新型微油點火一體化可見光火焰檢測探頭應用分析

張成銳 張治湖

摘 要：在進口火焰檢測探頭的基礎上，對微油點火啟動及點火燃燒時的著火狀況進行研究，討論新型一體化可見光火焰檢測探頭的設計原理、檢測方式，分析導致火焰檢測不穩(wěn)定的因素，進而對微油點火配套的火焰檢測提出要求，達到提高火焰檢測準確性和保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的目的。

關鍵詞：微油點火;可見光;火焰檢測;探頭

0 ? ?引言

神華勝利電廠新建工程項目2×660 MW超超臨界機組的鍋爐等離子煤粉點火裝置中的冷爐制粉裝置安裝在鍋爐兩側的熱一次風母管上，冷爐制粉裝置采用加裝微油油槍點火油燃燒加熱的方案，在鍋爐冷態(tài)啟動時利用微油油槍點燃油槍噴出的空氣霧化燃油，通過油的燃燒產生熱量將磨入口熱風加熱到制粉系統(tǒng)出口需要的溫度。

該機組冷爐制粉裝置微油點火油槍配套某進口火焰檢測裝置，每臺爐共計8只。在機組初次調試運行過程中，其在著火良好的情況下頻繁出現(xiàn)火焰檢測有火信號消失的現(xiàn)象，導致點火失敗，影響系統(tǒng)正常運行。本文在進口火焰檢測探頭的基礎上，對微油點火啟動及點火燃燒時的著火狀況進行研究，討論新型一體化可見光火焰檢測探頭的設計原理、檢測方式，分析影響火焰檢測準確性的因素，進而對微油點火配套的火焰檢測提出要求，達到提高火焰檢測準確性和保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的目的。

1 ? ?神華勝利電廠冷爐制粉裝置火檢系統(tǒng)組成

冷爐制粉裝置設置在鍋爐兩側的熱一次風母管上（圖1），每臺爐共計設置2套，每套安裝4只微油點火油槍。

火焰檢測探頭沿油槍軸向插入，火檢探頭長度約為3 m，采用DC24 V的供電方式，每臺爐共計8個一體化可見光火檢探頭?；饳z探頭檢測器將檢測信號先送至微油點火就地控制柜，再送至機組DCS系統(tǒng)，參與微油點火系統(tǒng)的邏輯保護[1]。

因冷爐制粉在運行過程中且著火良好的情況下頻繁出現(xiàn)火焰檢測有火信號消失的情況，導致點火失敗，根據(jù)出現(xiàn)的問題，目前已將原探頭更換為新型微油點火一體化可見光火焰檢測探頭，主要更換了探頭、光纖、檢測器及配套預制電纜，供電及信號接口均相同。更換完成后火焰檢測信號準確，保證了系統(tǒng)正常運行。

2 ? ?一體化可見光火焰檢測介紹

2.1 ? ?工作原理

油、煤或氣體燃燒時，會發(fā)出具有各自特性的光譜，包含了火焰燃燒的亮度、脈動等特征。不同燃料燃燒時，光譜成分有明顯區(qū)別，例如煤、油燃燒時發(fā)出大量的可見光和紅外線，僅有少量紫外線;氣體燃燒時則含有大量的紫外線和紅外線，僅有少量可見光。選用合適的檢測元件不但能保證火焰的準確檢測，還能在很大程度上避免對其他燃料火焰的偷看問題。由于國內的煤種比較復雜，受各種因素的限制，往往同一個電廠的煤種也很難保持不變，這就造成目前國內電廠鍋爐燃燒情況比較復雜多變。在這種情況下，傳統(tǒng)的單一判據(jù)的火檢就可能會出現(xiàn)判斷不穩(wěn)定的問題。一體化火焰檢測器正是針對這種情況而推出的綜合型火檢，通過合理地配置有火判斷參數(shù)和判斷條件，一體化火焰檢測器可以適應復雜多變的燃燒情況，保證穩(wěn)定地發(fā)出有火信號。

同時一體化火焰檢測器還具有文件選擇功能和多種文件切換方式，用戶可以根據(jù)常用的幾種煤種或油燃料制訂相應的文件，在燃料變化時切換到相應的文件即可實現(xiàn)準確可靠的有火判斷。當燃料燃燒時，其中燃燒區(qū)亮度較高，并且有豐富的脈動成分，是進行火焰檢測的理想?yún)^(qū)域。

一體化火焰檢測器對火焰燃燒區(qū)的火焰信號進行采集，然后將其中的亮度和脈動成分分別進行程控放大和濾波，最終送入CPU進行處理。CPU對亮度和脈動信號進行采集后，通過實時計算和FFT變換提取出火焰燃燒的8個特征量，供有火判斷使用。有火判斷采用組態(tài)方式，用戶可自由選擇1～2個燃燒特征量，每個特征量的有火邏輯和整體的有火邏輯均可自由選擇，最終實現(xiàn)可完全定制的有火邏輯判斷。

可見光火焰檢測器是通過檢測火焰發(fā)光亮度及脈動特性進行有火/無火判斷的一種火焰檢測裝置。它利用油、煤燃燒時輻射出的具有脈動的光譜成分，經光電轉換后成為電壓信號，然后分別對亮度及脈動成分進行濾波放大后送入CPU，CPU通過用戶選擇的判斷條件判斷火焰是否存在。

2.2 ? ?設計特點

（1）可從8種火焰燃燒特征量中選擇1～2種作為有火判斷依據(jù)。

（2）每個特征量的有火邏輯及兩個特征量的整體邏輯均可自由選擇。

（3）具有4個可選編程文件，可存儲4種不同的判斷方式，支持文件復制。

（4）可通過硬接線遠程控制文件切換，實現(xiàn)不同判斷方式的轉換。

（5）提供2個參考文件，對于一般應用僅需設置幾個參數(shù)即可簡單使用。

（6）具有2路開關量輸入，可實現(xiàn)多種功能擴展。

（7）采用動態(tài)菜單，自動屏蔽無關內容，方便操作，設置菜單具有密碼保護。

2.3 ? ?火焰燃燒特征量

火焰燃燒區(qū)的火焰信號信息非常豐富，火焰檢測器可以從中提取8種火焰燃燒特征量供有火判斷使用，每種特征量的標號及含義如表1所示。

2.4 ? ?一體化可見光火檢參數(shù)

一體化可見光火檢參數(shù)如表2所示。

2.5 ? ?一體化可見光火檢應用特點

一體化可見光火檢設計簡單緊湊，分體式火檢需要另外設置安裝火焰信號處理器的控制柜，系統(tǒng)較為復雜。一體化可見光火檢探頭、光纖及火焰信號處理器均設置在就地需要檢測的設備位置，火焰信號處理器直接將檢測信號送至上級處理系統(tǒng)，系統(tǒng)組成簡單，檢修維護方便。

一體化可見光火檢主要應用于鍋爐煤粉燃燒器和油燃燒器的火焰檢測，在鍋爐冷爐制粉裝置中微油點火配套設計專用的一體化可見光火檢適應了特殊點火裝置的需要，可以有效解決常規(guī)火檢在微油點火過程中出現(xiàn)的問題。

3 ? ?導致微油點火火焰檢測不穩(wěn)定的因素

鍋爐冷爐制粉裝置設計的微油點火裝置為內部燃燒方式，火焰檢測探頭沿微油油槍軸向插入，不同于鍋爐煤粉燃燒器或者大油槍油燃燒器的火檢，煤粉燃燒器或者油燃燒器的著火火焰位于燃燒器噴口，通過安裝在煤粉燃燒器或者油燃燒器附近的火檢，以一定的角度采集燃燒器噴口火焰正常工況下著火最明亮的區(qū)域信息，而微油點火裝置著火火焰位于裝置內部，裝置內部結構復雜，火焰檢測的工作環(huán)境產生了明顯的變化。

導致火焰信號檢測不穩(wěn)定的因素[2]主要包括以下3個方面：火檢探頭的設計結構、火檢探頭的安裝位置、燃燒區(qū)域的火焰狀態(tài)。

3.1 ? ?火檢探頭的設計結構問題

鍋爐冷爐制粉裝置配套微油點火裝置中的火檢探頭不同于燃煤鍋爐的火檢裝置，燃煤鍋爐火檢探頭前端可直接檢測燃燒器噴口火焰，而微油點火裝置中的火檢探頭前端與微油點火油燃燒區(qū)域有機械件遮擋，進入探頭的光通量大幅減少，有可能造成火焰檢測不準確。

火焰檢測探頭對火焰信號的采集先是通過光纖前端的石英鏡片，再通過光纖將信號送至火焰檢測探頭后端的處理器，而本項目微油點火裝置配套火焰檢測探頭長度為3 m，這就對光纖的結構設計提出了更高的要求。

3.2 ? ?火檢探頭的安裝位置問題

微油點火裝置中的火檢探頭安裝空間狹窄，火焰檢測探頭與燃燒區(qū)域的距離差異、火焰檢測探頭安裝的角度不同及油槍點火噴油產生的擴散油霧問題等因素中的一種或者幾種疊加，必然對火焰檢測的準確性產生不利影響。

3.3 ? ?燃燒區(qū)域的火焰狀態(tài)問題

可見光火焰檢測器是通過檢測火焰發(fā)光亮度及脈動特性進行分析判斷的，因此燃燒區(qū)域火焰狀態(tài)的穩(wěn)定性也是影響火檢探頭火焰信息采集的因素之一。

當鍋爐煤粉燃燒器或油燃燒器燃料自噴口噴出時，燃料著火區(qū)域無遮擋，燃料燃燒充分，火焰檢測探頭可檢測區(qū)域面積大，采集的有效信息有保證;而微油點火裝置中的火焰燃燒體積小，火焰檢測探頭受安裝空間影響可采集的有效火焰區(qū)域有限，這也是影響檢測火焰狀態(tài)穩(wěn)定性的另一個因素。

4 ? ?采取的改進措施

4.1 ? ?優(yōu)化探頭設計結構

基于以往施工工程的調試和運行情況，對火焰檢測探頭光纖的選型、結構設計進行優(yōu)化改進，主要目的是增大火焰檢測探頭與目標燃燒區(qū)域的檢測視角，進而提高火焰檢測探頭的采光量，確保火焰檢測探頭對燃燒火焰信息采集的“數(shù)量”和“質量”滿足要求。

4.2 ? ?合理調整火檢探頭的安裝位置

結合神華勝利電廠的實際情況及原使用的進口火檢的安裝方式，調整火檢探頭前端深入微油點火裝置內部的尺寸，以增大火檢探頭檢測視角，提高檢測靈敏度，并嚴格控制火檢探頭前端與燃燒區(qū)域的安裝角度。

4.3 ? ?做好必要的檢查和維護

定期檢查火檢冷卻風的通風效果，看是否有堵塞及漏風的情況;定期對火檢探頭光纖進行檢查，看是否有光纖采光面高溫脫落的情況;定期對火檢檢測器及對應回路的接線進行檢查，看是否有松動的情況。

5 ? ?結語

新型一體化可見光火焰檢測探頭能有效解決冷爐制粉裝置配套的微油點火火檢檢測不準確的問題，能夠真實反映油槍燃燒區(qū)域的著火狀況，避免了火檢信號誤發(fā)造成油角閥關閉及系統(tǒng)停運的問題，保證了鍋爐啟動過程中冷爐制粉系統(tǒng)的正常運行，確保了機組的順利投運。因此，新型一體化可見光火焰檢測技術完全可以在微油點火裝置上使用，并且可以推廣[3]。

[參考文獻]

[1] 張俊偉.論火檢系統(tǒng)在火電廠鍋爐檢測中的重要性[J].水能經濟，2016（2）：30-31.

[2] 匡磊.提高鍋爐火檢系統(tǒng)可靠性的措施研究[J].機電信息，2015（18）：48-49.

[3] 柯軍.火電廠火檢問題分析及改造[J].電子元器件與信息技術，2019，3（5）：67-70.

收稿日期：2021-08-30

作者簡介：張成銳（1969—），男，山西忻州人，碩士研究生，高級工程師，主要從事燃煤電站鍋爐清潔燃燒技術研究工作。