SA-3000火檢系統(tǒng)在“W”型火焰鍋爐中的應(yīng)用

姜烈偉

（韶關(guān)發(fā)電廠，廣東 韶關(guān) 512132）

1 系統(tǒng)概述

韶關(guān)發(fā)電廠10號鍋爐為東方鍋爐廠引進(jìn)美國福斯特·惠勒公司技術(shù)制造的300 MW“W”型火焰燃燒方式的鍋爐，是廣東省第1臺“W”型火焰鍋爐。其火檢系統(tǒng)采用數(shù)字剖面火焰監(jiān)測器(Digital Profile Detection，DPD)，包括DP7000數(shù)字剖面放大器、DPD數(shù)字剖面火檢探頭、電源模塊、連接電纜組件及冷卻風(fēng)系統(tǒng)等。該系統(tǒng)中，24只煤燃燒器火檢探頭和24只油燃燒器火檢探頭均采用DPD78195-06的無光纖紅外直窺式探頭。這些探頭能對目標(biāo)火焰的頻率和振幅特性不斷地進(jìn)行監(jiān)測，并輸出信號經(jīng)電纜傳輸?shù)娇刂剖业腄P7000放大器。DP7000放大器能區(qū)分火焰探頭產(chǎn)生的脈沖率，通過對火焰信號平均處理，再依據(jù)用戶選擇的火焰獨(dú)立門檻設(shè)定值，輸出開關(guān)量“著火”、“無火”信號和4～20 mA的火焰強(qiáng)度模擬量信號，并提供給分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)使用。

其冷卻風(fēng)系統(tǒng)包括2臺互為備用的冷卻風(fēng)機(jī)，正常情況下1臺冷卻風(fēng)機(jī)就能保證足夠的空氣冷卻所有火檢觀測管?；饳z冷卻風(fēng)壓應(yīng)不低于3.0 kPa。

2 設(shè)備現(xiàn)狀及原因分析

自2009年5月開始，10號爐大部分DPD火焰監(jiān)測器的工作狀態(tài)不夠穩(wěn)定。經(jīng)過現(xiàn)場設(shè)備檢查及缺陷處理情況統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)存在以下問題。

(1)在現(xiàn)場確認(rèn)燃燒器、油槍已著火的情況下，煤、油的火焰放大器不能輸出穩(wěn)定的“著火”信號。利用非光纖型直窺式DPD火檢探頭進(jìn)行檢測時(shí)，火檢探頭距離火焰燃燒位置遠(yuǎn)，且檢測角度偏小，若鍋爐燃燒器配風(fēng)發(fā)生變化，火焰著火點(diǎn)位置可能發(fā)生變化，容易造成火焰短路，進(jìn)而導(dǎo)致“著火”信號不穩(wěn)定。由于現(xiàn)場工作環(huán)境惡劣，直窺式探頭積灰問題嚴(yán)重，同時(shí)爐內(nèi)高溫造成窺光管前端變形，也在很大程度上影響了探頭的檢測效果，部分火檢可能完全不能檢測到火焰。

(2)DPD火檢探頭工作溫度范圍為-20～65 ℃，運(yùn)行溫度范圍較小，容易燒壞。由于鍋爐外壁周圍的保溫層未能有效阻斷熱源擴(kuò)散，使得鍋爐爐墻外壁周圍溫度過高，夏天時(shí)最高溫度可達(dá)70～80 ℃。而DPD火檢探頭的工作溫度上限只有65 ℃，在鍋爐爐墻外壁周圍的探頭會嚴(yán)重超溫而損壞。此外，紅外直窺式探頭(DPD78195-06)產(chǎn)品較為落后，很難購買到備品，且價(jià)格昂貴。

(3)DPD火檢探頭的相關(guān)參數(shù)不能正常設(shè)置。10號爐火檢系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)間為2001年3月，而DPD火檢探頭及DP 7000放大器的正常使用壽命為6～8年，高溫環(huán)境下的長時(shí)間工作使火檢探頭的大部分按鍵損壞、不能正常操作，導(dǎo)致探頭就地參數(shù)設(shè)置操作困難或無法完成。DPD火檢探頭通過對火焰進(jìn)行“學(xué)習(xí)”來檢測當(dāng)前火焰是否處于有火或無火狀態(tài)，但是探頭的按鍵損壞后，無法完成“學(xué)習(xí)”功能，因此火檢探頭也無法投入使用。

(4)DPD火檢探頭距離火焰燃燒位置較遠(yuǎn)，且檢測角度有限，實(shí)際運(yùn)行時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)“火檢偷看”現(xiàn)象，即煤、油火檢總會檢測到附近其他煤、油火焰的燃燒情況，不能真實(shí)反映煤、油火焰檢測的實(shí)際情況，容易引起火檢保護(hù)誤動(dòng)，給鍋爐的安全運(yùn)行帶來隱患。

由于目前24套煤火檢系統(tǒng)和24套油火檢系統(tǒng)大部分已無法正常檢測火焰，導(dǎo)致爐膛火檢保護(hù)無法投入，對鍋爐安全運(yùn)行構(gòu)成威脅，且不能滿足火力發(fā)電廠安全性評價(jià)中爐膛安全監(jiān)控裝置(Furnace Safety Supervision System，F(xiàn)SSS)應(yīng)配有爐膛火焰監(jiān)測裝置保護(hù)的相關(guān)要求，因此需要對鍋爐的火檢系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行升級改造。

3 設(shè)備升級可行性分析及方案

3.1 可行性分析

根據(jù)現(xiàn)場火檢系統(tǒng)設(shè)備狀況及東方鍋爐廠“W”型火焰鍋爐的特點(diǎn)，將設(shè)備升級為分體式智能型火檢系統(tǒng)SA-3000，接口與原火檢系統(tǒng)相同。為了獲得更好的火焰檢測效果，增大火焰的檢測視角，每套火檢均加裝了內(nèi)外導(dǎo)管及光纖組件。燃燒器燃燒產(chǎn)生的紅外線通過光纖傳遞到火檢探頭，火檢探頭將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為代表火焰特性的電信號，然后經(jīng)過初級放大和處理后通過電纜組件傳遞到放大器，放大器再將電信號放大處理后輸出為“著火”或“無火”接點(diǎn)信號和相應(yīng)火焰強(qiáng)度的模擬量信號，并輸入到DCS。為了節(jié)約成本，對原火檢系統(tǒng)的電源模塊及連接電纜組件不進(jìn)行升級。

3.2 升級改造原因

(1)原DPD火檢探頭正常工作溫度范圍為-20～65 ℃，改造后的SF-300IR火檢探頭正常工作溫度范圍為-40～100 ℃，探頭工作溫度范圍增大。夏天現(xiàn)場的環(huán)境溫度可達(dá)70～80 ℃，使用SF-300IR火檢探頭時(shí)不會出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，能提高設(shè)備的使用壽命，降低維修成本，減少工作量。

(2)SA-3000火檢系統(tǒng)是一套真正的分體式智能型一對一火焰檢測系統(tǒng)，即采用1個(gè)SF-300IR火檢探頭對應(yīng)1個(gè)SA-3000火檢放大器來檢測煤火焰或油火焰。SA-3000火檢系統(tǒng)通過在電子間的放大器上設(shè)置增益、頻率、帶寬等參數(shù)來檢測火焰是否處于有火狀態(tài)，參數(shù)設(shè)置簡單直觀，不需像DPD火檢那樣在遠(yuǎn)程通訊無法滿足的條件下還必須現(xiàn)場在火檢探頭上進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

(3)SA-3000火檢系統(tǒng)采用光纖型監(jiān)測器，比非光纖型DPD火檢更真實(shí)、可靠。其火檢光纖采用繞性光纖組件，這些繞性光纖組件安裝在鍋爐的二次風(fēng)箱內(nèi)，用以將鍋爐燃燒器燃燒產(chǎn)生的紅外線傳遞到火檢探頭。繞性光纖組件包括外導(dǎo)管組件、內(nèi)導(dǎo)管組件、安裝管組件。其中，外導(dǎo)管組件固定在風(fēng)箱內(nèi)；內(nèi)導(dǎo)管組件在使用時(shí)插入外導(dǎo)管組件中，由光導(dǎo)纖維、金屬軟管、導(dǎo)管、螺母等組成，并采用多種隔熱措施，光纖耐溫達(dá)到450 ℃，內(nèi)導(dǎo)管光纖前端安裝耐溫達(dá)到1 200 ℃以上的石英鏡頭。在冷卻風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，火檢內(nèi)導(dǎo)管組件耐熱溫度不低于450 ℃，而二次風(fēng)溫一般低于350 ℃，使內(nèi)導(dǎo)管組件的使用壽命得到保證。此外，由于SA-3000火檢系統(tǒng)繞性光纖組件的內(nèi)、外導(dǎo)管間通入冷卻風(fēng)保證了光纖的長壽命，同時(shí)吹掃光纖前端的石英鏡頭保證了光纖的透光率，因此，SA-3000火檢系統(tǒng)更能準(zhǔn)確反映爐膛工況，為鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。

其中：p0為一個(gè)大氣壓，p0=1.013×105 Pa；β為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對于吸送式兩相流β=1.5×10-7為常數(shù)；L為水品管的長度，m；v0為吸塵孔出氣流速度；μ為單位時(shí)間通過輸料管有效斷面的固體質(zhì)量Gs與氣體質(zhì)量Ga之比：

3.3 升級改造方案

通過對現(xiàn)場設(shè)備檢查及可行性分析判定，只要在設(shè)備中加裝內(nèi)、外導(dǎo)管組件，升級火檢探頭就能解決目前火檢系統(tǒng)存在的問題。安裝在鍋爐的二次風(fēng)箱內(nèi)的繞性光纖組件包括外導(dǎo)管組件、內(nèi)導(dǎo)管組件，火檢現(xiàn)場部分安裝方案如圖1所示。

3.3.1 外導(dǎo)管組件安裝方案

外導(dǎo)管組件前端頭通過墊塊焊接在預(yù)埋管內(nèi)，墊塊用來確定火檢的觀測角度和范圍。外導(dǎo)管組件前端頭的安裝位置將直接影響火檢設(shè)備對爐膛火焰工況的檢測，必須保證現(xiàn)場導(dǎo)管的最前端至預(yù)埋管前段的距離(爐膛內(nèi)外導(dǎo)管前端火檢至預(yù)埋管前段的距離)為120 mm，才能滿足火檢改造后SA-3000的檢測火焰要求。外導(dǎo)管組件安裝步驟如下。

(1)在爐墻外將安裝法蘭盤點(diǎn)焊在預(yù)埋管上。把安裝管插入法蘭盤內(nèi)，在露出距法蘭盤130 mm的距離處點(diǎn)焊安裝管。

(2)將火檢外導(dǎo)管從安裝管中插入爐膛內(nèi)。由于鍋爐內(nèi)油火檢預(yù)埋管前端部分已被燒毀，且鍋爐內(nèi)無法補(bǔ)接預(yù)埋管，因此在預(yù)埋管內(nèi)新增1根外徑為60 mm的不銹鋼管，然后把油火檢外導(dǎo)管安裝在不銹鋼管內(nèi)。油火檢外導(dǎo)管前端焊接處距不銹鋼管前端80 mm、距水冷壁平面240 mm。鍋爐內(nèi)煤火檢前端距預(yù)埋管120 mm。

(3)將1塊用來確定火檢觀察角度的墊塊(15 mm×5 mm×10 mm)焊接在外導(dǎo)管的前端。在距離導(dǎo)管前端10 mm處進(jìn)行焊接，墊塊的另一面焊接在預(yù)埋管上，焊接使用不銹鋼焊條。導(dǎo)管的最前端至預(yù)埋管前段的距離為120 mm，同時(shí)應(yīng)將外導(dǎo)管后端的冷卻風(fēng)管接口朝向冷卻風(fēng)的方向，焊接時(shí)均采用滿焊。

(4)爐墻外預(yù)埋管上安裝的法蘭盤及管燒焊必須滿焊，要拉直外導(dǎo)管并固定住安裝管上的頂絲，保證外導(dǎo)管不彎曲、不晃動(dòng)。

(1)將內(nèi)導(dǎo)管組件(含光纖)順時(shí)針旋入外導(dǎo)管組件內(nèi)。

(2)旋緊外導(dǎo)管組件的端蓋組件。

(3)將SF-300IR火焰檢測器和內(nèi)導(dǎo)管組件的連接器連接。

(4)將原火檢電纜組件的航空插頭和SF-300IR火焰檢測器的相應(yīng)接口連接。

3.3.3 防止“火檢偷看”方案

圖1 火檢現(xiàn)場部分安裝示意

為避免“火檢偷看”問題，通過增加硬接線、使用火檢放大器SA-3000上的“遠(yuǎn)程文件”選擇功能進(jìn)行解決。從DCS引出1個(gè)開關(guān)量(干接點(diǎn))作為邏輯條件，連接至每個(gè)火檢放大器，共48個(gè)開關(guān)量。煤火檢放大器引入煤火嘴開、關(guān)狀態(tài)，油火檢放大器引入油閥開、關(guān)狀態(tài)，通過“煤火嘴開、關(guān)”開關(guān)量作為邏輯條件來判斷“燃燒器是否處于運(yùn)行狀態(tài)”，通過“油閥開、關(guān)”開關(guān)量作為邏輯條件來判斷“每個(gè)油槍是否投運(yùn)”，從而分別選擇火檢放大器SA-3000上2組不同的參數(shù)，以解決“火檢偷看”問題。

4 方案實(shí)施

要得到理想的火焰檢測效果，必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案的要求進(jìn)行施工。2010年6月機(jī)組檢修期間，按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了火檢系統(tǒng)升級改造工作，準(zhǔn)確安裝了外導(dǎo)管組件、內(nèi)導(dǎo)管組件及探頭，并通過引入開關(guān)量解決了“火檢偷看”問題。外導(dǎo)管組件完成安裝后(爐膛內(nèi)部分)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 外導(dǎo)管組件(爐膛內(nèi)部分)

5 應(yīng)用情況

自升級改造完成以來，經(jīng)過2年的觀察、使用，分體式智能型火檢系統(tǒng)SA-3000具有高度火焰鑒別功能，火焰檢測信號準(zhǔn)確、穩(wěn)定，能夠真實(shí)反映爐膛內(nèi)的火焰燃燒情況，避免了火檢保護(hù)拒動(dòng)、誤動(dòng)等問題，解決了鍋爐安全隱患，同時(shí)滿足了火力發(fā)電廠安全性評價(jià)中對爐膛安全的有關(guān)要求。

6 結(jié)束語

針對300 MW機(jī)組“W”型火焰鍋爐的火檢系統(tǒng)故障，將原系統(tǒng)升級為分體式智能型火檢系統(tǒng)SA-3000，同時(shí)解決了“火檢偷看”問題，徹底解決了火檢系統(tǒng)故障。

(1)煤火檢采用導(dǎo)管組件，安裝在燃燒器預(yù)留管或預(yù)留開孔處，導(dǎo)管前端安裝在煤火檢預(yù)留管內(nèi)。應(yīng)注意鍋爐預(yù)埋管角度是否符合要求，保證火檢繞性光纖組件的抽出距離。

(2)由于煤火檢安裝位置在2個(gè)乏氣口間，通風(fēng)和散熱較差，探頭長期處于高溫環(huán)境。為保證火檢探頭的長期穩(wěn)定運(yùn)行，可在煤火檢內(nèi)導(dǎo)管后端加裝延長管和彎頭，將探頭伸至溫度相對較低的位置。

(3)若采用觀測管，應(yīng)將觀測短管和鍋爐廠預(yù)留的觀測管通過焊接或法蘭、螺紋等方式連接。

1 張海燕，白建云.FORNEY DPD火焰檢測器的應(yīng)用[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2011(04).

2 車 剛，郝衛(wèi)東，郭玉泉.W型火焰鍋爐及其應(yīng)用現(xiàn)狀[J].電站系統(tǒng)工程，2004(01).

3 石麗萍.智能型溫差式火焰檢測器的設(shè)計(jì)[D].太原理工大學(xué)，2006.

4 姜云亮，謝克明.火電機(jī)組火焰檢測系統(tǒng)的分析與研究[J].山西電力，2005(02).

5 李今朝.火電廠火檢應(yīng)用實(shí)例[J].云南電力技術(shù)，2011(06).