反光鏡片在氣化爐火焰檢測系統中的應用

陳佳元，袁富康

（神華寧夏煤業集團有限責任公司 煤制油儀表管理中心，銀川 750411）

0 引言

火焰檢測的方法雖多，但應用到不同燃料或不同類型的燃燒設備上，并非都能收到滿意的效果，而火焰測量的可靠性和準確性又是鍋爐等燃燒設備安全運行和停車保護的重要依據。不同類型甚至同種類不同類型的火焰檢測器，都有它既定的工作特性和相應的使用條件。對于GSP氣化爐來說，火焰檢測系統是必不可少的檢測系統，它是氣化爐能否點火、投煤成功的重要檢測系統之一，是保證氣化爐安全運行的首要條件。通過火焰檢測器的實時監控，能夠更好地了解點火時火焰的燃燒狀態。

某項目氣化裝置的火焰檢測系統的主要作用是檢測氣化爐內的火焰燃燒狀態，避免由于點火過程中過氧、缺氧而造成設備損壞等事故[1]。火焰檢測系統是氣化爐、鍋爐、燃氣爐等所必要的檢測系統。其中，常用的火焰檢測器有西門子、DURAG火焰檢測器，用來檢測火檢強度和火焰有無，通過模擬量和開關量的輸出進行檢測控制。取源孔出現雜物堵塞或者透鏡變臟都會直接造成火檢信號消失，故需要增加一個視頻信號，輔助檢測爐內火焰情況，便于觀察火焰和判斷故障的原因。由于同一取源孔無法加裝檢測器和視頻兩個裝置，對此進行改良測試。

1 重要性

火焰檢測器是氣化爐點火、運行的重要檢查信號，直接關系到氣化爐的安全穩定運行，對爐內火焰的狀態、燃燒情況做出準確地測量和判斷。火焰檢測系統是燃燒保護系統最重要的組成部分，而鍋爐穩定燃燒是保證火電機組正常運行的源泉，火檢探頭則是保證爐膛燃燒的眼睛。火檢探頭安裝的精準度將反映爐膛火焰燃燒的準確性，不同型號、不同大小的鍋爐，火檢探頭的安裝位置也不同。

圖1 原火檢裝置原理圖Fig.1 Schematic diagram of the original fire detection device

火檢探頭安裝深了，將出現“偷看”現象；安裝淺了，火檢探頭則檢測不到火焰。只有提高火檢探頭安裝的精準度，消除出現的“偷看”及檢測不到火焰等現象，才能杜絕火檢探頭誤報。

2 GSP氣化爐的火檢現狀

GSP氣化爐燒嘴火焰檢測裝置使用一寸管道進行取火，單一信號火焰檢測器所選擇的檢測器屬非接觸式，其敏感元件為紫外光敏管，置放在離開火焰但能“看見”火焰的地方[2]。紫外光敏管是一種特殊的光敏元件，它接收火焰發出的180mm～260mm波長的紫外線，具有靈敏度高、影響速度快、抗干擾能力強等特點。在氣化爐點火過程中，由于火焰燃燒狀態存在不固定性，給火焰檢測帶來一定難度，一旦火焰偏離檢測口的中心位置，就會出現檢測器的錯誤指示，不能真實地反應火焰的燃燒信號，容易造成停車等事故，存在很大的安全隱患。

3 實際應用中出現的問題

1）火焰檢測器存在測量不穩定，時常會出現裝置在點火的情況下突然檢測不到火焰信號，從而造成誤報警、誤動作的情況。

2）裝置運行過程中火焰信號一旦丟失，便無法準確地掌握氣化爐內的火焰狀態，為避免發生爆炸事故只能被動拍停運行設備。

3）單一的測量方式無法穩定準確地對運行裝置的火焰狀態進行檢測，降低了裝置運行的穩定性，提高了運行成本。

4）所有火焰檢測系統均設計為單點聯鎖停車動作，一旦出現誤指示就會造成裝置跳車事故，給儀表維護增加了難度，對電子設備的性能要求也更高。但是，設備的不穩定因素是客觀存在的。因此，單點聯鎖存在不合理性，需要對此進行改造，實現提高設備運行穩定性和降本增效的目標。

4 反光鏡片在氣化爐火焰檢測系統中的應用方案

1）改造方案

① 為避免在裝置運行過程中出現火焰檢測器誤報警、誤動作，火焰檢測器在原有的開關量信號基礎上，新引入模擬量火焰強度信號，并對這兩種信號進行2oo2聯鎖邏輯組態。當火焰強度小于某設定值時，模擬量信號消失，與此同時開關量消失時觸發聯鎖；當兩種信號有一種存在時，不予聯鎖動作。

② 同時，在火焰檢測系統中增加一組視頻顯示信號，用于實時監控火焰的燃燒情況，一旦由于火焰檢測器出現設備故障而導致火焰檢測信號消失時，可通過視頻信號掌握火焰的實際狀態；在聯鎖動作延時期間內解除聯鎖，通過觀察視頻中火焰狀態來進行監控，待設備處理正常后恢復聯鎖。

2）改造瓶頸

由于火焰檢測器的取源孔只有一處，而設想的火焰檢測方式有兩種，內窺式火焰檢測器必須通過取火孔進行檢測，這給增加視頻信號的方案帶來了一定的難度。因此，如何實現單取源孔雙檢測的效果將是今后改造的重點。

3）改造措施

通過反復試驗和測試，增加中孔光學反光鏡片，將取源孔所取得的光源通過鏡片90°角折射到視頻檢測器中，使火焰檢測器通過光學鏡片的中孔檢測光源，達到雙重檢測的目的。光學平面鏡反射光源，中間的空洞大小需要反復的測試和比對，在不影響視頻監控效果的情況下，保證火焰檢測器的檢測強度達到最佳狀態。

圖2 改造原理簡圖Fig.2 Schematic diagram of transformation principle

圖3 GSP氣化爐改造后的組合燒嘴附上燒嘴結構圖Fig.3 Combined burner with retrofit of GSP gasifier with burner structure

5 結束語

通過在火焰檢測器取源裝置中增加中孔漏空反光鏡片，實現了火焰檢測器和視頻檢測同時檢測的效果，提高了火焰檢測系統的穩定性。通過視頻檢測能夠實時監控氣化爐內的燃燒狀況，避免發生火焰檢測器故障造成的聯鎖停車，大大提高了氣化爐運行的穩定性。隨著化工行業的快速發展，各種燃氣爐、焚燒爐、氣化爐等爐內也與日俱增，集成化火焰檢測器種類和品牌也層出不窮，對于小型化、圖形化的要求也在不斷提高[3]。因此，通過不同的檢測方式來保證裝置的穩定運行是勢在必行的，在滿足安全認證和防爆認證等硬性要求的同時，穩定、準確是保證裝置不間斷運行的基本要求，利用物理原理突破常規的檢測方式，在不增加成本的基礎上滿足檢測要求，成為當前該領域發展的趨勢。