鍋爐火焰檢測(cè)系統(tǒng)的改造

薛 輝，胡文飛，王 睿，劉洪剛，李茹艷

（1.吉林電力股份有限公司，長春 130021；2.吉林電力股份有限公司四平熱電公司，吉林 四平 136001；3.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長春 130021）

爐膛安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（FSSS）是現(xiàn)代大型火電機(jī)組鍋爐必須具備的一種監(jiān)控系統(tǒng)，而爐膛火焰檢測(cè)（簡稱“火檢”）系統(tǒng)是FSSS的重要組成部分，它能在鍋爐正常運(yùn)行和啟停等各種工況下，連續(xù)密切監(jiān)視燃燒系統(tǒng)的實(shí)時(shí)燃燒情況，不斷地進(jìn)行邏輯判斷和運(yùn)算，必要時(shí)發(fā)出報(bào)警和動(dòng)作指令，通過相關(guān)邏輯和聯(lián)鎖裝置，使燃燒設(shè)備嚴(yán)格按照既定的合理程序，完成必要的操作或處理未遂性事故，以保證鍋爐燃燒系統(tǒng)的安全，是運(yùn)行人員掌握爐內(nèi)火焰情況的重要設(shè)備。吉林電力股份公司四平熱電公司（以下簡稱四平熱電公司）4號(hào)鍋爐采用IFD－IR－101智能型一體化紅外火檢裝置，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)鍋爐燃燒火焰強(qiáng)度，于2010年1月投入運(yùn)行，但經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行，火檢系統(tǒng)長期工作在高溫、重粉塵的環(huán)境中，暴露出火檢裝置故障率高、光纖損壞頻繁、光纖更換難度大等缺點(diǎn)，增加了維護(hù)工作量，直接影響爐膛滅火保護(hù)的穩(wěn)定投入，威脅到鍋爐的安全運(yùn)行，因此決定對(duì)火焰檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

1 設(shè)備概況及原理

四平熱電公司4號(hào)機(jī)組是燃煤機(jī)組，鍋爐為亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐，燃燒器為四角切圓燃燒方式，布置有A、B、C、D、E5層煤燃燒器，鍋爐啟動(dòng)和低負(fù)荷階段燃用輕柴油，布置AB、BC、DE3層油燃燒器。爐膛四角共放32只火焰檢測(cè)裝置，采用“一對(duì)一”的火焰檢測(cè)方式，該系統(tǒng)采用內(nèi)窺視火檢系統(tǒng)，主要由光纖傳導(dǎo)系統(tǒng)、IFD－IR－101智能型一體化紅外火焰檢測(cè)單元、控制單元和火檢冷卻風(fēng)系統(tǒng)組成。

火焰檢測(cè)原理是依靠光纖，將火焰光信號(hào)送至火檢探頭，檢測(cè)煤粉燃燒器和燃油燃燒器的燃燒情況，再由光電轉(zhuǎn)換器將檢測(cè)到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量電信號(hào)，模擬量電信號(hào)通過火檢放大器運(yùn)算判斷后分別轉(zhuǎn)換為一路模擬量信號(hào)，直接在分散控制系統(tǒng)（DCS）內(nèi)以直觀的光柱形式顯示，以利于運(yùn)行人員監(jiān)測(cè)燃燒工況；另一路開關(guān)量信號(hào)送至DCS進(jìn)行邏輯運(yùn)算，判斷是否“全爐膛火焰喪失”，一旦滿足條件即發(fā)出主燃料跳閘（MFT）信號(hào)，迅速切斷燃料，以免爐膛發(fā)生爆燃、爆炸等破壞性事故。由于火焰信號(hào)是跳磨和MFT 的重要邏輯，火焰檢測(cè)信號(hào)若不可靠將嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行。

2 火檢系統(tǒng)存在的主要故障

為提高鍋爐的安全運(yùn)行水平，及時(shí)消除缺陷，降低火檢系統(tǒng)設(shè)備檢修維護(hù)工作量，熱工人員對(duì)4號(hào)爐火檢系統(tǒng)缺陷進(jìn)行了全面分析，通過連續(xù)密切監(jiān)視火檢探頭的工作環(huán)境，發(fā)現(xiàn)火檢探頭靠近爐墻安裝，工作溫度常年在50 ℃以上，有些探頭安裝位置的保溫不徹底，在夏季甚至能達(dá)到65℃。高溫環(huán)境會(huì)使火檢探頭檢測(cè)放大元器件加速老化，造成火檢探頭故障率升高，典型故障如下。

a.2013年1月14日，4號(hào)爐B層3號(hào)角火焰檢測(cè)器失靈，火檢信號(hào)消失，爐膛內(nèi)故障原因?yàn)閭鲗?dǎo)光纖燒損。由于采用的是內(nèi)窺視火檢系統(tǒng)，光纖導(dǎo)管前端溫度較高，光纖工作面直接正對(duì)觀火孔，在運(yùn)行中一旦發(fā)生燃燒不穩(wěn)，爐膛正壓現(xiàn)象，極易燒損傳導(dǎo)光纖。

b.2013年2月19日，4號(hào)爐A 層4號(hào)角火檢信號(hào)光柱顯示偏低，且無正常波動(dòng)，與爐膛內(nèi)實(shí)際燃燒情況不符，故障原因是由于傳導(dǎo)光纖透光率下降?；饳z探頭與光纖連接部分容易積灰，鍋爐運(yùn)行中工作環(huán)境惡劣，灰塵遮擋光纖鏡面，長時(shí)間容易造成光纖鏡頭磨損，使光纖通光率下降，光纖使用壽命降低，影響檢測(cè)效果。

c.2013年3月2日，4號(hào)爐E 層3號(hào)角火檢探頭開關(guān)量信號(hào)消失，模擬量信號(hào)正常，故障原因?yàn)榛饳z探頭設(shè)置的放大器放大倍數(shù)和門檻值與實(shí)際情況不匹配。

為解決上述問題，決定對(duì)火檢系統(tǒng)進(jìn)行改造。

3 改造方案

3.1 杜絕“偷看”與“漏看”

火焰 檢 測(cè) 系 統(tǒng) 為IFD－IR－101（IFD－UV－101），是基于微處理器將火檢探頭與信號(hào)放大器合二為一的智能一體化火焰檢測(cè)器，不同的負(fù)荷、煤種、位置，火焰燃燒的強(qiáng)度及頻率都不一樣。對(duì)火檢裝置發(fā)生“偷看”或“漏看”時(shí)的機(jī)組負(fù)荷、火焰檢測(cè)強(qiáng)度及檢測(cè)位置等情況與火檢放大器放大倍數(shù)進(jìn)行對(duì)照，發(fā)現(xiàn)火檢探頭設(shè)置的放大器放大倍數(shù)、門檻值等參數(shù)與實(shí)際情況不匹配。通過對(duì)不同情況下火焰燃燒的強(qiáng)度及頻率分析，總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)參數(shù)并進(jìn)行修改（見表1），使火檢靈敏度提高了近5倍，并將部分信號(hào)特別弱的火檢探頭由線性放大改為對(duì)數(shù)放大。為檢驗(yàn)調(diào)整參數(shù)后火檢裝置的可靠性，進(jìn)行了多次機(jī)組變負(fù)荷試驗(yàn)、磨煤機(jī)切換試驗(yàn)和低負(fù)荷試驗(yàn)，并借停爐機(jī)會(huì)進(jìn)行了滅火試驗(yàn)。經(jīng)過一年來的觀察和記錄，火檢裝置模擬量輸出信號(hào)反應(yīng)迅速，與實(shí)際燃燒情況一致；開關(guān)量輸出信號(hào)動(dòng)作穩(wěn)定、準(zhǔn)確，基本杜絕了火檢裝置“偷看”“漏看”的問題。

3.2 清潔火檢探頭

定期清潔火檢探頭透鏡和光纖鏡面，及時(shí)更換受磨損的鏡面；加強(qiáng)巡視力度，經(jīng)常檢查探頭處冷卻風(fēng)量，看冷卻風(fēng)管是否漏泄、脫落，調(diào)整好冷卻風(fēng)吹掃的最佳角度和風(fēng)量的大小，防止由于冷卻風(fēng)不足燒毀火檢探頭；防止雜物堵塞風(fēng)管閥門及其他部位；火檢探頭的端蓋保持密封，防止飛灰進(jìn)入內(nèi)部損壞電路板；電纜航空插頭要注意密封，防塵防水。

3.3 更換光纖

火檢光纖套管的撓性金屬軟管有較大的彎曲角度，而傳導(dǎo)光纖的彎曲度和柔性有限，且十分脆弱易折，所以在更換光纖時(shí)，拔出和插入都十分困難，經(jīng)常造成光纖損壞。為解決這一問題反復(fù)試驗(yàn)，在保證鍋爐安全運(yùn)行和原火檢系統(tǒng)完整性的前提下，以減輕火檢光纖更換難度為目的，對(duì)火檢探頭套管、光纖及固定法蘭進(jìn)行改造。

表1 火檢探頭主要功能參數(shù)整定

具體方法：設(shè)計(jì)兩片法蘭，1 號(hào)法蘭和2 號(hào)法蘭，1號(hào)法蘭的內(nèi)徑與保護(hù)套管外徑一致，把火檢光纖的保護(hù)套管穿進(jìn)1號(hào)法蘭，在合適位置焊接，使1號(hào)法蘭與保護(hù)套管固定在一起；2號(hào)法蘭焊接在二次風(fēng)箱外壁的爐墻上，用4個(gè)螺栓將1號(hào)法蘭和2號(hào)法蘭固定在一起，安裝方法見圖1。

圖1 改造后法蘭安裝示意圖

由于2號(hào)法蘭焊接在爐墻上，設(shè)計(jì)的內(nèi)徑大于保護(hù)管，所以更換火檢光纖時(shí)，只需要松開兩個(gè)法蘭之間的4個(gè)固定螺栓，將保護(hù)套管輕輕向外拉，使撓性金屬軟管部分拉直，此時(shí)很容易將光纖插入和取出。光纖更換完畢后，向里推入保護(hù)套管至兩片法蘭緊靠，緊固法蘭螺栓，撓性金屬軟管保持原彎曲弧度不變。

4 改造效果

改造后解決了不能及時(shí)更換光纖的難題，設(shè)備缺陷得以及時(shí)處理，降低了工作強(qiáng)度和維護(hù)量，同時(shí)，提高了火檢探頭的靈敏度，基本杜絕了火檢“漏看”現(xiàn)象。改造前后火檢裝置可靠性對(duì)比見表2，改造后每年的故障由原來的27次減少到8次，火焰檢測(cè)系統(tǒng)的工作可靠性有了提高。

表2 改造前后火檢裝置可靠性對(duì)比 次

火焰檢測(cè)系統(tǒng)是運(yùn)行人員掌握爐內(nèi)火焰情況的重要設(shè)備，由于火焰信號(hào)存在跳磨和MFT 的重要邏輯，信號(hào)的好壞嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行，所以此次改造為鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的保障。