300?MW機組火焰檢測系統的故障分析及處理

王永杰

(新疆天電奇臺能源有限責任公司，新疆 昌吉 831800)

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300?MW機組火焰檢測系統的故障分析及處理

王永杰

(新疆天電奇臺能源有限責任公司，新疆 昌吉 831800)

〔摘 要〕介紹了某電廠鍋爐火焰檢測系統組成及其存在的問題，分析了引起故障的原因，提出了加厚鍋爐本體保溫棉、加長火檢光纖組件、改造火檢透鏡探頭套筒結構冷卻風等措施，提高了鍋爐火焰檢測系統運行的安全可靠性。

〔關鍵詞〕火焰檢測系統；火檢探頭；鏡片結焦

0　引言

火焰檢測系統是爐膛安全監控系統(FSSS)的重要組成部分，其運行可靠性直接影響鍋爐的安全性能。某電廠2×300 MW機組鍋爐為亞臨界一次中間再熱自然循環汽包爐，配有5臺中速磨煤機，采用四角切圓直流燃燒方式。布置A，B，C，D，E 5層煤燃燒器，配備等離子點火系統；布置AB，BC，DE 3層油燃燒器，配備油槍點火系統。每個燃燒器旁布置1套火焰檢測裝置，1臺鍋爐共有32套火焰檢測裝置，使用美國COEN公司提供的ISCAN型火焰檢測系統，相應火焰檢測設備為：5層煤燃燒器，20個煤火檢探頭；3層油燃燒器，12個油火檢探頭。煤火檢探頭外罩位于二次風箱噴嘴內，油火檢探頭外罩位于帶油槍的二次風風箱噴嘴內。火焰檢測器探頭的冷卻風由2臺火檢冷卻風機提供，每臺風機出口風壓為8 kPa，設計流量為3 000 m3/h。

1　火焰檢測系統運行現況及存在問題

ISCAN型紅外火焰檢測器的測量檢測頭和信號處理部分設為一體，自機組投產以來，煤火檢探頭一直存在“偷看”“漏看”、鏡片結焦和火檢信號穩定性差等問題。

(1)由于該電廠2×300 MW機組均采用全封閉式鍋爐，且鍋爐本體及各個熱風管道保溫不好，當夏季環境溫度太高時，造成大部分火檢探頭長時間在高溫環境中工作，導致很多火檢探頭損壞或工作狀態不穩定。根據火焰檢測系統說明書，ISCAN火焰檢測系統的正常工作溫度不能超過75 ℃，但該電廠機組在夏季運行時有19臺火檢探頭運行溫度超過火檢探頭的正常工作溫度，比例約為60 %，某些火檢探頭溫度甚至達到90-100 ℃，嚴重影響機組的安全穩定運行。

(2)大部分煤火檢信號頻率較低、強度較弱，并隨機組負荷、煤種產地不同而發生變化，火檢信號波動較大；當燃燒器停用后，火檢信號強度反而增強。由于火焰檢測系統運行不穩定，在機組啟停爐、鍋爐低負荷或磨煤機啟動時，仍需要強制火焰信號。為此，工作人員不得不對其進行頻繁調整，但效果不佳，嚴重影響機組的安全運行。

(3)光纖及鏡頭組件更換難度大、抽放費力，在運行中經常難以抽出火檢探頭，且一旦抽出火檢探頭后又無法將其歸置原處(此時擺角在水平位置)，給日常檢修維護工作造成較大困難。

2　燃燒火焰特性及對火檢探頭的基本要求

燃料經燃燒器噴入爐內燃燒，燃燒火焰分為4部分，從喉口開始依次為黑龍區、初始燃燒區、完全燃燒區和燃燼區。在燃料燃燒的不同階段，火焰輻射的光譜頻率與光強不斷變化。不同燃料的光譜分布特性是不完全一樣的，油火焰含有大量的紅外線、部分可見光和少量紫外線，而煤火焰含有豐富的可見光、紅外線和少量紫外線。對于單只煤粉燃燒器，在初始燃燒區不但有較為豐富的可見光和紅外線，且能量輻射率變化劇烈。

因此，要獲得較好的火檢效果，火檢探頭必須對準燃燒器的初始燃燒區，這是確保良好火檢效果的基本要求。

3　 原因分析

(1)火檢探頭的檢測視角較小，不能適應火焰中心大幅度漂移的檢測要求。為保證信號的可靠性，減少其他燃燒器火焰和背景火焰對信號的干擾，探頭的安裝視角一般為10-15 ℃。但是實際運行中，由于受到煤種變化或鍋爐燃燒工況調整、配風變化等因素的影響，燃燒火焰中心會在較大范圍內漂移，造成火焰信號晃動甚至誤動，從而錯發滅火信號。

(2)火檢信號檢測器調節參數的靜態整定，不能有效滿足火焰動態變化的需求。一般情況下，在火焰檢測系統調試過程中，應分不同工況和不同負荷階段進行，按步調整系統參數，使其能夠正確表征燃燒器火焰的有無，最大程度地避免“偷看”現象。一旦功能調試正常后，系統參數就一次性整定結束，不再調整。然而，當機組煤種頻繁變化或機組運行方式變化時，對火檢探頭信號的檢測頻率、強度等參數就有不同的要求，固定參數不能實現在線調節，降低了火檢的可靠性。

(3)火檢探頭正常工作溫度超過了75 ℃，造成火檢效果不佳及火檢探頭損壞。

(4)在鍋爐運行過程中，因操作不當造成爐膛正壓，灰塵會逐漸覆蓋到火檢鏡片上，在高溫下容易結焦，使檢測到的火焰強度大幅度下降，從而造成火焰檢測信號微弱或檢測不到火焰。

4　 解決措施

針對火焰檢測系統存在的問題，提出并實施了以下改造方案。

4.1優化火檢探頭安裝角度和位置

因為煤火焰的燃燒特性，火檢探頭的安裝角度需對準火焰的高頻區，該區域的紅外信號釋放最為豐富。為此，需根據一、二次風配比情況和燃燒火焰的實際情況，將探頭對焦點定為從燃燒器噴口沿一次風筒邊緣往爐膛內延伸約1.5 m處。為避免內二次風筒對探頭的遮擋和適當增大探頭的視角，提高對不同火焰的適應性，應在保證充分冷卻的情況下適當前移火檢探頭的安裝位置，并根據不同燃燒器而靈活把握尺度。

4.2全面整定系統參數

在火焰檢測系統調試過程中，應分不同工況和不同負荷階段進行，需要分別設置每個火焰探測器的參數，模擬高負荷時爐膛的背景火焰強度，對被調燃燒器對應的火焰探測器參數進行設置和調整，確保不“偷看”。模擬低負荷時爐膛非常暗弱的背景強度，最好只投用被調燃燒器，停用其他所有的燃燒器，調整火焰探測器的參數，確保不“漏看”。若經多次調整，火檢效果仍然不理想，可適當調整火焰檢測器的靈敏度，采用對油火檢“寧漏不偷”、對煤火檢“寧偷不漏”的原則。這是因為投油時，鍋爐爐溫比較低，必須保證爐膛安全；投煤時，鍋爐爐溫一般較高，煤粉幾乎都能燃燒。經過上述細致的調試工作后，能夠最大程度提高火焰檢測系統的可靠性。

4.3全面檢查鍋爐本體的保溫情況

在機組停運或者機組檢修期間，全面檢查鍋爐本體的保溫情況，特別是熱一次風管道裸露部分和火焰檢測系統周圍區域。對保溫不合格的部位重新進行保溫處理，避免鍋爐本體的輻射熱造成溫度升高，影響火焰檢測系統工作的穩定性。

要徹底解決火檢高溫問題，除了完善鍋爐保溫外，還應改造光纖組件，將其加長500-800 mm。目前，火檢探頭距離爐壁太近，只有200-300 mm，很容易造成火焰檢測器溫度過高。

4.4其他措施

改造并調整火檢探頭套筒結構，使冷卻風從鏡頭前面四周出風，風向鏡片中心吹，然后風向轉90°吹入爐膛，在鏡頭前產生高靜壓區，相當于1個風幕。克服煤質不好、燃燒不穩定、爐膛正壓等因素對鏡頭的干擾，解決鏡頭結焦造成日常維護量大、火檢光纖和鏡頭損壞率高等問題。

5　 結束語

機組的安全經濟運行與火焰檢測系統的可靠性確性。總之，通過上述改造措施，確保該電廠火焰檢測系統運行的穩定性，基本上杜絕了火檢在正常運行過程中的“偷看”“漏看”現象。密切相關，因此必須十分重視火焰檢測系統。該電廠通過對爐本體保溫棉的加厚處理和火檢光纖組件的加長措施，解決了火焰檢測器因受爐膛輻射熱而造成的火檢探頭長期超溫運行問題，確保了火焰檢測器處于穩定的運行狀態；通過對火檢透鏡探頭套筒結構冷卻風的改造，確保火檢探頭不易積灰，解決了鏡頭表面結焦問題，從而保證了火檢探頭對火焰檢測的靈敏度；通過全面整定火焰檢測系統參數，優化探頭安裝角度，確保了火檢檢測火焰狀態的準

王永杰(1976-)，男，工程師，主要從事火電廠鍋爐檢修及維護工作，email：yongjie818@163.com。

作者簡介：

收稿日期：2015-11-02。