DIGIT-ALL火焰檢測器應(yīng)用分析

余星育，李 波

(江蘇闞山發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221134)

0 引言

火焰檢測裝置是電站鍋爐燃燒運行時火焰監(jiān)測的關(guān)鍵設(shè)備，要實現(xiàn)燃燒的自動管理和控制，火焰檢測裝置是必不可少的。火焰檢測裝置是根據(jù)爐膛火焰的物理特性對著火工況進行監(jiān)測，不僅能檢測火焰的著火和熄滅，還能檢測出火焰的穩(wěn)定性，當火焰燃燒狀況不良或爐膛熄滅時，可給出開關(guān)量、模擬量信號，作為故障報警和爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(furnace safeguard supervisory system, FSSS)的邏輯判斷依據(jù)，因此，火焰檢測裝置在發(fā)電廠鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)中起著極其重要的作用。

火焰監(jiān)測裝置一般由探頭、電源、電壓放大器、檢測屏、邏輯屏等部件組成，其工作原理是由探頭探測燃燒火焰的強度和脈動頻率，并將探測到的火焰信號轉(zhuǎn)換為電信號，傳送到信號處理中心，只有當燃燒火焰的強度和頻率同時滿足時，探測到的火焰才是真實的火焰，并發(fā)出有火信號;否則，判斷為無火。

1 DIGIT-ALL火檢系統(tǒng)功能

1.1 工作原理

DIGIT-ALL火焰檢測器裝置是根據(jù)輻射光能強度檢測的原理實現(xiàn)的，它利用探頭接收火焰發(fā)出的光輻射，按照其強度大小判斷火焰的存在與否，即：鍋爐燃燒器燃燒產(chǎn)生的紅外線被火檢探頭捕捉，火檢探頭將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)過初級放大和處理后，將代表火焰特性的電信號通過電纜組件傳遞到放大器，放大器將火焰信號經(jīng)過放大處理后輸出有火/無火接點信號和相應(yīng)的火焰強度的模擬量信號，并輸入分布式控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)。

1.2 系統(tǒng)功能

DIGIT-ALL火焰檢測器主要包括：SF-300IR火檢探頭、SA-3000火檢放大器、火檢外導(dǎo)管組件、內(nèi)導(dǎo)管組件、電纜組件等設(shè)備。其中火檢探頭采用紅外線火檢檢測技術(shù)，適用于探測煤和/或油燃燒的火焰，并具有耐100 ℃高溫、持續(xù)地檢測燃燒器火焰的閃爍頻率和振幅的特征。

SA-3000火檢放大器為基于數(shù)字信號處理(digital signal processing, DSP)的微處理器，放大器內(nèi)部存儲有4套火檢程序文件。當探頭檢測到目標燃燒器有火焰時，SA-3000輸出有火接點信號和相對應(yīng)火焰強度的模擬量信號，并輸入DCS。該火檢放大器帶有獨立的電子自檢系統(tǒng)，自檢故障時探頭將輸出故障報警信號?；饳z放大器通過專用軟件與電腦進行通信聯(lián)網(wǎng)，并可顯示實時火焰狀態(tài)及其他信息，用戶可通過火檢軟件進行實時調(diào)試，便于對所檢測的火焰進行燃燒分析和監(jiān)視。

2 火檢常見問題及原因分析

2.1 火檢信號波動

(1) 在機組低負荷(低于65 %額定負荷)運行時，磨煤機入口一次風量過大，未燃區(qū)會因一次風速增高、煤氣細度增大而加長，煤氣熱值降低，使煤氣著火距離后移，初燃區(qū)中心偏離原來火檢導(dǎo)光管對準的區(qū)域，檢測火焰亮度發(fā)生變化，造成火檢信號波動。

(2) 二次風擋板開不到位，燃燒器燃燒配風不夠，燃燒工況惡化，使信號不穩(wěn)定。

(3) 導(dǎo)光管冷卻效果不好，火檢探頭工作環(huán)境溫度過高，探頭老化或損壞。

(4) 高溫導(dǎo)致光纖燒損、光纖前端鏡片積灰，影響信號穩(wěn)定性。

2.2 檢測不到火焰

(1) 長期運行或冷卻效果不好造成局部過熱，導(dǎo)致光纖透光性變差，過熱時光纖、探頭燒壞，不能正常檢測。

(2) 由于鍋爐風煤比設(shè)定不合適，造成火檢鏡片結(jié)焦，影響正常監(jiān)測。

(3) 入爐煤質(zhì)發(fā)生變化，造成火焰亮度、頻譜、閃爍頻率改變，超出火檢系統(tǒng)預(yù)設(shè)工作范圍，導(dǎo)致火檢系統(tǒng)無法正常工作。

2.3 誤報警

(1) 電纜線芯氧化或接地，接線松動，保險燒壞，放大器產(chǎn)生報警。

(2) 爐墻和煤粉管道的熱輻射導(dǎo)致火檢探頭工作溫度過高引發(fā)報警。

(3) 火檢探頭信號電壓不穩(wěn)，傳感器產(chǎn)生的模擬信號大小受電源電壓的影響，當超出火檢信號工作范圍后，引起火檢報警。

(4) 增益調(diào)整不合適會造成火檢的故障報警。

2.4 火檢“偷看”

要滿足低負荷看到火，高負荷不“偷看”是不現(xiàn)實的，因為高負荷時的背景火焰信號比低負荷的主火焰信號還要強。單從火檢參數(shù)調(diào)試情形下，無法根本解決“偷看”問題，只可能減少“偷看” 情況發(fā)生。因此，要求在調(diào)試過程中，要確保油與油之間、油與煤之間不能出現(xiàn)“偷看”，煤與煤之間盡量減少“偷看”。

3 火檢問題解決方案

3.1 火檢信號波動解決方案

(1) 針對著火距后移的問題，可在燃燒穩(wěn)定的情況下適當調(diào)強火檢信號。停爐期間，可以調(diào)整噴燃器的火焰中心，調(diào)整單個噴燃器的火檢測量孔，同時增大火檢視角范圍，減少火焰擾動或漂移對檢測的影響。

(2) 確保二次風擋板行程開關(guān)正常工作且開信號到位，聯(lián)系有關(guān)部門檢測風壓和風煤比，確保燃燒工況穩(wěn)定。

(3) 減小火檢內(nèi)、外套管管壁間縫隙，使冷卻風從內(nèi)外導(dǎo)管的間隙通過，到達內(nèi)導(dǎo)管的前端；確保內(nèi)外導(dǎo)管之間無堵塞，不漏風，使冷卻風可以通過；適當增加風壓，同時在內(nèi)導(dǎo)管上裝設(shè)通風槽，以冷卻導(dǎo)管和光纖，降低內(nèi)導(dǎo)管前端溫度，提升導(dǎo)管和光纖的使用壽命，也減少光纖積灰的可能。在冷卻風流量一定的情況下，可以增加風壓，使其在內(nèi)導(dǎo)管石英片前端形成屏障，以防止石英片結(jié)焦，且石英片得到有效冷卻，以降低內(nèi)導(dǎo)管前端溫度。

(4) 正常情況下，光纖和內(nèi)導(dǎo)管組件日常維護周期為6個月，但在啟停爐期間，光纖損壞數(shù)量多，因此每次機組B級、C級檢修時，可以將光纖全部更換，大大節(jié)約人力資源。

3.2 檢測不到火焰解決方案

(1) 更換損壞光纖、探頭，清理光纖積灰。

(2) 檢查火檢系統(tǒng)是否正常工作，詢問運行人員及煤化驗人員煤質(zhì)是否發(fā)生變化，當煤質(zhì)變化較大時，保證噴燃器的著火區(qū)與火檢測量孔相對應(yīng)，適當降低一次風速，在儲存的A，B，C，D四套火檢程序中進行切換，選擇合適程序。

(3) 信號過飽和或過低時探頭感受不到頻率，可調(diào)整光纖和探頭之間的相對距離。

3.3 火檢誤報警解決方案

(1) 保險絲若燒毀及時更換。

(2) 使火檢導(dǎo)管遠離爐膛高溫區(qū)以降低火檢探頭的環(huán)境溫度，提高火焰檢測的穩(wěn)定性；也可用石棉板隔離爐墻和煤粉管道對火檢探頭的熱輻射，同時適當增加冷卻風。

(3) 火檢探頭信號電壓不穩(wěn)時，更換探頭。

(4) 增益過調(diào)時，適當減小增益。增益和火焰繼電器門檻值選定后，必須對燃燒器進行多次合適的火焰檢測和辨別率啟停檢驗，對于所有的火焰輸出狀態(tài)，火焰繼電器必須保證不被激勵。這些測試必須是在各個相鄰燃燒器投運和切除以及不同的負荷等級的情況下進行，以確保正確運行。

3.4 減少火檢“偷看”

要減少火檢“偷看”，需要處理好靈敏度和分辨能力兩方面的問題。既要有足夠的靈敏度保證火檢信號的穩(wěn)定，又要將本身的火焰與相鄰、相對的火焰區(qū)分開來。可通過增加火檢的視角范圍來減小火焰擾動或漂移對火焰檢測的影響，在安裝火檢時安裝角度瞄準目標火焰以提高火焰檢測的準確性。

(1) 在安裝時，可利用安裝位置減少“偷看”，如圖1，2所示。

圖1 上下鄰角減少火檢“偷看”

圖2 相對角減少火檢“偷看”

(2) 油閥開關(guān)或磨煤機運行信號之間添加“與”邏輯，來判斷燃燒器是否有火。

(3) 可用A，B，C，D四個文件設(shè)置參數(shù)的不同來檢測不同的工況(遠程文件選擇功能)來減少“偷看”。

4 結(jié)束語

由于火檢監(jiān)測設(shè)備在高溫、高灰份的惡劣環(huán)境下運行，出現(xiàn)火檢信號波動、檢測不到火焰、報警、“偷看”等問題在所難免，但經(jīng)過合理的維護和檢修，可以大大減少出現(xiàn)問題的幾率，通過調(diào)整內(nèi)外導(dǎo)管間隙、配置通風槽雙重冷卻技術(shù)，有效地解決了探頭易燒損、光纖損壞頻繁、積灰等問題，延長了產(chǎn)品使用壽命。通過對通道屏蔽線端連接增加電纜保護套、用石棉板隔離爐墻和煤粉管道對火檢探頭的熱輻射、及時調(diào)整火檢探頭安裝方位、增加邏輯判斷等手段來減少誤報警及火焰“偷看”現(xiàn)象的發(fā)生。

實踐證明，定期進行以上維護、檢查和保養(yǎng)工作，可以大大提高裝置的可靠性，有效減少出現(xiàn)問題的幾率，無論在點火啟動、負荷低谷還是煤質(zhì)變化時，均展現(xiàn)了良好的監(jiān)測效果，提高了火檢設(shè)備運行的穩(wěn)定性和準確性，為機組的安全運行提供了可靠保障。