溫文忠

(深圳南山熱電股份有限公司，廣東 深圳 518052)

在社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的當(dāng)前時(shí)期，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定是關(guān)系到國計(jì)民生的重要因素。發(fā)電廠作為電力系統(tǒng)電能生產(chǎn)環(huán)節(jié)，其安全穩(wěn)定運(yùn)行是保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定重要的一環(huán)。早期的燃?xì)廨啓C(jī)火焰檢測器多采用循環(huán)水冷卻，這種冷卻方式與干式火焰檢測器相比存在多種不安全因素，給機(jī)組運(yùn)行造成安全隱患。本文對燃?xì)廨啓C(jī)水冷火焰檢測器的工作原理、保護(hù)程序及其潛在隱患進(jìn)行詳細(xì)分析，同時(shí)也介紹了干式火焰檢測器的工作原理，希望能為國內(nèi)早期的燃?xì)廨啓C(jī)干式火焰檢測器改造提供一定的借鑒。

1 概述

我國近些年安裝了相當(dāng)數(shù)量的大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。為了響應(yīng)國家“節(jié)能減排”的號召，有效降低發(fā)電產(chǎn)生的氮氧化物排放，這些大型燃?xì)廨啓C(jī)基本采用了干式低NOx(Dry Low NOx，DLN)燃燒技術(shù)[1]，且為了保持低負(fù)荷工況的燃燒穩(wěn)定性采用了燃料分級燃燒技術(shù)，不同級火焰檢測技術(shù)水平及穩(wěn)定直接影響機(jī)組安全正常運(yùn)行。火焰檢測器不穩(wěn)定將會增加由于檢測火焰強(qiáng)度低于門檻值而觸發(fā)機(jī)組熄火保護(hù)程序誤動的可能性，因此提高火焰檢測器的可靠性尤為重要。深圳某9E燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)熱電廠于2011年對原采用傳統(tǒng)擴(kuò)散燃燒技術(shù)9E燃?xì)廨啓C(jī)完成了干式低NOx燃燒技術(shù)(DLN 1.0)改造。DLN 1.0 燃燒系統(tǒng)是由一個(gè)多級預(yù)混燃燒室組成，設(shè)置了8個(gè)火焰檢測器,分別對各種燃燒模式切換燃燒工況的火焰進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，火焰檢測器采用循環(huán)冷卻水進(jìn)行冷卻。其存在眾多不安全因素，給機(jī)組運(yùn)行造成安全隱患。

2 火焰檢測器工作原理及機(jī)組熄火保護(hù)程序簡介

9E燃?xì)廨啓C(jī)配置得DLN 1.0 燃燒系統(tǒng)由8個(gè)紫外線(UV)火焰檢測器分別對一、二區(qū)進(jìn)行火焰檢測。燃?xì)廨啓C(jī)利用可燃?xì)怏w作為主燃料燃燒時(shí)，在火焰初始燃燒區(qū)輻射較強(qiáng)的紫外線，因此采用了紫外線火焰檢測器進(jìn)行檢測來判別燃燒室是否點(diǎn)火成功?；饳z采用碳化硅(SiC)感測器，這是一種碳化硅光敏二極管，其特點(diǎn)是對紫外線輻射特別敏感。燃料在燃燒時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生閃爍的紫外線輻射，使碳化硅光敏二極管感應(yīng)，轉(zhuǎn)變成電信號，再經(jīng)放大器處理后，輸出4～20 mA模擬量，送入燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)MARK VIe， MARK VIe 把該4～20 mA信號轉(zhuǎn)化成百分比，與一個(gè)門檻值比較后，用以指示在燃燒室中是否有火焰，當(dāng)數(shù)值高于門檻值時(shí)便確認(rèn)火焰存在。

火焰檢測系統(tǒng)方塊圖如圖1所示。9E 燃?xì)廨啓C(jī)在#1、#2、#3、#14 燃燒室分別設(shè)置了一區(qū)和二區(qū)火焰檢測器：一區(qū)為28FD-1P、28FD-2P、28FD-3P、28FD-14P；二區(qū)為28FD-1S、28FD-2S、28FD-3S、28FD-14S。通過四選二邏輯判斷一區(qū)或二區(qū)是否有火焰，通過邏輯L28FPD和L28FSD接入燃?xì)廨啓C(jī)熄火保護(hù)系統(tǒng)。

圖1 火焰檢測系統(tǒng)方塊圖

DLN 1.0 燃燒室的火焰檢測器的布置：一區(qū)火焰檢測器安裝在燃燒室外殼上，二區(qū)火焰檢測器穿過中心體進(jìn)入燃燒室二區(qū)監(jiān)視火焰，如圖2所示。

圖2 DLN 1.0 燃燒室火焰檢測器布置圖

3 存在問題

9E燃?xì)廨啓C(jī)DLN 1.0 燃燒室配備得RS-FS-9001紫外線火焰檢測器，最高工作溫度235 ℃，需要使用循環(huán)冷卻水(冷卻水溫度10 ～ 52 ℃)通過冷卻盤旋管進(jìn)行冷卻，每個(gè)傳感器冷卻水流量為3.8～5.7 L/min?；鹧鏅z測器安裝在9E燃?xì)廨啓C(jī)的#1、#2、#3、#14 燃燒室上，火檢冷卻水管安裝在燃?xì)廨啓C(jī)缸體上方,如圖3所示。

圖3 燃燒室火焰檢測器及冷卻水管布置

該套火焰檢測系統(tǒng)投運(yùn)，存在以下隱患風(fēng)險(xiǎn)：

1) GE燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，壓氣機(jī)中分面漏氣、燃燒室熱輻射、透平缸漏氣[2]等因素會造成燃機(jī)間溫度升高，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，缸體熱輻射可導(dǎo)致火焰檢測器周圍溫度達(dá)到300～400 ℃，而且振動較大；火焰檢測器及其冷卻水盤管長期在高溫和振動環(huán)境下工作，冷卻盤旋管接頭容易脫落。該廠完成DLN 1.0 改造后燃?xì)廨啓C(jī)曾出現(xiàn)過1號燃燒室一區(qū)28FD-1P 冷卻盤旋管接頭松動，造成冷卻水滴落在壓排缸上，缸體遇冷收縮，最終導(dǎo)致動靜部件碰擦，機(jī)組被迫停機(jī)。

2) 冷卻水管通過卡套連接，存在一定斷裂風(fēng)險(xiǎn)并導(dǎo)致冷卻水泄漏。某9FA機(jī)組曾因此出現(xiàn)火焰檢測器水冷管路泄漏，水滴長期落到燃?xì)廨啓C(jī)缸體上，導(dǎo)致缸體變形和機(jī)組被迫停運(yùn)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。

3) 由于冷卻水管堵塞、冷卻水管閥門未打開導(dǎo)致火焰檢測器冷卻水不足，造成火焰檢測系統(tǒng)故障，被迫停機(jī)。國內(nèi)多個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)電廠曾發(fā)生多起機(jī)組因該原因而發(fā)生火焰檢測器失去冷卻水，造成火焰檢測器相繼未監(jiān)測到火焰強(qiáng)度信號，最終導(dǎo)致機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)被迫停運(yùn)。

經(jīng)過調(diào)研，干式火焰檢測器耐高溫，無需冷卻水，如將現(xiàn)有RS-FS-9001紫外線火焰檢測器改造為干式火焰檢測器，可以取消冷卻水系統(tǒng)，從而消除以上安全隱患。

4 干式火焰檢測器工作原理及安裝實(shí)例

干式火焰檢測器通過檢測火焰燃燒發(fā)出的紫外線波長信號來進(jìn)行火焰強(qiáng)度檢測，把敏感的電子元件從熱端移到冷端，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性。因此干式火焰檢測器不需要冷卻水進(jìn)行探頭冷卻。以Dry325型號干式火焰檢測器為例，圖4 為探頭，圖5 為典型系統(tǒng)配置，圖6 為現(xiàn)場一區(qū)火焰檢測器布置示意圖。其具有以下主要特點(diǎn)：(1) 無需冷卻水對探頭進(jìn)行冷卻. 檢測器耐溫325 ℃；(2) 燃機(jī)間無需電纜套管；(3) 無需冷卻水,延長傳感器的更換時(shí)間，省去冷卻水管線的維護(hù)；(4) 礦物隔熱電纜,無需使用電纜套管和易損的光纜；(5) 允許一直運(yùn)行,即使在水洗期間也可運(yùn)行；(6) 直接安裝,無須修改程序；(7) 適用于多種燃料；(8) 適用于所有GE重型燃?xì)廨啓C(jī)。

圖4 探頭

圖5 典型系統(tǒng)配置

電廠改造后安裝圖，圖7 為干式火焰檢測器探頭熱端，圖8 為干式火焰檢測器探頭冷端。

5 應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

目前，同類型電廠逐步進(jìn)行干式火焰檢測器改造，采用分體式冷、熱端分離，運(yùn)用高溫光纖進(jìn)行連接，取消原盤管水冷方式。從效果來看，其運(yùn)行故障率低，火焰檢測安全可靠，解決原火焰檢測器因高溫影響及其冷卻水問題而造成工作異常、機(jī)組被迫停機(jī)，杜絕了冷卻水滴漏而造成缸體變形，大大提高機(jī)組安全可靠性。

圖6 現(xiàn)場一區(qū)火焰檢測器布置示意圖

圖7 干式火焰檢測器探頭熱端

圖8 干式火焰檢測器探頭冷端