適應(yīng)火電機(jī)組深度調(diào)峰運(yùn)行的鍋爐火檢系統(tǒng)優(yōu)化

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，及時觸發(fā)全爐膛滅火保護(hù)和因燃料喪失導(dǎo)致爐膛滅火時能及時觸發(fā)保護(hù)動作，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，操作人員通過火檢信號了解爐膛燃燒情況，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)過程中的實(shí)際狀況，對火檢系統(tǒng)暴露出的問題進(jìn)行分析，對火檢系統(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)簡述

某超臨界燃煤機(jī)組鍋爐采用前后墻對沖燃燒，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系列火焰檢測裝置安裝時應(yīng)對準(zhǔn)燃燒器主燃燒區(qū)域，火焰發(fā)射的輻射能通過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程度的不同，光敏電阻的阻值發(fā)生變化，產(chǎn)生一個與火焰強(qiáng)度和頻率成正比的交流電壓輸出信號，火檢放大器通過檢測火焰的強(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)度信號和開關(guān)量有火信號。IDD9000放大器還具有自檢功能，每間隔一定時間（可手操器設(shè)定）發(fā)出自檢脈沖信號，使光敏元件50 V 直流（direct current，DC）偏置電壓瞬間消失，如果此時火檢強(qiáng)度未降低至無火設(shè)定值以下，放大器將觸發(fā)故障報警，火檢開關(guān)量信號消失，模擬量信號保持當(dāng)前值，只能通過到就地柜手動復(fù)位才可以消除報警信號。

在DCS邏輯上，火檢有火信號是由火檢裝置有火信號與裝置無故障信號綜合判斷所得。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，每層油火檢及煤火檢信號同時有3個及以上消失，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同時有3個及以上消失，將觸發(fā)該層磨煤機(jī)滅火信號，導(dǎo)致磨煤機(jī)跳閘［1］。

2 火檢系統(tǒng)存在的問題

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)行時易出現(xiàn)燒保險、誤報警等問題，當(dāng)機(jī)組在深度調(diào)峰負(fù)荷工況運(yùn)行時，問題尤為突出。

2.1 探頭角度偏移

火檢檢測信號不能正確反映爐膛內(nèi)燃燒情況，有些燃燒器層火檢信號在爐膛已經(jīng)無火或燃燒器已經(jīng)停運(yùn)的情況下仍然存在較強(qiáng)的火檢強(qiáng)度信號，存在“偷看”現(xiàn)象，無法正確指導(dǎo)運(yùn)行人員對燃燒情況進(jìn)行調(diào)整。通過手操器可以得知，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輸出信號電纜兩端接地，會造成放大器輸出信號保險熔斷。DCS的模擬量輸入（analog input，AI）卡件為24 V DC電源，信號在卡件負(fù)極接地，當(dāng)放大器控制回路盤柜同時接地時，會出現(xiàn)兩端對地懸浮，造成兩端負(fù)極之間存在電勢差，導(dǎo)致放大器輸出信號回路過電流燒斷保險，引起放大器故障，火檢信號誤報警等現(xiàn)象。

2.3 安裝工藝差

在對放大器輸入端電壓進(jìn)行檢測時發(fā)現(xiàn)，部分火檢裝置測量不到工作電壓（15 V DC）、偏置電壓（50 V DC）、反饋電壓（7 V DC）或信號衰減，更有放大器保險熔斷的現(xiàn)象。通過對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，存在虛接問題。另外，由于火檢探頭專用預(yù)制電纜長度不能滿足現(xiàn)場要求，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普通屏蔽電纜簡單鉸接，導(dǎo)致放大器輸入回路出現(xiàn)接地?zé)ｋU或信號衰減的現(xiàn)象，影響火檢裝置正常穩(wěn)定使用。

2.4 冷卻風(fēng)量不足

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

2.5 燃燒工況問題

機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時，由于二次風(fēng)、三次風(fēng)開度及配風(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)等都無法有效處理，影響操作人員對燃燒器狀態(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，變負(fù)荷階段誤報警現(xiàn)象尤為突出，導(dǎo)致火檢有火信號消失，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)過對火檢系統(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

探頭安裝問題是影響火檢測量最根本的原因，它會導(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)會進(jìn)入爐膛，核對每一個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)，重新對火檢監(jiān)視器固定支架設(shè)計加工，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)計見圖1。

圖1 火檢監(jiān)視器固定支架結(jié)構(gòu)設(shè)計

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)與放大器輸出信號接地點(diǎn)合并在一點(diǎn)，導(dǎo)致工作中頻繁發(fā)生保險熔斷事件。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放大器輸出開關(guān)量及模擬量信號回路加裝無緣隔離柵，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之間信號參考點(diǎn)存在電勢差形成接地環(huán)路的問題，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

通過對火檢系統(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、放大器檢測信號微弱的問題。驗(yàn)收階段，對所有火檢電纜進(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)

光纖時刻傳輸爐膛里燃料的燃燒情況，為了防止光纖溫度過高受損，機(jī)組運(yùn)行過程中重點(diǎn)監(jiān)視冷卻風(fēng)壓，并調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)壓由原來的5 k Pa提高至6 k Pa，保證光纖不超過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)整無火信號門檻電壓

電廠燃料來源復(fù)雜，煤質(zhì)種類較多，常用煤種燃燒數(shù)據(jù)對比分析尤為重要，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，煤火檢放大器無火信號由50改為100，油火檢放大器無火信號由50改為200，通過更改增益數(shù)值來改變火焰強(qiáng)度數(shù)值，以達(dá)到燃燒器運(yùn)行時火檢強(qiáng)度適中（250～700）的目的。解決火檢探頭自檢過程中，火檢強(qiáng)度不能瞬間降低至無火信號值以下，觸發(fā)火檢故障報警的問題。

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、3號油槍，若60 s后煤火檢無火信號仍然存在，將繼續(xù)投入2號、4號油槍。確保穩(wěn)燃層油槍可靠投入，防止?fàn)t膛燃燒惡化，同時，降低因火檢系統(tǒng)故障造成的成本投入［3］。

4 結(jié)論

通過優(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%，延長設(shè)備使用壽命，爐膛滅火保護(hù)動作可靠性提高。機(jī)組火焰檢測系統(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)行打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。