王世朋

（神華國(guó)能寧夏煤電有限公司，寧夏 銀川750011）

0 引言

火力發(fā)電廠鍋爐燃燒的穩(wěn)定性直接影響到電力生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，隨著鍋爐設(shè)備的結(jié)構(gòu)及其輔機(jī)系統(tǒng)日趨復(fù)雜，煤種變化大、負(fù)荷頻繁調(diào)整，影響鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行的因素日益增多，一旦遇到判斷失誤或工況調(diào)整不及時(shí)，就會(huì)造成爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定，進(jìn)而爐膛滅火，若此時(shí)仍向爐膛內(nèi)送粉，很可能造成爐膛爆炸。因此，為了能及時(shí)、靈敏、有效地檢測(cè)爐膛燃燒工況，防止在燃燒不穩(wěn)定工況下發(fā)生爐膛爆炸事故，火力發(fā)電廠鍋爐必須配置功能齊全的爐膛安全監(jiān)視系統(tǒng)FSSS。而FSSS系統(tǒng)的可靠性，在很大程度上取決于所用的火焰檢測(cè)系統(tǒng)的可靠和完善。

我國(guó)火力發(fā)電廠鍋爐大多采用的火焰檢測(cè)器是以CE為代表的可見光光敏元件和以FORNEY為代表的紅外光敏元件的檢測(cè)器。這類火檢探頭的視角比較?。ㄒ话闶?°～5°），在鍋爐運(yùn)行過程中，由于鍋爐運(yùn)行工況變化較大，燃燒器區(qū)域二次風(fēng)擾動(dòng)，燃燒器區(qū)域的火焰中心很容易偏離火檢探頭的視角，造成錯(cuò)誤判斷。

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)火檢狀況，神華國(guó)能寧夏煤電公司采用了龍?jiān)赐瞥龅男乱淮鹧鏅z測(cè)裝置—圖像火檢。該火檢是對(duì)爐膛內(nèi)部純粹的火焰視頻信號(hào)進(jìn)行分析處理，對(duì)火焰狀態(tài)的判斷不受煤種和負(fù)荷變化影響。采用廣角長(zhǎng)焦距工作鏡頭配套彩色CCD攝像機(jī)直接拍攝燃燒器火焰圖像（視角為85°～90°），每個(gè)燃燒器入口的火檢探頭實(shí)時(shí)檢測(cè)爐內(nèi)火焰，動(dòng)態(tài)的火焰視頻信號(hào)能實(shí)時(shí)送至集控室的CRT顯示屏，運(yùn)行操作員可以參考火焰的實(shí)際燃燒狀況進(jìn)行給煤量和送風(fēng)量的配比，達(dá)到燃燒優(yōu)化，而火焰檢測(cè)裝置配套的下位機(jī)對(duì)火焰圖像進(jìn)行分析判斷，準(zhǔn)確發(fā)出火檢有無(wú)的開關(guān)量信號(hào)作為鍋爐安全運(yùn)行的保護(hù)。

1 圖像火檢的工作原理

圖像型火檢是基于火焰電視、綜合多媒體技術(shù)和數(shù)字圖像處理技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，它突破了常規(guī)火檢的檢測(cè)機(jī)理，通過每個(gè)燃燒器噴口和全爐膛的火焰圖像來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鍋爐的燃燒狀況，利用模式識(shí)別、數(shù)字圖像處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)對(duì)火焰圖像進(jìn)行檢測(cè)分析，從而準(zhǔn)確發(fā)出單個(gè)燃燒器噴口火焰的ON／OFF信號(hào)，送入FSSS或DCS參與鍋爐安全保護(hù)。圖像火檢真正實(shí)現(xiàn)了單火嘴準(zhǔn)確檢測(cè)，對(duì)于因煤質(zhì)、負(fù)荷等引起的工況變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

2 圖像火檢的系統(tǒng)組成

神華國(guó)能寧夏煤電公司鴛鴦湖電廠一期2×660MW超臨界燃煤空冷機(jī)組，鍋爐火檢及冷卻風(fēng)系統(tǒng)采用煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)有限公司的新型圖像火檢系統(tǒng)，鴛鴦湖電廠燃燒器布置方式為四角切向，四角各六層布置（A～F層），每臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)一層4臺(tái)燃燒器，每層4臺(tái)燃燒器，共24臺(tái)燃燒器，每臺(tái)燃燒器配備一套煤火檢探頭，由于鴛鴦湖電廠鍋爐采用等離子點(diǎn)火技術(shù)，即A、B層為等離子燃燒器，等離子也為每個(gè)燃燒器配套了一套等離子火檢探頭，鴛鴦湖電廠共計(jì)圖像火檢探頭32套，配套兩臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)，一用一備，每臺(tái)火檢冷卻風(fēng)機(jī)參數(shù)380VAC、50Hz、22kW，冷卻風(fēng)流量8 500m3／h，壓頭7 200Pa。

LY2000圖像火焰檢測(cè)系統(tǒng)的核心是對(duì)煤粉燃燒火焰圖像進(jìn)行分析，因此整個(gè)系統(tǒng)是圍繞著火焰圖像視頻信號(hào)的處理來(lái)組成的，具體如圖1所示。

圖1 圖像火檢系統(tǒng)構(gòu)成

3 出現(xiàn)的主要故障及改進(jìn)方法

LY2000新型圖像火檢系統(tǒng)在鴛鴦湖電廠660MW機(jī)組實(shí)際運(yùn)用過程中，從安裝到運(yùn)行，主要故障表現(xiàn)為火檢無(wú)法從爐膛拔出、火檢探頭及其連接視頻電纜超溫被燙壞。

3.1 火檢無(wú)法從爐膛拔出

火檢探頭無(wú)法從爐膛拔出，給火檢的日常維護(hù)帶來(lái)了極大的困擾?；饳z外套管是直桿套管，內(nèi)套管一半直桿一半撓桿，即延伸在爐膛最里面的部分設(shè)計(jì)為撓桿，以方便火檢探頭角度調(diào)整。火檢探頭是安裝在火檢內(nèi)套筒中的，而內(nèi)套筒與外套筒是活連接，應(yīng)該很容易進(jìn)行內(nèi)外套筒的分離，將火檢探頭拿出，但是初期的安裝方式不合理或鍋爐熱膨脹等不可抗拒的因素均會(huì)造成火檢無(wú)法從爐膛拔出，針對(duì)在鴛鴦湖電廠安裝試運(yùn)出現(xiàn)的問題以及提出的解決方案分類如下：

（1）安裝不合理：鴛鴦湖電廠＃1機(jī)組火檢安裝時(shí)，大部分火檢內(nèi)外套管均在鍋爐燃燒器及風(fēng)道內(nèi)有彎曲，造成火檢無(wú)法從爐膛拔出。故安裝前要了解燃燒器及風(fēng)道的結(jié)構(gòu)和尺寸確定安裝位置，開孔時(shí)應(yīng)避開二次風(fēng)導(dǎo)流板和拉桿，確?；饳z套管在燃燒器和風(fēng)道內(nèi)不彎曲，保證火檢套筒在冷態(tài)可以順利抽出爐膛。

（2）鍋爐熱膨脹：焊接在鍋爐本體上的外套管冷卻風(fēng)口應(yīng)朝向鍋爐就近的冷卻風(fēng)管道安裝，另一路冷卻風(fēng)口可旋轉(zhuǎn)360°，保證鍋爐在冷態(tài)和熱膨脹時(shí)，冷卻風(fēng)管伸展自如、平順，保證冷卻風(fēng)暢通。還有一個(gè)值得關(guān)注的問題就是：在冷態(tài)的時(shí)候火檢能順利從鍋爐拔出，在熱態(tài)的時(shí)候，內(nèi)套管在外套管內(nèi)旋轉(zhuǎn)自如，但是受到了鍋爐熱膨脹的影響，內(nèi)套筒在拔出一半的時(shí)候受到了鍋爐承重鋼梁的阻擋仍無(wú)法順利拔出。比如：冷態(tài)時(shí)火檢內(nèi)套筒能從火檢安裝口所對(duì)鋼梁的下邊界拔出，由于熱態(tài)鍋爐膨脹，火檢安裝位置整體膨脹上移了5cm或更多，這時(shí)火檢內(nèi)套筒拔出時(shí)就會(huì)受到火檢安裝口所對(duì)鋼梁的獨(dú)擋而無(wú)法拔出，由于鍋爐熱膨脹是一個(gè)不可抗拒的因素，而這種膨脹會(huì)隨著機(jī)組的啟停交替出現(xiàn)，所以我們需要一個(gè)比較現(xiàn)實(shí)的解決方案。通過嘗試，我們?cè)诎褍?nèi)套筒更換成全撓的波紋套管時(shí)，內(nèi)套管拔出時(shí)不受空間和方向的限制，從而解決了這個(gè)問題。

3.2 針對(duì)火檢探頭及其連接視頻電纜超溫被燙壞

鴛鴦湖電廠通過多次技術(shù)改造，最初方案是取消只作為監(jiān)視的等離子火檢，單臺(tái)機(jī)組減少8路冷卻風(fēng)用風(fēng)量，保證煤火檢的冷卻效果，當(dāng)時(shí)火檢探頭燙壞的頻率有所減少，但火檢內(nèi)套筒中的視頻線老化現(xiàn)象仍沒有得改觀。后來(lái)，鴛鴦湖電廠對(duì)整個(gè)火檢安裝套管以及火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

原始的安裝方式：外套筒直接焊接在鍋爐開孔處，內(nèi)套筒通過卡槽螺絲安裝在外套筒內(nèi)，內(nèi)套筒可以從爐膛拔出，整個(gè)檢測(cè)元件（火檢探頭、視頻線）都安裝在內(nèi)套筒中，火檢冷卻風(fēng)是從外套筒開孔處進(jìn)入，實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)套筒以及內(nèi)部視頻線火檢探頭的冷卻。

改造后的安裝方式：采用雙套筒、雙路冷卻風(fēng)模式，即一路冷卻風(fēng)進(jìn)入內(nèi)套筒實(shí)現(xiàn)對(duì)火檢探頭以及視頻線的冷卻保護(hù)，一路冷卻風(fēng)進(jìn)入外套筒，實(shí)現(xiàn)外套筒以及內(nèi)套筒外壁的冷卻，由于雙冷卻風(fēng)系統(tǒng)增加了冷卻風(fēng)用量，同時(shí)火檢冷卻風(fēng)機(jī)增容，原功率22kW、冷卻風(fēng)流量為8 500m3／h增容至功率30kW，冷卻風(fēng)流量為8 919m3／h，保證火檢冷卻風(fēng)壓力，通過整個(gè)技術(shù)改造，保證火檢探頭以及內(nèi)部視頻電纜的冷卻效果，極大地降低了火檢的故障率。

4 結(jié)論

（1）圖像火檢采用廣角長(zhǎng)焦距工作鏡頭和彩色CCD攝像機(jī)直接拍攝燃燒器火焰，大大提高了火焰檢測(cè)的直觀性、靈敏性、準(zhǔn)確性和鑒別能力。

（2）運(yùn)行人員可以直觀、清晰地在中央控制室的大屏幕CRT上觀察每個(gè)燃燒器及全爐膛的燃燒狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行燃燒調(diào)整，提高燃燒效率。

（3）能夠自動(dòng)記錄24h的火焰圖像并可按要求回放。這個(gè)圖像存儲(chǔ)功能不僅有助于事故追憶且可用于分析燃燒工況，提高運(yùn)行水平。

［1］新版圖像火檢說(shuō)明書［Z］，2009.

［2］張文紅.電廠火檢裝置的原理及應(yīng)用［J］.廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（1）.

［3］劉士香.圖像火檢系統(tǒng)原理及應(yīng)用［J］.黑龍江電力，2001（3）.