DIGIT-ALL火焰檢測(cè)器應(yīng)用分析

余星育，李 波

(江蘇闞山發(fā)電有限公司，江蘇 徐州 221134)

0 引言

火焰檢測(cè)裝置是電站鍋爐燃燒運(yùn)行時(shí)火焰監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)燃燒的自動(dòng)管理和控制，火焰檢測(cè)裝置是必不可少的。火焰檢測(cè)裝置是根據(jù)爐膛火焰的物理特性對(duì)著火工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不僅能檢測(cè)火焰的著火和熄滅，還能檢測(cè)出火焰的穩(wěn)定性，當(dāng)火焰燃燒狀況不良或爐膛熄滅時(shí)，可給出開(kāi)關(guān)量、模擬量信號(hào)，作為故障報(bào)警和爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(furnace safeguard supervisory system, FSSS)的邏輯判斷依據(jù)，因此，火焰檢測(cè)裝置在發(fā)電廠鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)中起著極其重要的作用。

火焰監(jiān)測(cè)裝置一般由探頭、電源、電壓放大器、檢測(cè)屏、邏輯屏等部件組成，其工作原理是由探頭探測(cè)燃燒火焰的強(qiáng)度和脈動(dòng)頻率，并將探測(cè)到的火焰信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，傳送到信號(hào)處理中心，只有當(dāng)燃燒火焰的強(qiáng)度和頻率同時(shí)滿足時(shí)，探測(cè)到的火焰才是真實(shí)的火焰，并發(fā)出有火信號(hào);否則，判斷為無(wú)火。

1 DIGIT-ALL火檢系統(tǒng)功能

1.1 工作原理

DIGIT-ALL火焰檢測(cè)器裝置是根據(jù)輻射光能強(qiáng)度檢測(cè)的原理實(shí)現(xiàn)的，它利用探頭接收火焰發(fā)出的光輻射，按照其強(qiáng)度大小判斷火焰的存在與否，即：鍋爐燃燒器燃燒產(chǎn)生的紅外線被火檢探頭捕捉，火檢探頭將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)初級(jí)放大和處理后，將代表火焰特性的電信號(hào)通過(guò)電纜組件傳遞到放大器，放大器將火焰信號(hào)經(jīng)過(guò)放大處理后輸出有火/無(wú)火接點(diǎn)信號(hào)和相應(yīng)的火焰強(qiáng)度的模擬量信號(hào)，并輸入分布式控制系統(tǒng)(distributed control system，DCS)。

1.2 系統(tǒng)功能

DIGIT-ALL火焰檢測(cè)器主要包括：SF-300IR火檢探頭、SA-3000火檢放大器、火檢外導(dǎo)管組件、內(nèi)導(dǎo)管組件、電纜組件等設(shè)備。其中火檢探頭采用紅外線火檢檢測(cè)技術(shù)，適用于探測(cè)煤和/或油燃燒的火焰，并具有耐100 ℃高溫、持續(xù)地檢測(cè)燃燒器火焰的閃爍頻率和振幅的特征。

SA-3000火檢放大器為基于數(shù)字信號(hào)處理(digital signal processing, DSP)的微處理器，放大器內(nèi)部存儲(chǔ)有4套火檢程序文件。當(dāng)探頭檢測(cè)到目標(biāo)燃燒器有火焰時(shí)，SA-3000輸出有火接點(diǎn)信號(hào)和相對(duì)應(yīng)火焰強(qiáng)度的模擬量信號(hào)，并輸入DCS。該火檢放大器帶有獨(dú)立的電子自檢系統(tǒng)，自檢故障時(shí)探頭將輸出故障報(bào)警信號(hào)。火檢放大器通過(guò)專用軟件與電腦進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng)，并可顯示實(shí)時(shí)火焰狀態(tài)及其他信息，用戶可通過(guò)火檢軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)試，便于對(duì)所檢測(cè)的火焰進(jìn)行燃燒分析和監(jiān)視。

2 火檢常見(jiàn)問(wèn)題及原因分析

2.1 火檢信號(hào)波動(dòng)

(1) 在機(jī)組低負(fù)荷(低于65 %額定負(fù)荷)運(yùn)行時(shí)，磨煤機(jī)入口一次風(fēng)量過(guò)大，未燃區(qū)會(huì)因一次風(fēng)速增高、煤氣細(xì)度增大而加長(zhǎng)，煤氣熱值降低，使煤氣著火距離后移，初燃區(qū)中心偏離原來(lái)火檢導(dǎo)光管對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域，檢測(cè)火焰亮度發(fā)生變化，造成火檢信號(hào)波動(dòng)。

(2) 二次風(fēng)擋板開(kāi)不到位，燃燒器燃燒配風(fēng)不夠，燃燒工況惡化，使信號(hào)不穩(wěn)定。

(3) 導(dǎo)光管冷卻效果不好，火檢探頭工作環(huán)境溫度過(guò)高，探頭老化或損壞。

(4) 高溫導(dǎo)致光纖燒損、光纖前端鏡片積灰，影響信號(hào)穩(wěn)定性。

2.2 檢測(cè)不到火焰

(1) 長(zhǎng)期運(yùn)行或冷卻效果不好造成局部過(guò)熱，導(dǎo)致光纖透光性變差，過(guò)熱時(shí)光纖、探頭燒壞，不能正常檢測(cè)。

(2) 由于鍋爐風(fēng)煤比設(shè)定不合適，造成火檢鏡片結(jié)焦，影響正常監(jiān)測(cè)。

(3) 入爐煤質(zhì)發(fā)生變化，造成火焰亮度、頻譜、閃爍頻率改變，超出火檢系統(tǒng)預(yù)設(shè)工作范圍，導(dǎo)致火檢系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

2.3 誤報(bào)警

(1) 電纜線芯氧化或接地，接線松動(dòng)，保險(xiǎn)燒壞，放大器產(chǎn)生報(bào)警。

(2) 爐墻和煤粉管道的熱輻射導(dǎo)致火檢探頭工作溫度過(guò)高引發(fā)報(bào)警。

(3) 火檢探頭信號(hào)電壓不穩(wěn)，傳感器產(chǎn)生的模擬信號(hào)大小受電源電壓的影響，當(dāng)超出火檢信號(hào)工作范圍后，引起火檢報(bào)警。

(4) 增益調(diào)整不合適會(huì)造成火檢的故障報(bào)警。

2.4 火檢“偷看”

要滿足低負(fù)荷看到火，高負(fù)荷不“偷看”是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)楦哓?fù)荷時(shí)的背景火焰信號(hào)比低負(fù)荷的主火焰信號(hào)還要強(qiáng)。單從火檢參數(shù)調(diào)試情形下，無(wú)法根本解決“偷看”問(wèn)題，只可能減少“偷看” 情況發(fā)生。因此，要求在調(diào)試過(guò)程中，要確保油與油之間、油與煤之間不能出現(xiàn)“偷看”，煤與煤之間盡量減少“偷看”。

3 火檢問(wèn)題解決方案

3.1 火檢信號(hào)波動(dòng)解決方案

(1) 針對(duì)著火距后移的問(wèn)題，可在燃燒穩(wěn)定的情況下適當(dāng)調(diào)強(qiáng)火檢信號(hào)。停爐期間，可以調(diào)整噴燃器的火焰中心，調(diào)整單個(gè)噴燃器的火檢測(cè)量孔，同時(shí)增大火檢視角范圍，減少火焰擾動(dòng)或漂移對(duì)檢測(cè)的影響。

(2) 確保二次風(fēng)擋板行程開(kāi)關(guān)正常工作且開(kāi)信號(hào)到位，聯(lián)系有關(guān)部門檢測(cè)風(fēng)壓和風(fēng)煤比，確保燃燒工況穩(wěn)定。

(3) 減小火檢內(nèi)、外套管管壁間縫隙，使冷卻風(fēng)從內(nèi)外導(dǎo)管的間隙通過(guò)，到達(dá)內(nèi)導(dǎo)管的前端；確保內(nèi)外導(dǎo)管之間無(wú)堵塞，不漏風(fēng)，使冷卻風(fēng)可以通過(guò)；適當(dāng)增加風(fēng)壓，同時(shí)在內(nèi)導(dǎo)管上裝設(shè)通風(fēng)槽，以冷卻導(dǎo)管和光纖，降低內(nèi)導(dǎo)管前端溫度，提升導(dǎo)管和光纖的使用壽命，也減少光纖積灰的可能。在冷卻風(fēng)流量一定的情況下，可以增加風(fēng)壓，使其在內(nèi)導(dǎo)管石英片前端形成屏障，以防止石英片結(jié)焦，且石英片得到有效冷卻，以降低內(nèi)導(dǎo)管前端溫度。

(4) 正常情況下，光纖和內(nèi)導(dǎo)管組件日常維護(hù)周期為6個(gè)月，但在啟停爐期間，光纖損壞數(shù)量多，因此每次機(jī)組B級(jí)、C級(jí)檢修時(shí)，可以將光纖全部更換，大大節(jié)約人力資源。

3.2 檢測(cè)不到火焰解決方案

(1) 更換損壞光纖、探頭，清理光纖積灰。

(2) 檢查火檢系統(tǒng)是否正常工作，詢問(wèn)運(yùn)行人員及煤化驗(yàn)人員煤質(zhì)是否發(fā)生變化，當(dāng)煤質(zhì)變化較大時(shí)，保證噴燃器的著火區(qū)與火檢測(cè)量孔相對(duì)應(yīng)，適當(dāng)降低一次風(fēng)速，在儲(chǔ)存的A，B，C，D四套火檢程序中進(jìn)行切換，選擇合適程序。

(3) 信號(hào)過(guò)飽和或過(guò)低時(shí)探頭感受不到頻率，可調(diào)整光纖和探頭之間的相對(duì)距離。

3.3 火檢誤報(bào)警解決方案

(1) 保險(xiǎn)絲若燒毀及時(shí)更換。

(2) 使火檢導(dǎo)管遠(yuǎn)離爐膛高溫區(qū)以降低火檢探頭的環(huán)境溫度，提高火焰檢測(cè)的穩(wěn)定性；也可用石棉板隔離爐墻和煤粉管道對(duì)火檢探頭的熱輻射，同時(shí)適當(dāng)增加冷卻風(fēng)。

(3) 火檢探頭信號(hào)電壓不穩(wěn)時(shí)，更換探頭。

(4) 增益過(guò)調(diào)時(shí)，適當(dāng)減小增益。增益和火焰繼電器門檻值選定后，必須對(duì)燃燒器進(jìn)行多次合適的火焰檢測(cè)和辨別率啟停檢驗(yàn)，對(duì)于所有的火焰輸出狀態(tài)，火焰繼電器必須保證不被激勵(lì)。這些測(cè)試必須是在各個(gè)相鄰燃燒器投運(yùn)和切除以及不同的負(fù)荷等級(jí)的情況下進(jìn)行，以確保正確運(yùn)行。

3.4 減少火檢“偷看”

要減少火檢“偷看”，需要處理好靈敏度和分辨能力兩方面的問(wèn)題。既要有足夠的靈敏度保證火檢信號(hào)的穩(wěn)定，又要將本身的火焰與相鄰、相對(duì)的火焰區(qū)分開(kāi)來(lái)。可通過(guò)增加火檢的視角范圍來(lái)減小火焰擾動(dòng)或漂移對(duì)火焰檢測(cè)的影響，在安裝火檢時(shí)安裝角度瞄準(zhǔn)目標(biāo)火焰以提高火焰檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

(1) 在安裝時(shí)，可利用安裝位置減少“偷看”，如圖1，2所示。

圖1 上下鄰角減少火檢“偷看”

圖2 相對(duì)角減少火檢“偷看”

(2) 油閥開(kāi)關(guān)或磨煤機(jī)運(yùn)行信號(hào)之間添加“與”邏輯，來(lái)判斷燃燒器是否有火。

(3) 可用A，B，C，D四個(gè)文件設(shè)置參數(shù)的不同來(lái)檢測(cè)不同的工況(遠(yuǎn)程文件選擇功能)來(lái)減少“偷看”。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于火檢監(jiān)測(cè)設(shè)備在高溫、高灰份的惡劣環(huán)境下運(yùn)行，出現(xiàn)火檢信號(hào)波動(dòng)、檢測(cè)不到火焰、報(bào)警、“偷看”等問(wèn)題在所難免，但經(jīng)過(guò)合理的維護(hù)和檢修，可以大大減少出現(xiàn)問(wèn)題的幾率，通過(guò)調(diào)整內(nèi)外導(dǎo)管間隙、配置通風(fēng)槽雙重冷卻技術(shù)，有效地解決了探頭易燒損、光纖損壞頻繁、積灰等問(wèn)題，延長(zhǎng)了產(chǎn)品使用壽命。通過(guò)對(duì)通道屏蔽線端連接增加電纜保護(hù)套、用石棉板隔離爐墻和煤粉管道對(duì)火檢探頭的熱輻射、及時(shí)調(diào)整火檢探頭安裝方位、增加邏輯判斷等手段來(lái)減少誤報(bào)警及火焰“偷看”現(xiàn)象的發(fā)生。

實(shí)踐證明，定期進(jìn)行以上維護(hù)、檢查和保養(yǎng)工作，可以大大提高裝置的可靠性，有效減少出現(xiàn)問(wèn)題的幾率，無(wú)論在點(diǎn)火啟動(dòng)、負(fù)荷低谷還是煤質(zhì)變化時(shí)，均展現(xiàn)了良好的監(jiān)測(cè)效果，提高了火檢設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，為機(jī)組的安全運(yùn)行提供了可靠保障。