束長勇

（江蘇國信揚州發(fā)電有限責任公司，江蘇揚州225131）

電站鍋爐燃燒的基本要求在于建立和保持穩(wěn)定的燃燒火焰，安全可靠的燃燒診斷技術(shù)成為電廠安全性的重要條件和基本要求。因此，大中型火電機組都配置了帶有鍋爐火焰檢測裝置的爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)，它是通過對爐膛內(nèi)火焰的準確監(jiān)視、及時反映燃燒器及爐膛的燃燒狀態(tài)，一旦火焰燃燒狀態(tài)不滿足正常條件或熄火時，按一定方式觸發(fā)鍋爐滅火保護，切斷燃料供應(yīng)，防止可燃物聚積引起爆燃甚至爆炸的事故發(fā)生。江蘇國信揚州發(fā)電有限責任公司有2臺630 MW超臨界機組，鍋爐型式為Π型布置、一次再熱，自然循環(huán)、單汽包、半露天煤粉爐。燃燒器采用前后墻對沖燃燒布置方式，前后爐墻水冷壁上各布置6層燃燒器，每層各有5只旋流燃燒器，共30只。火檢系統(tǒng)為美國COEN公司提供，每只燃燒器配有一只煤火檢探頭和一只油火檢探頭。

1 火檢系統(tǒng)運行情況及存在問題

江蘇國信揚州發(fā)電有限責任公司2×630 MW超臨界機組火檢系統(tǒng)配有60只COEN公司的ISCAN紅外火焰檢測器，測量檢測頭和信號處理部分設(shè)為一體，無二次信號放大器，系統(tǒng)安裝如圖1所示。

圖1 火檢探頭安裝機構(gòu)圖

自機組投產(chǎn)以來，煤火檢一直存在“偷看”、“漏看”和穩(wěn)定性差的問題，大部分煤火檢頻率較低，強度較弱，并隨機組負荷、煤種產(chǎn)地變化，火檢信號波動較大，而當燃燒器停用后信號強度反而增強。單臺爐火檢系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，低負荷或磨煤機啟動時，仍需強制火焰信號。為此工作人員不得不進行頻繁的調(diào)整，但效果不佳，多次由于火檢信號失去，造成磨煤機跳閘事件，在鍋爐燃燒工況大幅擾動時甚至觸發(fā)MFT誤動。2009年11月12日，機組負荷589 MW，6臺磨煤機全部運行，以A，B，C層火檢為例，信號強度較弱，且不穩(wěn)定，具體如表1所示。

表1 火檢信號強度表

2 燃燒特性分析及火檢測量原理

燃料經(jīng)燃燒器噴入爐內(nèi)進行燃燒，煤粉火焰的燃燒狀況如圖2所示。燃燒火焰分為4部分。 從喉口開始依次為黑龍區(qū)、初始燃燒區(qū)、完全燃燒區(qū)和燃盡區(qū)，在燃料燃燒的不同階段，火焰輻射的光譜頻率與光強是不斷變化的。

不同燃料的光譜分布特性是不完全一樣的，如圖3所示。油火焰含有大量的紅外線，部分可見光和少量紫外線，煤粉火焰含有少量紫外線、豐富的可見光和紅外線。對于單只煤粉燃燒器，在初始燃燒區(qū)不但可以見光和紅外線較豐富而且能量輻射率變化聚烈[1]。因此要獲得好的火焰檢測效果，火焰檢測探頭準確對準燃燒器的初始燃燒區(qū)是必須確保的最基本要求。

圖2 煤粉燃燒火焰特性

圖3 燃料的光譜特性圖

根據(jù)鍋爐燃燒火焰的特性，利用輻射光能原理檢測爐膛火焰是目前使用最廣泛的方法。紅外線火檢是通過光敏元件來檢測火焰的紅外線強度及頻率來達到火焰有無的判別，通過濾波電路，能夠判別燃燒器火焰和背景火焰，大大降低“偷看”的概率。紅外線具有較強的穿透能力，能夠克服黑龍區(qū)的干擾，提高信號的準確性，火檢傳感器原理如圖4所示?；鹧鏅z測裝置的敏感元件是光敏元件，利用輻射波產(chǎn)生阻值變化轉(zhuǎn)化為隨火焰變化的電壓信號，靈敏度峰值可以在線調(diào)節(jié)，把火焰波動信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，?jīng)過濾波電路提高抗干擾性能，輸出的信號經(jīng)放大電路進行信號放大，由溫控電阻進行溫度補償，防止溫度波動引起檢測器輸出信號的偏差。火焰信號經(jīng)過選頻電路進行選頻濾波，輸入到信號處理器，處理器對各種不同類型的火焰頻率特性進行響應(yīng)，被放大的火焰信號可由增益電位器進行調(diào)整，并且與背景電平相比較，輸出火焰狀態(tài)信號[2]。

圖4 火檢傳感器原理

3 問題的原因分析

（1）火檢探頭的檢測視角較小，不能適應(yīng)火焰中心大幅度漂移的檢測要求。為保證信號的可靠性，減少其他燃燒器火焰和背景火焰對信號的干擾，探頭的安裝視角一般為10～15°，但是實際運行中由于煤種變化或鍋爐燃燒工況調(diào)整、配風的變化等等，燃燒火焰會在較大范圍內(nèi)漂移，導致火焰信號的晃動甚至誤動而錯發(fā)滅火信號。

（2）火檢信號檢測器調(diào)節(jié)參數(shù)的靜態(tài)整定不能有效滿足火焰動態(tài)變化的需求。一般情況下，在火焰檢測系統(tǒng)的調(diào)試過程中，分不同工況和不同負荷階段對系統(tǒng)進行調(diào)試，按步調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，使其能夠正確表征燃燒器火焰的有無，最大程度地避免“偷看”現(xiàn)象的發(fā)生，一旦功能調(diào)試正常后，參數(shù)就一次性整定結(jié)束，不再調(diào)整。然而，當機組煤種頻繁變化或機組運行方式變化時，對火檢探頭信號的檢測頻率、強度等參數(shù)有不同的要求，固定參數(shù)不能實現(xiàn)在線調(diào)節(jié)，使火檢可靠性大大降低。

（3）火檢探頭固定式安裝不能滿足火檢靈活調(diào)整的需求。因燃燒火焰的漂移變化，需要提高檢測信號可靠性，降低“偷看”或“漏看”可能性，要求靈活調(diào)整探頭的安裝角度，但目前幾乎所有電廠都采取固定式的安裝方式，無法在線調(diào)節(jié)探頭的觀察角度。

4 解決問題的措施

針對火焰檢測系統(tǒng)存在的這些問題，提出以下解決方案并實施改造。

（1）提高冷卻風壓力，保證足夠的火檢冷卻風量。改造火檢冷卻風機，提高風機出力，由3 kPa提高到9 kPa，有效地對探頭進行冷卻，一方面防止探頭燒損，另一方面使火檢光纖溫度不高于400℃，防止高溫膠的融化。

（2）改造調(diào)整火檢透鏡探頭套筒結(jié)構(gòu)。改造光纖套筒的結(jié)構(gòu)，在套筒內(nèi)部增加通風槽，使得冷卻風吹出時不是平行于透鏡吹出，而是先折向透鏡，加大對透鏡表面的吹掃力度，使得探頭實現(xiàn)了自清灰功能，減少了日常維護的工作量，大大地提高了信號的穩(wěn)定性和強度。火檢透鏡套筒的結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 火檢透鏡套筒結(jié)構(gòu)圖

（3）調(diào)整優(yōu)化火檢探頭安裝角度和位置。因為煤火焰的燃燒特性，火檢探頭的安裝角度需對準火焰的高頻區(qū)，該區(qū)域的紅外信號釋放最為豐富，如圖6所示。需根據(jù)一二次風配比情況和燃燒火焰的實際情況，將探頭對焦點定為從燃燒器噴口沿一次風筒邊緣往爐膛內(nèi)延伸約1.5 m處。為避免內(nèi)二次風筒對探頭的遮擋和適當增大探頭的視角，提高對不同火焰的適應(yīng)性，火檢探頭的安裝位置應(yīng)在保證充分冷卻的情況下適當前移，幅度根據(jù)不同燃燒器而靈活把握。

圖6 火檢透鏡對焦區(qū)域

（4）全面整定系統(tǒng)參數(shù)，完善控制邏輯。火焰檢測系統(tǒng)的調(diào)試過程中，應(yīng)分不同工況和不同負荷階段對系統(tǒng)分別進行調(diào)試，需要對每一個火焰探測器的參數(shù)進行分別設(shè)置，模擬高負荷時爐膛的背景火焰強度，對被調(diào)燃燒器對應(yīng)的火焰探測器參數(shù)進行設(shè)置和調(diào)整，確保不“偷看”。再模擬低負荷時爐膛非常暗弱的背景強度，最好是只投用被調(diào)燃燒器，停用其他所有的燃燒器，調(diào)整火焰探測器的參數(shù)確保不“漏看”。若經(jīng)過長期多次調(diào)整仍然不理想時，可以適當?shù)卣{(diào)整火焰檢測器的靈敏度，采用對油火檢“寧漏不偷”、對煤火檢“寧偷不漏”的原則處理，因為投油時爐溫比較低，所以必須保證爐膛安全，投粉時爐溫一般已經(jīng)較高，煤粉幾乎都能燃著。經(jīng)過這些細致調(diào)試工作之后，能夠最大程度提高火檢系統(tǒng)的可靠性。

5 結(jié)束語

機組的安全經(jīng)濟運行與火焰檢測系統(tǒng)的可靠性是密切相關(guān)的，所以必須正視火焰檢測系統(tǒng)的重要性，通過系統(tǒng)改造，維護消缺和控制優(yōu)化等手段，保證其功能可靠，確保機組正常運行。目前江蘇國信揚州發(fā)電有限責任公司的火檢系統(tǒng)經(jīng)過成功改造，火檢信號可靠性得到有效提高，日常維護工作量也大大減小。

[1]GAYDON A G,WORLFHARD H G.火焰學[M].王 方譯.北京：中國科學技術(shù)出版社，1994.

[2]丁麗麗，馬 玎.火焰檢測器的抗干擾技術(shù)[C].濟南：山東輕工業(yè)學院學報，2009.