浅析炉膛火焰检测系统在包头二电厂锅炉中的应用

                         (包头第二热电厂，内蒙古 包头 014030)
摘 要：本文介绍了包头二电厂一号、二号锅炉炉膛火焰检测系统，并对该系统在实际运行过程中暴露出的问题进行了分析，提出了相应的解决方法，以提高火检系统的工作可靠性。
关键词：红外线火焰；检测装置；视野；模拟量显示；光纤；冗余电源
中图分类号：TK223.21  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2007)07—0104—02
      锅炉燃饶的基本要求是建立和保持稳定的燃烧火焰。锅炉低负荷运行、燃料变差，或送风系统异常，风量突然大增或大减，使炉膛燃烧不稳，很容易发生灭火事故。而在这时继续向炉内输送燃料，就有引起炉膛爆炸的危险。为了保证锅炉安全，都必须安装火焰检测装置，它能及时可靠地测出炉膛内的燃烧工况，当燃烧不稳，个别火焰闪动时，提醒运行人员及时投入点火装置及油枪，以助燃稳定燃烧。当燃烧工况被破坏，火焰检测数量不满足要求，并达到一定时间时，火检保护动作，停止磨或锅炉运行以切断燃料供给。
      包头二电厂一号、二号炉为单汽包自然循环煤粉炉。燃烧器为前后墙对冲布置，共4层。每层前墙4台，后墙4台，共8台。每台燃烧器配一只油枪，每层又分4个角，每个角由两只油枪组成并共用一个燃油截止阀。五台直吹式中速磨分别与五层燃烧器相对应。炉膛的燃烧工况是通过一个高质量火焰检测系统来检测的。每台燃烧器和油枪配置一套火焰检测装置，油煤火检共用，每层8个，每台炉共32套火检装置。它们根据火焰的物理特性对燃烧工况进行检测，检测不到火焰时就延时输出开关量信号至FSSS系统，FSSS系统对接收到的信号进行逻辑运算和处理。当锅炉启动、磨启动或燃烧不稳投油助燃时，一组油枪中有一个检不到火就会使本组油枪跳闸，油阀关闭，影响正常启动和助燃。当磨运行时，八台燃烧器中有三支检不到火时，FSSS发出跳闸磨的信号。锅炉运行过程中，当油枪总数小于十支，各层前后墙的燃烧器同时有一侧的火检出现两支检不到火，FSSS发出“黑炉膛”信号，锅炉跳闸。因此只有保证火焰检测系统可靠工作，能真实反映炉膛燃烧工况，才能实现机组安全稳定运行。
1 火焰检测装置工作原理和特点
      包头二电厂一号、二号炉使用的是美国杜拉德公司生产的红外线火焰检测装置，由火焰检测器、连接电缆、数字剖面放大器组成。
1.1 DPD火焰检测器
      煤和油燃料燃烧的火焰会产生大量的红外线,DPD火焰检测器采用微处理技术和专用软件，对目标火焰的红外线频率和振幅特性不断进行检测。每个火焰有其独特的剖面特性，就犹如“指纹”一样。在“学习”模式下，火检对目标火焰交流信号的频谱进行实时分析以确定被检测火焰的类型(如：燃烧器有火、相邻燃烧器窜火、背景火焰、无火)以及火焰频谱的特定剖面形状；在“运行”模式下火焰检测器则不断将目标火焰信号与所学的剖面特性进行比较从而准确地判断火焰的状态，然后通过连接电缆将脉冲信号送至放大器处理。DPD火焰检测器先进的电子线路便于用户进行火检的瞄准和编程，而不必花数小时的时间反复调试；自诊
断功能和按钮编程也使火检的其他操作极为方便。
1.2 DP7000数字剖面放大器
      放大器通过特殊的火焰信号平均处理，准确区分火焰检测器产生的脉冲率。用户可选择火焰有/无的独立门槛设定值，如果火焰继电器为断开状态，只有当平均火焰信号达到火焰门槛设定值以上且满足一定的时间延时，火焰继电器才被放大器激励产生输出；同样，只有当平均火焰信号低于无火焰门槛设定值，且满足用户选定的熄火响应时间，火焰继电器才会失电，同时将信号送至FSSS系统。
2 火检系统在运行中暴露出的问题
2.1 运行中火焰检测器容易发生检不到火的现象
      包头二电厂一号、二号炉自投入运行以来,多次发生由于火检失火造成的跳磨和跳炉事故。通过认真分析，确认这其中的一些事故是由于运行工况突变使燃烧不稳引起的，但也与火检系统自身的不足，容易发生检不到火的现象有很大的关系。具体分析如下:
2.1.1 火焰检测器看火视野小。看火筒的直径大约80mm，长约2 500mm；隔热管和连接部件的直径大约32mm，长约280mm。DPD
火焰检测器的灵敏度很高，很容易见火，但由于隔热管和连接部件及看火筒的管径尺寸偏小，将火焰检测器的看火视野限制在一个很小的范围内，当喷燃器的内外二次风调整不当或燃烧工况发生变化使火焰偏离主燃烧区时，很容易发生检测不到火的情况。
2.1.2 外界因素的影响。
      由于煤质因素或风量调整不当的原因，包头二电厂一号、二号炉的燃烧器喷口附近很容易结焦，甚至使探头看火前端挂焦，对火检的视野造成影响。另外，火焰检测器的透镜必须保持清洁无污染，火检温度不得超过它的最高额定温度，因此需要接入达到一定流量的吹扫冷却风。但在维护火检的过程中发现一号、二号炉的火检冷却风的流量不足，并且火检冷却风机的取风口在锅炉炉膛后墙12m处，周围环境的灰尘很大，就会造成火检冷却风携带大量的灰尘进入火焰检测器的看火筒内，不仅不能满足镜头的吹扫要求，而且会弄脏镜头，聚集在看火筒内的灰尘也会大大减弱趴标火焰中的红外线信号强度，使火检误判失火引起跳闸。
2.1.3 火检调整经验不足。
      DPD火焰检测器是一种学习型火检，在机组大小修结束后启动期间有必要对全部或部分火检探头进行重新调整，即有火特性的重新学习。在学习期间要求所有锅炉参数保持稳定(如不改变燃烧率)，同时，也不要改变相邻燃烧器的参数。
      而且要想取得理想的效果，火检应学习最糟的工况或不稳定的有火工况，一般最糟的工况出现在最低负荷时。在初期的火检调整过程中对以上因素考虑的少，造成了调整完的火检在低
负荷时不稳定。
2.2 火焰显示和记录功能不完善
      由于最初设计在操作员站画面上的火焰显示是由放大器送来的开关量信号控制，模拟量信号仅在电子间的放大器面板上显示，运行人员直接观察不到,因此各种因素造成的燃烧不好使火焰品质下降时，不能及时提醒运行人员投油助燃或调整风量和燃料量。并且，火焰信号无实时趋势和历史趋势记录，当发生由于火焰故障造成的跳磨或跳炉等事故时，不能提供准确可靠的火检数据供技术人员进行事故分析。
2.3 火检系统的电源是非冗余设计
      火检系统交流220V电源从UPS热工电源盘单路供给，送至火检柜的火检电源卡转变为直流24V，为就地的火焰检测器和火检柜内的数字剖面放大器提供工作电源，共有四块火检电源卡，每块电源卡为每层的八个放大器和八个火焰检测器供电。由于是单路供电，如果该路发生保险丝熔断等故障或停错电源，就会使火检电源消失，所有火检停止工作，引起锅炉跳闸。另外，各层的火检电源卡也未实现冗余配置，万一电源卡故障，也会使该层火检停止工作，造成该层磨煤机跳闸。
3 解决问题
3.1 增加光纤扩大视野
      采用在看火筒内加装耐高温传导光纤的方法来解决火焰检测器视野小的问题，加光纤后相当于把检测器的镜头移至喷燃口附近看火，这样就不受看火筒管径和隔热管管径的限制,将大大增加看火视野，提高火检的灵敏度和可靠性，更能真实的反映炉膛内的着火情况，减少失火的可能。
3.2 消除外界因素影响
      可通过调整运行方式尽量减少喷燃口结焦。将火检冷却风机的取风口移至能取到干净空气的位置,避免吸入粉尘。另外，对风机的出口滤网要加强维护，保证其过滤能力。另外，加装光纤后，就可彻底消除看火筒内的灰尘对目标火焰中红外线强度的影响。需要注意的是一定要保证火检风机的出力，防止烧坏光纤。
3.3 改进火检调整方法
      在锅炉启动初期进行火检的调整，从看火孔确认燃烧器着火稳定后将火检信号短接，通过调整某一燃烧器的二次风将该燃烧器主火焰拉至最近或推至最远，以达到最糟的燃烧工况或不稳定的有火工况，再调整相应火检，初调完成后还需要在不同的负荷下对火检进行微调。日常维护处理火检闪动或不见火时，除要求运行人员调整外，还需检查火检探头镜片是否脏，有无挂焦，在运行调整无效和检查正常并确认有火时才调整。
3.4 操作员站增加火检模拟量显示和趋势记录功能
      操作员站有了火检模拟量显示,运行人员就可直接监视炉膛火焰的变化清况，一旦发现火焰信号减弱、闪动或消失时，可及时投油助燃和调整运行方式。而趋势记录功能反映事故发生前一段时间内的火焰变化情况，为事故分析提供可靠的依据。
3.5 火检系统电源冗余配置
      从电源盘内增加一路电源送至火检柜，实现双路供电。同时在火检柜内加装四个电源卡来实现冗余配置，提高电源系统的可靠性。目前包头二电厂一号、二号炉的火检系统存在的这些问题正在利用机组大小修机会逐一进行解决。通过改进，火检系统的工作可靠性有了很大的提高，完全满足生产的要求。

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