葉智明

（吉林電力股份有限公司白城發(fā)電公司，吉林 白城 137000）

0 引言

爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（furnace safety supervisory system，F(xiàn)SSS）是火電機(jī)組鍋爐必備的監(jiān)控系統(tǒng)，主燃料跳閘（main fuel trip，MFT）是FSSS中最重要的安全功能，全爐膛滅火保護(hù)是MFT主保護(hù)之一，火檢系統(tǒng)則是全爐膛滅火保護(hù)的“眼睛”?；饳z系統(tǒng)可以判斷燃料是否被點(diǎn)燃或者燃燒是否充分，及時(shí)觸發(fā)全爐膛滅火保護(hù)和因燃料喪失導(dǎo)致?tīng)t膛滅火時(shí)能及時(shí)觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作，防止因爐內(nèi)堆積導(dǎo)致燃料爆燃。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，操作人員通過(guò)火檢信號(hào)了解爐膛燃燒情況，進(jìn)行燃燒調(diào)整，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文結(jié)合某超臨界燃煤機(jī)組在生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際狀況，對(duì)火檢系統(tǒng)暴露出的問(wèn)題進(jìn)行分析，對(duì)火檢系統(tǒng)維護(hù)及技術(shù)改造的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，滿足機(jī)組深度調(diào)峰至20%Pe（機(jī)組額定負(fù)荷）安全生產(chǎn)要求。

1 火檢系統(tǒng)簡(jiǎn)述

某超臨界燃煤機(jī)組鍋爐采用前后墻對(duì)沖燃燒，前墻3層后墻3層布置，每層配有4支旋流燃燒器，每支燃燒器都配有1支煤火檢裝置和1支油火檢裝置，火檢系統(tǒng)采用某分體式IDD9000系列產(chǎn)品，火檢光纖、火檢探頭、信號(hào)電纜在就地分散布置，火檢放大器集中在電子間火檢控制柜。

IDD9000系列火焰檢測(cè)裝置安裝時(shí)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)燃燒器主燃燒區(qū)域，火焰發(fā)射的輻射能通過(guò)光纖傳送到火檢探頭感光元件的表面，根據(jù)火焰亮度與火焰閃動(dòng)程度的不同，光敏電阻的阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個(gè)與火焰強(qiáng)度和頻率成正比的交流電壓輸出信號(hào)，火檢放大器通過(guò)檢測(cè)火焰的強(qiáng)度及閃爍頻率，有效區(qū)分目標(biāo)火焰和背景火焰。另外，放大器將實(shí)際值與設(shè)定值進(jìn)行比較，計(jì)算并輸出至分散控制系統(tǒng)（distributed control system，DCS）4～20 m A 火檢強(qiáng)度信號(hào)和開(kāi)關(guān)量有火信號(hào)。IDD9000放大器還具有自檢功能，每間隔一定時(shí)間（可手操器設(shè)定）發(fā)出自檢脈沖信號(hào)，使光敏元件50 V 直流（direct current，DC）偏置電壓瞬間消失，如果此時(shí)火檢強(qiáng)度未降低至無(wú)火設(shè)定值以下，放大器將觸發(fā)故障報(bào)警，火檢開(kāi)關(guān)量信號(hào)消失，模擬量信號(hào)保持當(dāng)前值，只能通過(guò)到就地柜手動(dòng)復(fù)位才可以消除報(bào)警信號(hào)。

在DCS邏輯上，火檢有火信號(hào)是由火檢裝置有火信號(hào)與裝置無(wú)故障信號(hào)綜合判斷所得。目前火檢系統(tǒng)主要涉及全爐膛滅火MFT保護(hù)及磨煤機(jī)跳閘保護(hù)。當(dāng)機(jī)組有煤層投運(yùn)記憶或油燃燒器投運(yùn)記憶時(shí)，每層油火檢及煤火檢信號(hào)同時(shí)有3個(gè)及以上消失，將觸發(fā)全爐膛滅火保護(hù)；當(dāng)每層煤燃燒器火檢有火信號(hào)同時(shí)有3個(gè)及以上消失，將觸發(fā)該層磨煤機(jī)滅火信號(hào)，導(dǎo)致磨煤機(jī)跳閘［1］。

2 火檢系統(tǒng)存在的問(wèn)題

由于火檢系統(tǒng)安裝工藝參差不齊、工作環(huán)境惡劣等因素，運(yùn)行時(shí)易出現(xiàn)燒保險(xiǎn)、誤報(bào)警等問(wèn)題，當(dāng)機(jī)組在深度調(diào)峰負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，問(wèn)題尤為突出。

2.1 探頭角度偏移

火檢檢測(cè)信號(hào)不能正確反映爐膛內(nèi)燃燒情況，有些燃燒器層火檢信號(hào)在爐膛已經(jīng)無(wú)火或燃燒器已經(jīng)停運(yùn)的情況下仍然存在較強(qiáng)的火檢強(qiáng)度信號(hào)，存在“偷看”現(xiàn)象，無(wú)法正確指導(dǎo)運(yùn)行人員對(duì)燃燒情況進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)手操器可以得知，調(diào)試期間廠家為火檢放大器設(shè)定的頻率統(tǒng)一定為12～24 Hz，顯然這一參數(shù)不具有代表性。

2.2 火檢系統(tǒng)兩點(diǎn)接地

火檢控制系統(tǒng)放大器至DCS輸出信號(hào)電纜兩端接地，會(huì)造成放大器輸出信號(hào)保險(xiǎn)熔斷。DCS的模擬量輸入（analog input，AI）卡件為24 V DC電源，信號(hào)在卡件負(fù)極接地，當(dāng)放大器控制回路盤(pán)柜同時(shí)接地時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩端對(duì)地懸浮，造成兩端負(fù)極之間存在電勢(shì)差，導(dǎo)致放大器輸出信號(hào)回路過(guò)電流燒斷保險(xiǎn)，引起放大器故障，火檢信號(hào)誤報(bào)警等現(xiàn)象。

2.3 安裝工藝差

在對(duì)放大器輸入端電壓進(jìn)行檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分火檢裝置測(cè)量不到工作電壓（15 V DC）、偏置電壓（50 V DC）、反饋電壓（7 V DC）或信號(hào)衰減，更有放大器保險(xiǎn)熔斷的現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)火檢探頭至放大器之間的電纜及焊接點(diǎn)排查，發(fā)現(xiàn)就地火檢設(shè)備航空插頭焊接工藝較差，存在虛接問(wèn)題。另外，由于火檢探頭專用預(yù)制電纜長(zhǎng)度不能滿足現(xiàn)場(chǎng)要求，且專用電纜成本是普通電纜的10倍左右，安裝單位將專用電纜與4×1.5 mm2普通屏蔽電纜簡(jiǎn)單鉸接，導(dǎo)致放大器輸入回路出現(xiàn)接地?zé)ｋU(xiǎn)或信號(hào)衰減的現(xiàn)象，影響火檢裝置正常穩(wěn)定使用。

2.4 冷卻風(fēng)量不足

火檢光纖處于整個(gè)火檢系統(tǒng)中溫度最高、環(huán)境最惡劣的環(huán)境。設(shè)計(jì)中光纖配有保護(hù)套管，并且火檢冷卻風(fēng)機(jī)提供一定壓力的冷卻風(fēng)對(duì)其降溫。運(yùn)行過(guò)程中，由于爐膛結(jié)焦、爐膛壓力波動(dòng)、冷卻風(fēng)管堵塞、保護(hù)套管破損等因素，導(dǎo)致冷卻風(fēng)無(wú)法降低火檢光纖頂端溫度，光纖工作溫度過(guò)高受損，無(wú)法真實(shí)反映出爐膛內(nèi)部燃燒情況。

2.5 燃燒工況問(wèn)題

機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，由于二次風(fēng)、三次風(fēng)開(kāi)度及配風(fēng)量與燃燒煤種不匹配，機(jī)組常態(tài)化深度調(diào)峰運(yùn)行，部分火檢強(qiáng)度變化幅度大，火焰強(qiáng)烈閃爍，而更換火檢探頭、修改放大器參數(shù)等都無(wú)法有效處理，影響操作人員對(duì)燃燒器狀態(tài)的判斷。

2.6 自適應(yīng)能力弱

機(jī)組在穩(wěn)定運(yùn)行期間，火檢放大器經(jīng)常誤發(fā)火檢裝置故障信號(hào)，變負(fù)荷階段誤報(bào)警現(xiàn)象尤為突出，導(dǎo)致火檢有火信號(hào)消失，必須到電子間就地控制柜復(fù)位才可消除，不僅增加維護(hù)工作量，而且威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 火檢系統(tǒng)優(yōu)化措施

經(jīng)過(guò)對(duì)火檢系統(tǒng)的故障排查、分析及改造，完善了火檢設(shè)備的技術(shù)參數(shù)，提高了火檢性能，適應(yīng)火電機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行，滿足機(jī)組深度調(diào)峰至20%Pe（Pe為額定負(fù)荷）安全生產(chǎn)要求。

3.1 優(yōu)化探頭安裝位置

探頭安裝問(wèn)題是影響火檢測(cè)量最根本的原因，它會(huì)導(dǎo)致同一燃燒器煤和油火檢相互“偷看”，相鄰燃燒器煤和油火檢相互“偷看”，火焰漂移引起火檢閃爍等問(wèn)題，所以尋找火檢探頭最佳的看火角度尤為重要［2］。技術(shù)人員利用機(jī)組停機(jī)檢修的機(jī)會(huì)進(jìn)入爐膛，核對(duì)每一個(gè)火檢可視探頭的安裝位置和角度。根據(jù)燃燒火焰形狀，可將燃燒火焰分為黑龍區(qū)、初始燃燒區(qū)域、燃燒區(qū)和燃盡區(qū)。黑龍區(qū)是風(fēng)粉混合物從燃燒器噴射出的第一段區(qū)域，該區(qū)域火焰強(qiáng)度和閃爍頻率都比較低；初始燃燒區(qū)是指高溫氣體與回流煙氣對(duì)煤粉進(jìn)行加熱，使煤粉顆粒爆燃區(qū)域，該區(qū)域火焰亮度不大，但是閃爍頻率較高；燃燒區(qū)是火焰強(qiáng)度最大、燃燒比較穩(wěn)定的區(qū)域，煤粉可以在二次風(fēng)的作用下充分燃燒；燃盡區(qū)內(nèi)大多是飛灰，少量大顆粒煤粉進(jìn)行燃燒，火焰強(qiáng)度及頻率比較低。為了更好、更穩(wěn)定地監(jiān)測(cè)爐膛燃燒情況，火焰監(jiān)視器的視野應(yīng)最大限度監(jiān)控火焰燃燒區(qū)。根據(jù)鍋爐廠、火檢裝置設(shè)計(jì)參數(shù)，及燃燒器風(fēng)門初步調(diào)整后火焰的狀態(tài)，重新對(duì)火檢監(jiān)視器固定支架設(shè)計(jì)加工，使煤火檢視線與燃燒器中心線相交的角度為5°，油火檢視線與燃燒器中心線相交的角度為7°，即煤火檢視野中心距燃燒器火焰噴口5 m左右，油火檢爐膛視野中心距燃燒器火焰噴口3.5 m左右。將煤火檢探頭布置在燃燒器上半部分二次風(fēng)旋流方向的37°，油火檢探頭布置在燃燒器上半部分二次風(fēng)旋流反方向的53°，確保煤、油火檢探頭獲得最佳的監(jiān)視效果?；鹚ūO(jiān)視器固定支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖1。

圖1 火檢監(jiān)視器固定支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.2 優(yōu)化接地裝置

IDD9000裝置放大器將火檢探頭參考接地點(diǎn)與放大器輸出信號(hào)接地點(diǎn)合并在一點(diǎn)，導(dǎo)致工作中頻繁發(fā)生保險(xiǎn)熔斷事件。為保證設(shè)備可靠工作，優(yōu)化方案中取消火檢放大器端接地，只保留DCS卡件負(fù)極接地。在IDD9000放大器輸出開(kāi)關(guān)量及模擬量信號(hào)回路加裝無(wú)緣隔離柵，將火檢放大器與DCS控制器兩端接地點(diǎn)進(jìn)行有效隔離，解決了放大器與DCS之間信號(hào)參考點(diǎn)存在電勢(shì)差形成接地環(huán)路的問(wèn)題，保證了設(shè)備安全和系統(tǒng)穩(wěn)定。

3.3 優(yōu)化火檢裝置安裝

通過(guò)對(duì)火檢系統(tǒng)航空插頭焊接點(diǎn)重新鉸接掛錫，所有與普通電纜鉸接的地方更換成端子排，確保連接可靠，消除電纜干擾，解決了火檢裝置安裝工藝差及工作環(huán)境惡劣導(dǎo)致探頭供電電壓消失、放大器檢測(cè)信號(hào)微弱的問(wèn)題。驗(yàn)收階段，對(duì)所有火檢電纜進(jìn)行全面的絕緣檢查，防止電纜接地引起放大器燒保險(xiǎn)事故發(fā)生，為火檢裝置正常工作提供基礎(chǔ)保障。

3.4 加強(qiáng)冷卻風(fēng)壓維護(hù)

光纖時(shí)刻傳輸爐膛里燃料的燃燒情況，為了防止光纖溫度過(guò)高受損，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中重點(diǎn)監(jiān)視冷卻風(fēng)壓，并調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)壓由原來(lái)的5 k Pa提高至6 k Pa，保證光纖不超過(guò)300℃的最大耐溫。在機(jī)組檢修期間進(jìn)入二次風(fēng)箱認(rèn)真檢查光纖保護(hù)套管情況，確保光纖在保護(hù)套管頂端形成一層冷卻風(fēng)［2］。

3.5 調(diào)整無(wú)火信號(hào)門檻電壓

電廠燃料來(lái)源復(fù)雜，煤質(zhì)種類較多，常用煤種燃燒數(shù)據(jù)對(duì)比分析尤為重要，根據(jù)燃料燃燒特性的不同，將放大器煤火檢頻率設(shè)置為20～40 Hz，油火檢頻率設(shè)置為40～80 Hz。根據(jù)不同負(fù)荷段火檢強(qiáng)度的反饋情況，將煤火檢放大器有火門檻設(shè)置為200，油火檢放大器有火門檻設(shè)置為300；根據(jù)多次探頭自檢試驗(yàn)的結(jié)果，煤火檢放大器無(wú)火信號(hào)由50改為100，油火檢放大器無(wú)火信號(hào)由50改為200，通過(guò)更改增益數(shù)值來(lái)改變火焰強(qiáng)度數(shù)值，以達(dá)到燃燒器運(yùn)行時(shí)火檢強(qiáng)度適中（250～700）的目的。解決火檢探頭自檢過(guò)程中，火檢強(qiáng)度不能瞬間降低至無(wú)火信號(hào)值以下，觸發(fā)火檢故障報(bào)警的問(wèn)題。

3.6 優(yōu)化邏輯

優(yōu)化制粉系統(tǒng)油槍快速投入邏輯，在火檢閃爍及給煤機(jī)跳閘后，快速投入微油穩(wěn)燃層油槍及相應(yīng)燃燒器1號(hào)、3號(hào)油槍，若60 s后煤火檢無(wú)火信號(hào)仍然存在，將繼續(xù)投入2號(hào)、4號(hào)油槍。確保穩(wěn)燃層油槍可靠投入，防止?fàn)t膛燃燒惡化，同時(shí)，降低因火檢系統(tǒng)故障造成的成本投入［3］。

4 結(jié)論

通過(guò)優(yōu)化火檢系統(tǒng)控制回路、接地回路和調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，火檢探頭及放大器的故障率降低90%，火檢缺陷發(fā)生率降低96%，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，爐膛滅火保護(hù)動(dòng)作可靠性提高。機(jī)組火焰檢測(cè)系統(tǒng)滿足了設(shè)備保護(hù)和運(yùn)行監(jiān)視的要求，降低了火檢維護(hù)的工作量，為機(jī)組在深度調(diào)峰負(fù)荷工況安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。