CT(电流互感器),CT输出接一种精密电阻,变换成电压信号,通过滤波解决,滤除干扰信号,然后进行电平平移,使得本来交流信号,叠加1/2VREF,直接送到A/D转换,进行采样。
采样好信号存入单片机RAM中供软件解决。
在软件中,咱们每个周波采样16个点,依照采样定理,可以计算出输入信号8次谐波。
但是在应用中对奇次谐波更为关怀。
在数字信号解决中,由于电网频率是在变化,如果采样频率不是电网频率整数倍,就会有所谓频谱泄漏问题,详细内容请参照关于书籍。
在该问题上咱们采用了咱们提出软件跟踪算法,效果非常优秀。
对于6路输入信号,进行FFT变换,得出各次谐波幅值和相角,并且计算零序电流和负序电流。
计算办法和FFT变换请参照关于数字信号解决书籍。
计算成果存入RAM中,供通信程序、保护程序等其她程序使用。
4.1.3欠电压或过电压保护
系统电压太低会引起电动机过电流甚至堵转,烧毁电机。
有时为了保证重要电动机自启动,有时也使用欠电压保护。
系统过电压普通对电动机没有太多影响,但是如果过压范畴过大,会导致电动机励磁电流急剧增长,并且有大量三次谐波。
在某些特殊场合,会使用过电压保护。
定值涉及3项内容:
动作继电器、过电压或欠电压定值、过电压或欠电压整定期间。
整定期间单位为0.1S,电压单位为V,最小辨别率为0.1V。
欠电压保护原理
过电压保护原理
本系统设计为保护动作信号在整定期间到达时,送给SIS中央控制单元解决,操作执行单元,控制各直流回路备份、投运和退出。
4.2ABLOGIX顺序控制器
MicroLogix1200是解决器、电源、嵌入式输入输出点集成。
它具备24点和40点两种规格,可满足许多应用场合。
MicroLogix1200采用模块化,无机架构造,可减少成本,减少备件。
I/O扩展模块提供了更大应用灵活性。
存储器模块可用于顾客程序上载、下载和传送。
实时时钟RTC可用于定期控制等。
操作系统可闪速升级,无需更换硬件。
顾客可通过Web网络下载控制器最新固件程序,来升级控制器。
MicroLogix1200还使用编程软件RSLogix500和通用指令集,与MicroLogix1000、MicroLogix1500以及SLC系列控制器兼容。
特性:
·通过MicroLogix1200扩展模块来扩展高性能I/O,每个MicroLogix1200可最多扩展6个模块(决定于电源估算)。
·高档通信选取,从对等通信到SCADA/RTU网络。
·6K顾客存储器(4K程序、2K数据)。
·数据文献下载保护,可存储核心顾客数据,防止出错。
·实时时钟和存储器模块。
·32位带符号整数数学运算。
·内置PID功能。
·20K高速计数器,具备8种工作模式,当计数器技术达到预置上限或下限时,可控制高速计数器输出。
·高速解决时,有4路中断输入。
·4路锁存输入,在程序普通扫描时,可捕获毫秒脉冲输入。
·控制器内置2个模仿量微调电位器,转3/4圈可在0-250之间调节。
·对于40点控制器,其端子块是可拆卸,容许顾客预先接好线,节约安装时间。
·可拆卸I/O标签,可写字记录现场设备号码,以便减少系统维护和维修时间。
·防手指接触接线端子块,符合全球安全原则。
4.3执行单元-ABB直流断路器和直流接触器
依照各回路容量配备不同型号,冗余执行单元保障线路分断能力。
SOMAXS基本用途和特点:
ISOMAXS系列塑壳断路器性能优秀,外形构造紧凑、通用性强、用法简便,设计简朴、合理、并且质量可靠。
此新型断路器更配有一种改进分断系统,获多项工业专利。
特别值得注意是用于制造ISOMAXS系列塑壳断路器材料,是按当代环保规定可回用,ISOMAXS系列塑壳断路器更以其优秀质量及引入注目设计获得了欧洲最佳工业设计奖。
采用ISOMAXS系列塑壳断路器是电力生产和配电系统抱负方案,它能保证所有电力顾客安全性和可靠性,它特别合用于需保护和配合自动化控制设备,ISOMAXS系列产品能最大范畴地满足额定电流和故障电流规定,并能达到与下级壳断路器极限分断容量选取保护规定。
由于本系列产品通用性和匹配性强,它能配备在任何配电设备中:
一次配电(功力中心)
电动机控制(MCC)
二次配电(配电盘)
顾客(DIN安装导轨配电柜)
ISOMAXS系列塑壳断路器涉及七种基本规格产品(S1-S7),从10A到1600A额定不间断电流和高达100KA额定极限短路断容量,各种规格均具备下列额定分断容量级别:
B-基本分断容量
N-正常分断容量
S-原则分断容量
H-高分断容量
L-限流型
第四章系统工作模式
本系统有三种工作模式:
1)、正常工作模式:
给粉机变频器由交流母线供电;系统处在热备用状态,电池组由充电整流器充电。
2)、电网晃电或备自投切换时工作模式
当电网电压下降,导致变频器直流母线电压低于直流电源母线电压时,系统转换成由安全给粉系统直流电源向给粉机变频器直流母线供电,给粉机变频器工作保持正常
3)、检修工作模式:
个别变频器检修,直流端由断路器、直流接触器和隔离器件隔离,该直流回路不再参加电网晃电时投运。
第五章系统控制逻辑
逻辑控制阐明:
1.变频器启动、停止控制逻辑
依照变频器原理,变频器在交流供电或直流供电正常状况下在接受到启动接点指令后,即可投入运营。
在变频器正常运营后有一反映变频器运营状态接点信号闭合。
变频器运营调速指令由DCS或PLC送来4-20mA模仿信号实现。
SIS系统只需变频器或FSSS提供变频器运营状态信号,对变频器控制方式和性能无任何变化。
2.安全给粉系统逻辑图
安全给粉系统逻辑判断由SIS中央控制单元完毕,并控制直流电源子系统执行单元来完毕安全给粉系统备份、投运和退出过程。
a.输入逻辑条件有:
变频器运营状态接点信号,FSSS保护动作信号,排粉机工作状态信号和欠压保护动作信号等。
b.输出逻辑条件有:
断路器、直流接触器闭合断开信号
c.变频器交流母线电压正常条件下直流支撑系统投入过程
变频器电源端送入正常电压,变频器受电,内部CPU准备运营;控制设备、DCS或PLC或控制继电器送来启动运营指令。
电机按模仿控制4-20mA电流决定变频器拖动电机运营转速;等到系统正常运营后变频器状态接点闭合。
安全给粉系统SIS中央控制单元接受到变频器运营状态同步排粉机运营正常、FSSS未给出保护动作信号、且没有欠压保护动作信号,SIS中央控制单元通过软件运算,满足系统备份条件时,向断路器、直流接触器发出合闸指令,这时各直流回路处在备份状态。
d.变频器电源晃电时其直流母线电压立即下降;直流电源系统在变频器母线电压降到安全给粉系统直流电源母线电压时,开始对变频器供电,电机在这一过程中依然保持不间断运营。
e.在电网晃电时间达到安全给粉系统设定工作时间时或SIS中央控制单元接受到变频器运营状态变化或排粉机运营状态变化或FSSS给出MFT动作信号,通过运算满足退出条件时,向断路器、直流接触器发出断开指令,这时各直流回路处在退出状态。
退出后,SIS中央控制单元在检测到满足备份条件时,发出控制信号,系统又恢复到备份状态。
f.依照顾客工艺条件,安全给粉系统直流电源详细工作时间可在调试时在人机界面上拟定,单位为0.1S。
3、系统接线图(图略)
4、接制某些接线示意图(图略)
第六章系统安全性
IEC安全规定级别分为4级,安全性能由低到高为SIL1、SIL2、SIL3、SIL4。
美国对SIL4只承认其存在,原则中不涉及在SIL4规定下如何实行安全系统内容。
德国DINV19250及DINVVDE0804对安全规定级别(SafetyRequirementClasses)分为8级,安全规定从低到高为AK1~AK8,相应各原则安全级别对例如表所示。
大多数使用安全系统工业应用场合属于AK4~AK6级,其中普通锅炉、加热炉为AK4级,石化、化工为AK5级。
由图1可知,安全系统应分如下几类:
满足安全规定级别AK1~AK4Z-1、
满足安全规定级别AK1~AK5Z-2、
满足安全规定级别AK1~AK6Z-3、
安全规定级别AK7~AK8需要特殊考虑共5类。
如监视设备功能由普通控制系统(如DCS)实现,则安全控制系统分为4类。
Z-1类安全系统可用性“普通”,一种中央CPU模块通过单总线与I/O模块相连,它与普通PLC不同之处为通过中央CPU自我测试以及采用可测试I/O模块、失效时输出保证安全状态等满足系统安全规定。
Z-2类安全系统可用性“较高”,中央CPU模块冗余,其她与Z-1相似,这样容许一种CPU模块出故障,另一种CPU模块维持正常工作,这样可以在AK5级安全规定级别如下场合,维持72h之内。
Z-3类安全系统可用性“很高”,构造为全冗余,即CPU模块、总线、I/O模块均双重化,在AK6级安全规定级别场合,容许单通道操作时间不超过1h,即在此期间内将出故障模块更换掉,即可保证生产不中断。
只有能满足上述规定通过安全论证PLC系统,才干作为安全系统使用。
本系统安全行保障:
直流电源子系统一次线路有完善保护元件,二次线路有完善整流控制器、电池检测器和分路检测器。
SIS子系统采用工业级三相异步电机保护模块MDS-104做检测单元,保证系统可用度;采用通过美国SIL3认证ABLO
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