爐膛火焰監(jiān)控系統(tǒng)在高爐煤氣發(fā)電中的應用

李光珂

（濟鋼集團國際工程技術(shù)有限公司,濟南 250101）

0 引言

爐膛火焰監(jiān)控系統(tǒng)是高爐煤氣發(fā)電系統(tǒng)中的安全配套設(shè)備。鍋爐爐膛內(nèi)火焰的燃燒狀態(tài)直接反映鍋爐的運行狀況，爐膛內(nèi)的燃燒過程較為復雜，為避免因爐膛內(nèi)火焰分布不均勻，燃燒不充分等而引起安全生產(chǎn)事故，必須對鍋爐爐膛的火焰進行持續(xù)的監(jiān)視，并適時進行控制。目前，較多采用高溫工業(yè)電視系統(tǒng)監(jiān)視爐膛火焰燃燒狀態(tài)，由控制室操作人員根據(jù)現(xiàn)場傳來的畫面不斷調(diào)整爐膛內(nèi)煤氣燃燒的效果。

1 工作原理及系統(tǒng)組成

圖1 爐膛火焰監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

系統(tǒng)主要由圖像采集系統(tǒng)、自動退出裝置、控制系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 圖像采集系統(tǒng)

圖像采集系統(tǒng)由攝像機、耐高溫針孔鏡頭和監(jiān)視器組成。

攝像機工作溫度較低，無法在爐膛內(nèi)1000℃以上的環(huán)境中正常工作，需借助由耐高溫藍寶石鏡片組構(gòu)成的針孔鏡頭的耐高溫特性，并將鏡頭設(shè)計為長鏡身，由長鏡身鏡頭深入爐膛內(nèi)采集圖像信息，攝像機不直接深入爐膛內(nèi)部，保證整個設(shè)備長期、可靠、安全的使用。

攝像機采用穩(wěn)定性較好的高分辨率彩色或黑白攝像機，攝像機與自動退出裝置通過安裝底座連接在一起，通過自動退出裝置將攝像機及耐高溫鏡頭送入爐膛內(nèi)采集圖像信號，通過同軸電纜傳送至主控室內(nèi)的監(jiān)視器顯示圖像。

1.2 冷卻系統(tǒng)

爐膛內(nèi)溫度高，工業(yè)電視系統(tǒng)無法在此環(huán)境下正常使用，必須采用冷卻系統(tǒng)對該系統(tǒng)進行冷卻降溫，以保證工業(yè)電視長期穩(wěn)定運行。冷卻系統(tǒng)由三路風冷組成：

由管網(wǎng)送來的冷卻氣體，經(jīng)轉(zhuǎn)接后一路送至爐門預冷卻爐壁安裝基板，在安裝基板內(nèi)側(cè)形成具有一定正壓的風簾，阻止爐膛內(nèi)的火焰經(jīng)爐門向外噴出，并可以有效地減小爐內(nèi)高溫對探頭罩外層產(chǎn)生的熱輻射；

另一路送至油水分離器，經(jīng)過油水分離器粗過濾后分成兩路，一路送至探頭罩外層，在探頭前端形成氣墻，既可以減小了外層對內(nèi)層的熱輻射及熱傳導，又可以對高溫鏡頭起到吹掃作用，消除爐內(nèi)高溫粉塵對鏡頭的侵蝕。另一路冷卻氣送至探頭罩內(nèi)腔，探頭罩內(nèi)層裝有攝像機及鏡頭，直接對攝像機及鏡頭強迫風冷。

1.3 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)具有伸進和自動退出功能，控制系統(tǒng)采用PLC作為核心控制部件采集攝像機的工作溫度、各冷卻氣體的壓力通過一定的算法，發(fā)出伸進或退出命令，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。

一般情況下，攝像機可以在50℃以下長期可靠工作。系統(tǒng)在探頭罩內(nèi)攝像機安裝座底部安裝鉑銠電阻，直接檢測攝像機的工作環(huán)境溫度。當檢測到攝像機的工作環(huán)境溫度高于設(shè)定值時，自動控制探頭退出。

利用壓力開關(guān)檢測三路冷卻氣體的壓力，當任一路冷卻氣壓力低于設(shè)定值時，自動控制探頭退出。

1.4 自動退出裝置

自動退出裝置現(xiàn)較常用的兩種方式為電動執(zhí)行機構(gòu)和氣動執(zhí)行機構(gòu)。

電動執(zhí)行機構(gòu)通過交流電機的正反轉(zhuǎn)帶動鏈輪在專用道軌上往復運動，帶動探頭伸進爐內(nèi)獲取圖像、退出爐內(nèi)保護鏡頭。

氣動執(zhí)行機構(gòu)采用耐高溫無桿氣缸傳動，設(shè)備的伸進及退出由置于儲氣罐尾端的電磁閥控制。電磁閥接電時，設(shè)備將探頭向前伸，此時可觀察爐內(nèi)的工作情況；電磁閥掉電時，設(shè)備將探頭向后退，此時爐門關(guān)閉，處于停止工作狀態(tài)。當系統(tǒng)掉電時，整個控制電路失去電源，電磁閥處于掉電狀態(tài)，探頭退離爐壁口。

2 設(shè)備安裝及維護

2.1 安裝注意事項

爐墻開孔：安裝前必須事先在爐墻墻體上開安裝孔，選擇最佳觀察爐內(nèi)目標位置開孔，以爐墻的開孔中心為圓心，特定數(shù)值為半徑的范圍內(nèi)應無任何障礙物，否則會影響自動退出裝置的工作并給今后的日常維護帶來不便。

預冷卻爐壁安裝基板：預冷卻爐壁安裝基板安裝于爐壁處，用于預冷卻及固定自動退出裝置、探頭罩，特制耐火陶瓷管，保證針孔鏡頭在爐內(nèi)安全運行，當探頭罩退出時，聯(lián)動氣缸推動自動門簾阻擋爐內(nèi)飛濺物侵入鏡頭內(nèi)。基板是整個設(shè)備的基礎(chǔ)，特別要注意安裝角度的調(diào)整，肉眼能看到的范圍即是將來圖像顯示的范圍。

自動退出裝置的安裝：將成套設(shè)備中的自動退出裝置取出，前端的安裝面緊貼于安裝基板的面上并將其固定。

2.2 設(shè)備的維護

本設(shè)備是工作于高溫環(huán)境中的特種設(shè)備，使用中需進行一定的維護工作，以確保設(shè)備長期可靠的工作。攝像機及鏡頭采用冷卻氣直接進行降溫及防塵，在冷卻氣中含有油份，雖然經(jīng)過三級過濾，但長時間工作后也難保沒有油污和灰塵的沉積，若鏡頭上有油污和灰塵的沉積，將造成圖像模糊。此時需將攝像機及鏡頭取出進行擦拭。自動退出裝置上的活動點應定期清洗，并用機油潤滑，檢查所有的機械連接點是否牢固，是否有灰塵而影響正常工作。

3 結(jié)語

該結(jié)構(gòu)的工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)成功解決了煤氣發(fā)電系統(tǒng)中鍋爐爐膛火焰溫度高，難以監(jiān)視火焰狀態(tài)的難題，該系統(tǒng)成像清晰，安全穩(wěn)定可靠，完全滿足現(xiàn)場工藝要求，為鍋爐安全穩(wěn)定運行提供可靠保障。