劉陽洲，何 海，葉 皓

（大唐華銀攸縣能源有限公司，湖南 株洲，412307）

0 引言

火力發(fā)電廠鍋爐的爐膛工業(yè)電視攝像探頭安裝在爐膛側(cè)墻，伸入爐膛內(nèi)部，監(jiān)視爐膛內(nèi)燃料的燃燒工況。該區(qū)域溫度高、粉塵濃度大，設(shè)備的維護(hù)工作也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此，提高爐膛工業(yè)電視的可靠性具有重要的意義[1]。眾多科研機(jī)構(gòu)、學(xué)者和制造廠商分別從不同的方向?qū)t膛工業(yè)電視系統(tǒng)進(jìn)行了研究、探索和實(shí)踐。文獻(xiàn)[2]應(yīng)用渦流基本原理，在冷卻筒內(nèi)產(chǎn)生渦流冷卻風(fēng)，強(qiáng)化了壓縮空氣的冷卻效果；文獻(xiàn)[3]提出加粗冷卻風(fēng)管路，在看火孔的四周規(guī)則地打一圈出風(fēng)孔，強(qiáng)化冷卻鏡片，形成風(fēng)罩并吹掉結(jié)焦；文獻(xiàn)[4]提出通過搭建數(shù)字信號監(jiān)控平臺，替換采用模擬量信號傳輸?shù)囊曨l監(jiān)控系統(tǒng)，增強(qiáng)了視頻信號的穩(wěn)定性和可靠性?；谏鲜鲅芯?，本文對W型火焰鍋爐爐膛工業(yè)電視系統(tǒng)出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析與總結(jié)，結(jié)合攝像探頭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過4個(gè)特定的異常圖像，直接準(zhǔn)確定位攝像探頭的內(nèi)部故障位置，并對爐膛工業(yè)電視系統(tǒng)的日常管理和維護(hù)提出合理化建議，縮短了排查故障的時(shí)間，提高了爐膛工業(yè)電視系統(tǒng)整體的可靠性，減少了設(shè)備維護(hù)人員的工作量。

1 系統(tǒng)簡介

火電廠集控運(yùn)行人員通過爐膛火焰工業(yè)電視系統(tǒng)，在鍋爐的點(diǎn)火、燃料的正常燃燒以及改變摻燒煤質(zhì)的過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)視爐膛內(nèi)燃料的燃燒狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)異常現(xiàn)象，進(jìn)而保證鍋爐整體工況的穩(wěn)定[5]。作為爐膛火焰信息的直接采集元件，攝像探頭處在惡劣的工作環(huán)境中，是爐膛火焰工業(yè)電視系統(tǒng)中故障率最高的元件。

1.1 攝像探頭的布置

某火力發(fā)電廠采用W型火焰鍋爐，其爐膛工業(yè)電視布置如圖1所示。4臺爐膛火焰電視攝像探頭水平安裝在鍋爐的爐拱上，左右側(cè)墻各布置兩臺攝像探頭。投入狀態(tài)時(shí)，4個(gè)探頭伸入爐膛內(nèi)部，鏡頭向下朝爐膛中心方向傾斜，觀察同側(cè)另外一角的燃燒器的燃燒情況[6]。

圖1 爐膛工業(yè)電視布置圖

1.2 攝像探頭的結(jié)構(gòu)

攝像探頭結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由攝像機(jī)、調(diào)節(jié)光圈、金屬外殼、光導(dǎo)攝像管等元件組成[7]。在金屬外殼的末端，留有圓形看火孔，安裝在光導(dǎo)攝像管末端的鏡頭通過看火孔采集火焰信息。鏡頭內(nèi)部裝有三棱鏡，用來改變光路方向，使光線沿著光導(dǎo)攝像管的軸線，依次經(jīng)過光導(dǎo)攝像管內(nèi)部的4塊凹透鏡、光圈前的凹透鏡、光圈，最終到達(dá)攝像機(jī)的鏡頭。在金屬外殼的中部通入壓縮空氣，流經(jīng)光導(dǎo)攝像管的外表面和金屬外殼的內(nèi)表面，冷卻攝像探頭，壓縮空氣最終從看火孔流出。光導(dǎo)攝像管中部裝有3個(gè)支架，使光導(dǎo)攝像管的位置維持在金屬外殼的中部。壓縮空氣均勻流經(jīng)光導(dǎo)攝像管表面，避免冷卻不均導(dǎo)致光路燒損。

圖2 攝像探頭結(jié)構(gòu)圖

攝像探頭裝有高溫保護(hù)系統(tǒng)，在光導(dǎo)攝像管表面和攝像機(jī)表面分別裝有感溫?zé)犭娮?。?dāng)光導(dǎo)攝像管表面溫度高于75℃時(shí)，攝像探頭自動(dòng)從爐膛內(nèi)部退出，防止攝像探頭被燒損；當(dāng)攝像機(jī)表面溫度高于50℃時(shí)，攝像探頭自動(dòng)退出，同時(shí)火焰電視攝像機(jī)自動(dòng)斷電，防止電路部分燒損。

1.3 視頻信號的傳輸

攝像機(jī)將采集到的火焰信息轉(zhuǎn)換為電信號，通過屏蔽電纜接入硬盤錄像機(jī)，使用視頻信號線將安裝在集控室的顯示設(shè)備與硬盤錄像機(jī)連接，集控運(yùn)行人員在集控室內(nèi)即可看得到爐膛火焰的實(shí)時(shí)畫面。

2 維護(hù)要點(diǎn)分析

2.1 研究方法

本文所采用的研究方法主要有個(gè)案分析法、控制變量法和文獻(xiàn)研究法。

1）個(gè)案分析法。在設(shè)備投入使用后，每次設(shè)備發(fā)生故障，通過專業(yè)小組分析，給出解決方案與備用方案，及時(shí)記錄并做好統(tǒng)計(jì)分析，歸類總結(jié)。

2）控制變量法。用已損壞的零部件，逐一替換掉攝像探頭中完好的零部件，借此將觀察到的故障現(xiàn)象，與故障原因一一對應(yīng)，并進(jìn)一步完善統(tǒng)計(jì)分析。

3）文獻(xiàn)研究法。專業(yè)小組成員定期閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，在專業(yè)小組學(xué)術(shù)討論會(huì)上相互交流近期所學(xué)的理論與實(shí)際應(yīng)用方法。

2.2 工業(yè)電視維護(hù)要點(diǎn)

在爐膛工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)使用過程中，監(jiān)控畫面偶發(fā)異常圖像，可根據(jù)不同圖像的特征，判斷在攝像探頭中存在的問題，并給出解決方法。

2.2.1 異常圖像分析

爐膛工業(yè)電視攝像探頭故障引發(fā)的常見異常圖像如圖3所示。

圖3 爐膛工業(yè)電視異常圖像

1）異常一如圖3（a）所示，該異常畫面的特點(diǎn)是圖像不完整，邊緣呈暗黑色，且畫面中部有不規(guī)則的黑色陰影。該故障原因?yàn)閿z像探頭鏡頭的最外層玻璃受高溫破裂或表面粘結(jié)煤焦顆粒，且無法被壓縮空氣吹掉。此時(shí)需要將該層玻璃拆除清洗，若已破碎則需換新。

2）異常二如圖3（b）所示，該異常畫面的特點(diǎn)是圖像一側(cè)呈暗黑色，帶有紅暈，火焰燃燒畫面偏離顯示器的中心。該故障是光導(dǎo)攝像管支架缺失或安裝不規(guī)范，導(dǎo)致光路偏離外殼的中軸線，最終攝像機(jī)只采集到一部分光線。此時(shí)需要重新固定光導(dǎo)攝像管，使光導(dǎo)攝像管的中軸線與金屬外殼的中軸線一致，最終確保光線全部為攝像機(jī)獲取。

3）異常三如圖3（c）所示，該異常畫面的特點(diǎn)是畫面整體呈暗紅色。該故障是由于光導(dǎo)攝像管密封性差，壓縮空氣內(nèi)的油污或煤灰顆粒進(jìn)入光導(dǎo)攝像管內(nèi)部，污染或堵塞透鏡，阻礙光線傳輸。此時(shí)需要拆除光導(dǎo)攝像管，清理內(nèi)部積灰并擦拭透鏡，保證光路暢通。

4）異常四如圖3（d）所示，該異常畫面的特點(diǎn)是僅有一小部分區(qū)域顯示火焰畫面，其他區(qū)域?yàn)樾鯛罘植嫉募t色大顆粒，且實(shí)時(shí)畫面中可見顆粒飄動(dòng)。該故障原因?yàn)榻饘偻鈿さ目椿鹂滓延蟹e灰，逐漸堵塞看火孔。此時(shí)需要將攝像探頭退出，清理金屬外殼端部的所有積灰。

2.2.2 其他故障分析

1）畫面全黑，且未顯示視頻信號丟失。該故障一般為攝像探頭看火孔位置嚴(yán)重堵焦，完全堵塞鏡頭，或光圈開度過低。需要及時(shí)將攝像探頭退出，清理煤焦，或開大光圈。

2）金屬外殼端部燒損變形。該故障為攝像探頭送入爐膛深度過大，受熱過度導(dǎo)致燒損。需要注意攝像探頭投運(yùn)時(shí)，伸入爐膛7～10 cm即可；更換耐高溫材料的金屬保護(hù)外殼，延長設(shè)備的使用壽命。

3）攝像探頭超溫后無法退出。該故障為牽引攝像探頭退出的傳動(dòng)裝置失效[8]。需要定期試運(yùn)、維護(hù)傳動(dòng)裝置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題；及時(shí)更換已失效的傳動(dòng)裝置，避免因攝像探頭無法退出而燒毀。

4）攝像探頭因超溫頻繁退出爐膛。檢查溫度元件是否功能完好，冷卻用壓縮空氣是否正常投入或者風(fēng)量不足。

5）視頻信號丟失。該故障為攝像機(jī)電源線松動(dòng)導(dǎo)致攝像機(jī)失電或攝像機(jī)引出的信號線受損。需要檢查攝像機(jī)電源或排查信號線斷點(diǎn)。

6）顯示器畫面位置與實(shí)際監(jiān)視位置不一致。需要根據(jù)集控運(yùn)行人員的觀看習(xí)慣，更改輸送至顯示器的視頻信號線在硬盤錄像機(jī)上的接線順序。

2.2.3 日常維護(hù)注意事項(xiàng)

1）安裝規(guī)范，保證安裝的準(zhǔn)確度和設(shè)備的嚴(yán)密性。

2）定期更換壓縮空氣的過濾減壓閥濾芯，保證壓縮空氣的清潔度。

3）定期對攝像探頭的壓縮空氣進(jìn)氣軟管檢漏，及時(shí)更換密封性不合格的軟管。

4）及時(shí)清理攝像探頭和傳動(dòng)裝置的積灰，避免事故擴(kuò)大。

5）合理配置各臺攝像探頭的冷卻壓縮空氣流量，避免因冷卻不足燒損攝像探頭。

6）嚴(yán)格把控?cái)z像探頭送入爐膛的深度，并在攝像探頭上標(biāo)記最大送入深度，投入攝像探頭時(shí)，嚴(yán)禁超過最大送入深度。

7）每次將攝像探頭投入爐膛內(nèi)部之前，需要確認(rèn)好冷卻用壓縮空氣已通入攝像探頭，明確看火孔對準(zhǔn)爐膛中心位置。

3 實(shí)施效果

通過對爐膛工業(yè)電視系統(tǒng)的研究與分析，對故障率最高的攝像探頭提出了具有針對性的解決方案，設(shè)備的管理與維護(hù)人員可快速定位故障點(diǎn)，高效完成設(shè)備的維護(hù)工作。方案實(shí)施后，爐膛工業(yè)電視圖像正常，火焰電視畫面明亮，無明顯紅暈或黑斑，在鍋爐低負(fù)荷燃燒或改變煤質(zhì)時(shí)依舊保持亮白色。當(dāng)監(jiān)視范圍內(nèi)發(fā)生滅火時(shí)，畫面整體變黑，準(zhǔn)確顯示監(jiān)視范圍內(nèi)的燃燒火焰的動(dòng)態(tài)工況。

4 結(jié)語

本文介紹了爐膛工業(yè)電視系統(tǒng)攝像探頭的結(jié)構(gòu)、安裝位置與信號傳輸過程，通過異常圖像分析與之相應(yīng)的攝像探頭存在的問題，并給出了對應(yīng)的解決措施，為使用和維護(hù)爐膛工業(yè)電視系統(tǒng)提出了切實(shí)可行的建議。