圖像火焰檢測系統在660MW機組中的應用及改進

王世朋

（神華國能寧夏煤電有限公司，寧夏 銀川750011）

0 引言

火力發電廠鍋爐燃燒的穩定性直接影響到電力生產的安全、經濟運行，隨著鍋爐設備的結構及其輔機系統日趨復雜，煤種變化大、負荷頻繁調整，影響鍋爐安全穩定運行的因素日益增多，一旦遇到判斷失誤或工況調整不及時，就會造成爐內燃燒不穩定，進而爐膛滅火，若此時仍向爐膛內送粉，很可能造成爐膛爆炸。因此，為了能及時、靈敏、有效地檢測爐膛燃燒工況，防止在燃燒不穩定工況下發生爐膛爆炸事故，火力發電廠鍋爐必須配置功能齊全的爐膛安全監視系統FSSS。而FSSS系統的可靠性，在很大程度上取決于所用的火焰檢測系統的可靠和完善。

我國火力發電廠鍋爐大多采用的火焰檢測器是以CE為代表的可見光光敏元件和以FORNEY為代表的紅外光敏元件的檢測器。這類火檢探頭的視角比較小（一般是3°～5°），在鍋爐運行過程中，由于鍋爐運行工況變化較大，燃燒器區域二次風擾動，燃燒器區域的火焰中心很容易偏離火檢探頭的視角，造成錯誤判斷。

針對目前國內火檢狀況，神華國能寧夏煤電公司采用了龍源推出的新一代火焰檢測裝置—圖像火檢。該火檢是對爐膛內部純粹的火焰視頻信號進行分析處理，對火焰狀態的判斷不受煤種和負荷變化影響。采用廣角長焦距工作鏡頭配套彩色CCD攝像機直接拍攝燃燒器火焰圖像（視角為85°～90°），每個燃燒器入口的火檢探頭實時檢測爐內火焰，動態的火焰視頻信號能實時送至集控室的CRT顯示屏，運行操作員可以參考火焰的實際燃燒狀況進行給煤量和送風量的配比，達到燃燒優化，而火焰檢測裝置配套的下位機對火焰圖像進行分析判斷，準確發出火檢有無的開關量信號作為鍋爐安全運行的保護。

1 圖像火檢的工作原理

圖像型火檢是基于火焰電視、綜合多媒體技術和數字圖像處理技術發展起來的，它突破了常規火檢的檢測機理，通過每個燃燒器噴口和全爐膛的火焰圖像來實時監測鍋爐的燃燒狀況，利用模式識別、數字圖像處理神經網絡等技術對火焰圖像進行檢測分析，從而準確發出單個燃燒器噴口火焰的ON／OFF信號，送入FSSS或DCS參與鍋爐安全保護。圖像火檢真正實現了單火嘴準確檢測，對于因煤質、負荷等引起的工況變化具有較強的適應性。

2 圖像火檢的系統組成

神華國能寧夏煤電公司鴛鴦湖電廠一期2×660MW超臨界燃煤空冷機組，鍋爐火檢及冷卻風系統采用煙臺龍源電力技術有限公司的新型圖像火檢系統，鴛鴦湖電廠燃燒器布置方式為四角切向，四角各六層布置（A～F層），每臺磨煤機對應一層4臺燃燒器，每層4臺燃燒器，共24臺燃燒器，每臺燃燒器配備一套煤火檢探頭，由于鴛鴦湖電廠鍋爐采用等離子點火技術，即A、B層為等離子燃燒器，等離子也為每個燃燒器配套了一套等離子火檢探頭，鴛鴦湖電廠共計圖像火檢探頭32套，配套兩臺火檢冷卻風機，一用一備，每臺火檢冷卻風機參數380VAC、50Hz、22kW，冷卻風流量8 500m3／h，壓頭7 200Pa。

LY2000圖像火焰檢測系統的核心是對煤粉燃燒火焰圖像進行分析，因此整個系統是圍繞著火焰圖像視頻信號的處理來組成的，具體如圖1所示。

圖1 圖像火檢系統構成

3 出現的主要故障及改進方法

LY2000新型圖像火檢系統在鴛鴦湖電廠660MW機組實際運用過程中，從安裝到運行，主要故障表現為火檢無法從爐膛拔出、火檢探頭及其連接視頻電纜超溫被燙壞。

3.1 火檢無法從爐膛拔出

火檢探頭無法從爐膛拔出，給火檢的日常維護帶來了極大的困擾。火檢外套管是直桿套管，內套管一半直桿一半撓桿，即延伸在爐膛最里面的部分設計為撓桿，以方便火檢探頭角度調整?；饳z探頭是安裝在火檢內套筒中的，而內套筒與外套筒是活連接，應該很容易進行內外套筒的分離，將火檢探頭拿出，但是初期的安裝方式不合理或鍋爐熱膨脹等不可抗拒的因素均會造成火檢無法從爐膛拔出，針對在鴛鴦湖電廠安裝試運出現的問題以及提出的解決方案分類如下：

（1）安裝不合理：鴛鴦湖電廠＃1機組火檢安裝時，大部分火檢內外套管均在鍋爐燃燒器及風道內有彎曲，造成火檢無法從爐膛拔出。故安裝前要了解燃燒器及風道的結構和尺寸確定安裝位置，開孔時應避開二次風導流板和拉桿，確?；饳z套管在燃燒器和風道內不彎曲，保證火檢套筒在冷態可以順利抽出爐膛。

（2）鍋爐熱膨脹：焊接在鍋爐本體上的外套管冷卻風口應朝向鍋爐就近的冷卻風管道安裝，另一路冷卻風口可旋轉360°，保證鍋爐在冷態和熱膨脹時，冷卻風管伸展自如、平順，保證冷卻風暢通。還有一個值得關注的問題就是：在冷態的時候火檢能順利從鍋爐拔出，在熱態的時候，內套管在外套管內旋轉自如，但是受到了鍋爐熱膨脹的影響，內套筒在拔出一半的時候受到了鍋爐承重鋼梁的阻擋仍無法順利拔出。比如：冷態時火檢內套筒能從火檢安裝口所對鋼梁的下邊界拔出，由于熱態鍋爐膨脹，火檢安裝位置整體膨脹上移了5cm或更多，這時火檢內套筒拔出時就會受到火檢安裝口所對鋼梁的獨擋而無法拔出，由于鍋爐熱膨脹是一個不可抗拒的因素，而這種膨脹會隨著機組的啟停交替出現，所以我們需要一個比較現實的解決方案。通過嘗試，我們在把內套筒更換成全撓的波紋套管時，內套管拔出時不受空間和方向的限制，從而解決了這個問題。

3.2 針對火檢探頭及其連接視頻電纜超溫被燙壞

鴛鴦湖電廠通過多次技術改造，最初方案是取消只作為監視的等離子火檢，單臺機組減少8路冷卻風用風量，保證煤火檢的冷卻效果，當時火檢探頭燙壞的頻率有所減少，但火檢內套筒中的視頻線老化現象仍沒有得改觀。后來，鴛鴦湖電廠對整個火檢安裝套管以及火檢冷卻風系統進行改造。

原始的安裝方式：外套筒直接焊接在鍋爐開孔處，內套筒通過卡槽螺絲安裝在外套筒內，內套筒可以從爐膛拔出，整個檢測元件（火檢探頭、視頻線）都安裝在內套筒中，火檢冷卻風是從外套筒開孔處進入，實現對內套筒以及內部視頻線火檢探頭的冷卻。

改造后的安裝方式：采用雙套筒、雙路冷卻風模式，即一路冷卻風進入內套筒實現對火檢探頭以及視頻線的冷卻保護，一路冷卻風進入外套筒，實現外套筒以及內套筒外壁的冷卻，由于雙冷卻風系統增加了冷卻風用量，同時火檢冷卻風機增容，原功率22kW、冷卻風流量為8 500m3／h增容至功率30kW，冷卻風流量為8 919m3／h，保證火檢冷卻風壓力，通過整個技術改造，保證火檢探頭以及內部視頻電纜的冷卻效果，極大地降低了火檢的故障率。

4 結論

（1）圖像火檢采用廣角長焦距工作鏡頭和彩色CCD攝像機直接拍攝燃燒器火焰，大大提高了火焰檢測的直觀性、靈敏性、準確性和鑒別能力。

（2）運行人員可以直觀、清晰地在中央控制室的大屏幕CRT上觀察每個燃燒器及全爐膛的燃燒狀態，及時進行燃燒調整，提高燃燒效率。

（3）能夠自動記錄24h的火焰圖像并可按要求回放。這個圖像存儲功能不僅有助于事故追憶且可用于分析燃燒工況，提高運行水平。

［1］新版圖像火檢說明書［Z］，2009.

［2］張文紅.電廠火檢裝置的原理及應用［J］.廣東水利電力職業技術學院學報，2005（1）.

［3］劉士香.圖像火檢系統原理及應用［J］.黑龍江電力，2001（3）.